本科畢業(yè)設(shè)計題目：院系：專業(yè)：學(xué)號：姓名：導(dǎo)師：教務(wù)處制西京學(xué)院原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成果。畢業(yè)設(shè)計中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或在網(wǎng)上發(fā)表的論文。特此聲明。論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：摘要棉花播種封土機是一種用于棉花種植時封土作業(yè)的農(nóng)機具。傳統(tǒng)的封土作業(yè)費時費力成本較高，非常影響棉花種植工期從而影響產(chǎn)量，導(dǎo)致影響農(nóng)戶收入，而本設(shè)計為了解決在棉花種植全程機械化中的空白，提高了棉花種植效率，減少棉花種植中高昂的人工成本，提高農(nóng)戶收入。棉花播種封土機的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是在滿足棉花出苗后封土農(nóng)藝需求、提高棉花封土效率的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。本設(shè)計根據(jù)實地調(diào)查、對農(nóng)戶進(jìn)行走訪和參考新疆棉花種植要求得到了棉花播種封土機的設(shè)計需求，通過對棉花播種封土機的設(shè)計需求及功能需求進(jìn)行分析得到了總體設(shè)計方案，通過三維軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計建模，并針對棉花播種封土機的主要工作部件進(jìn)行了有限元仿真。關(guān)鍵詞：棉花封土；農(nóng)業(yè)機械化；結(jié)構(gòu)設(shè)計；仿真；ABSTRACTCottonseedsealerisakindofagriculturalmachineryusedforthesoilsealingoperationduringcottonplanting.Thetraditionalsoilsealingoperationistime-consumingandlabor-intensive,whichgreatlyaffectsthecottonplantingperiodandthusaffectstheoutput,leadingtotheimpactontheincomeoffarmers.Inordertosolvethegapinthewholeprocessofcottonplantingmechanization,thisdesignimprovestheefficiencyofcottonplanting,reducesthehighlaborcostincottonplanting,andimprovestheincomeoffarmers.Thestructuredesignofcottonseedsealerismainlybasedonmeetingtheneedsofcottonsealingagronomyandimprovingtheefficiencyofcottonsealing.Accordingtothefieldsurvey,thevisittothefarmersandthecottonplantingrequirementsinXinjiang,thedesignrequirementsofthecottonplantingsoilsealerareobtained.Theoveralldesignschemeisobtainedbyanalyzingthedesignrequirementsandfunctionalrequirementsofthecottonplantingsoilsealer.Thestructuraldesignmodelingiscarriedoutbythree-dimensionalsoftware,andthefiniteelementanalysisiscarriedoutforthemainworkingpartsofthecottonplantingsoilsealerSimulation.Keywords:cottonsoilsealing;agriculturalmechanization;structuraldesign;simulation;目錄TOC\o"1-2"\h\u75881緒論 4150201.1研究背景與意義 4104541.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 597951.3課題研究內(nèi)容及方法 6202722棉花播種封土機總體方案設(shè)計 9179182.1設(shè)計理論 10197812.2設(shè)計要求 10294552.3總體設(shè)計方案 1248013棉花播種封土機結(jié)構(gòu)設(shè)計 14285033.1設(shè)計工具 14184493.2機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 14106503.2.4模型裝配 23230394齒輪箱初級受力嚙合齒輪校核 24192615運動學(xué)仿真 26305306輸出軸仿真 27183366.1有限元仿真方法簡介 2777297總結(jié)與展望 32緒論棉花播種封土機是一種用于棉花鋪膜播種后封土的農(nóng)業(yè)機械，隨著新疆農(nóng)業(yè)機械化程度的提高，加之人工成本的升高，農(nóng)業(yè)機械這幾年發(fā)展迅速，農(nóng)戶們需求一種用于播種后封土的農(nóng)業(yè)機械。傳統(tǒng)的人工封土存在效率低下、成本較高等諸多問題。本文開篇對棉花播種后封土這一農(nóng)藝進(jìn)行探究，對棉花播種封土機的研究背景和意義進(jìn)行描述，介紹了棉花播種封土機的結(jié)構(gòu)、功能特點和棉花種植農(nóng)藝的發(fā)展歷程；根據(jù)新疆棉花種植農(nóng)藝提出了本課題的研究內(nèi)容和研究方法。研究背景與意義棉花播種封土機的研究背景新疆農(nóng)林牧可直接利用土地面積10.28億畝，占全國農(nóng)林牧宜用土地面積的十分之一以上，后備耕地2.23億畝，居全國首位。雖然新疆擁有全國占比較多的石油資源、天然氣資源、煤炭資源等各類礦產(chǎn)資源，但是獨特的氣候特征使得農(nóng)業(yè)始終是新疆經(jīng)濟的重要組成部分。新疆深處內(nèi)陸地區(qū),受到高山阻隔,濕潤的海洋氣流難以進(jìn)入,形成了極為干燥的溫帶大陸性氣候,光熱資源十分豐富,氣溫日較差大,適宜于棉花、甜菜、特色林果等農(nóng)產(chǎn)品的生長。豐富的光熱資源顯著加強了植物的光合作用,特別是對棉花等喜光農(nóng)作物的生長、發(fā)育具有良好的作用。隨著新疆農(nóng)業(yè)的發(fā)展，耕地面積增大，需要的勞動力隨之增多。加之新疆全區(qū)的常駐人口只有兩千多萬人、外來勞動力減少等因素，進(jìn)一步加深了勞動力成本的提高，環(huán)境問題等多方面因素，提高農(nóng)業(yè)機械化水平就顯得十分的重要。農(nóng)業(yè)機械化能夠降低農(nóng)業(yè)成本，節(jié)約資源，保護環(huán)境，節(jié)約勞動力，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，有助于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，在我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中占據(jù)核心地位，具有極其重要的作用，具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的發(fā)展前途。圖1-1棉花播種新疆耕地400多萬公頃是在全國擁有最大的耕地面積的省份（自治區(qū)）。棉花在其中占了很大一部分，可以說是新疆的主要作物，且土地一般都是條田，長寬標(biāo)準(zhǔn)化，有利于農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展。解決棉花種植機械化對于很大一部分農(nóng)民來說可以提高收入，降低農(nóng)業(yè)成本等方面的優(yōu)點，如果解決了棉花種植全程機械化的問題，就是等于解決新疆農(nóng)業(yè)機械化的很重要的一部分，也對于整個新疆的經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展，提高人均收入等方面提供了強有力的保證和支持。棉花播種封土機的研究意義棉花播種封土機的開發(fā)具有廣闊的應(yīng)用前景與研究價值，當(dāng)前棉花播種后封土只能選擇人工封土，勞動強度大，人工成本高，耗時長，封土質(zhì)量不均勻。當(dāng)土壤條件較差時，人工封土效率極其低下，嚴(yán)重影響了春季播種的進(jìn)程，而且容易導(dǎo)致棉花出苗后封土不及時，導(dǎo)致影響產(chǎn)量，甚至是死苗壞苗的情況發(fā)生，影響農(nóng)戶收入，增加農(nóng)戶經(jīng)濟壓力。且現(xiàn)在市場上銷售的產(chǎn)品都會有很多問題：一是封土土層厚度難以保證，二是穴播口傾敷的土壤細(xì)碎度差，三是碎土在封土傳送環(huán)境易堵塞輸送滾筒等問題，不僅如此這些產(chǎn)品存在著價格高、性能不穩(wěn)定等問題。為了解決上述問題，本設(shè)計根據(jù)市場相關(guān)產(chǎn)品的實際使用需求設(shè)計了一種棉花播種后封土機構(gòu)用于幫助農(nóng)戶更好更高效的完成棉花播種后封土作業(yè)。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀新疆的棉花種植采用鋪膜精量播種技術(shù)，該技術(shù)具有具有增溫、保墑、改善棉田生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)棉花早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)等優(yōu)點，因此該技術(shù)被大規(guī)模運用于新疆的棉花種植中。在棉花播種后，及時封土可以起到消除板結(jié)，淡化鹽堿，培根護莖，提高地溫，促苗轉(zhuǎn)化，穩(wěn)健勻發(fā)的效果。種植棉花在采用鋪膜精量播種技術(shù)播種后需要進(jìn)行封土，棉花苗封土及時封土可以起到消除板結(jié),淡化鹽堿,培根護莖,提高地溫,促苗轉(zhuǎn)化,穩(wěn)健勻發(fā)的效果。 圖1-2棉花出苗后封土新疆的棉花播種早在2004年時就已完成精量點播，現(xiàn)在的棉花播種機械已經(jīng)非常成熟，可以做到一穴一種，更是鋪膜播種聯(lián)合作業(yè)，效率質(zhì)量都非常高，棉花收獲機械近幾年的發(fā)展也已經(jīng)非常成熟，普及率也在90%左右，打藥機械化的發(fā)展更是成熟，除了常規(guī)的打藥機，近幾年更是有無人機打藥、直升機打藥。施肥追肥也是有相應(yīng)的成熟機械投入市場。但棉花出苗后封土作業(yè)機械化一直是在棉花種植全程機械化中的一個大問題，因為新疆土地條件較差，導(dǎo)致棉花出苗后封土取土難度高，即使可以取土，也達(dá)不到高質(zhì)量的封土作業(yè)，導(dǎo)致完全達(dá)不到封土作業(yè)的要求。低質(zhì)量的封土作業(yè)對棉花出苗的影響是巨大的，棉花的出苗率低自然會影響產(chǎn)量，從而影響農(nóng)戶的收入。在早期確實是有棉花出苗后封土的機械出現(xiàn)，大型機械操作極其繁瑣，工作時至少需要兩個人才能正常操作機械，操作稍有不慎就會損壞地膜甚至損壞種子，效率十分低下，僅為15畝/小時，同時保養(yǎng)維護極其麻煩，故障率也很高。小型的封土機械在人工需求沒有大型機械那么高，操作難度也不大，維護也相對方便，但兩者都有共同的問題，一是封土效率極其低下，二是封土質(zhì)量無法保證，經(jīng)常會出現(xiàn)封土不均勻，取土質(zhì)量達(dá)不到的問題，農(nóng)戶“一遍機械，二遍人工”成了家常便飯，因為封土?xí)r間過長導(dǎo)致錯過最好的封土?xí)r間的情況比比皆是。隨著新疆農(nóng)業(yè)機械化的進(jìn)步，棉花種植已經(jīng)邁向全程機械化的時代，棉花種植相關(guān)機械是現(xiàn)在也是今后的發(fā)展趨勢。棉花封土機械相比與其他棉花種植機械來說還是有著諸多的問題，棉花出苗后封土大多還是依靠機械加人工的方式工作。通過對新疆棉花耕地的實地考察發(fā)現(xiàn)，微型、小型機械不適合新疆的棉花種植，因為微型、小型機械無法解決效率低下的瓶頸，而新疆棉花耕地面積又是非常大的，從各個方面來看，微型、小型機械都不適合于新疆的棉花種植，中型、大型機械更適合于新疆的棉花耕地，也會是未來新疆農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展方向。課題研究內(nèi)容及方法課題的研究內(nèi)容本論文課題以新疆棉花種植封土農(nóng)藝的相關(guān)要求為基礎(chǔ)，得到棉花播種封土機的設(shè)計需求。通過對其他棉花種植機械進(jìn)行參考（如：中耕機、旋耕機等），最后得到本設(shè)計棉花播種封土機的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，并依次展開各功能組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。通過三維建模軟件SOLIDWORKS建立棉花播種封土機的整機模型，并將其中的關(guān)鍵受力部件主軸、鏈條、旋耕刀、絞龍組件模型以特定的格式導(dǎo)入到有限元仿真軟件cosmos對驅(qū)動輪主軸結(jié)構(gòu)作柔性化處理，進(jìn)而通過定義相關(guān)材料、網(wǎng)格劃分、施加載荷等過程最終完成靜力結(jié)構(gòu)強度仿真，以靜力結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果驗證取土、送土、碎土工作部件理論設(shè)計的合理性與否。將主要工作組件以特定格式導(dǎo)入至虛擬樣機仿真軟件cosmos中進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，驗證主要工作部件在工作時的強度是否符合新疆土質(zhì)。本論文的主要研究內(nèi)容介紹如下：（1）根據(jù)對棉花種植封土農(nóng)藝的相關(guān)要求進(jìn)行分析，結(jié)合市面上的棉花種植機械進(jìn)行參考，得到新型廣告清洗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。（2）根據(jù)棉花播種封土機的設(shè)計方案，按照各功能模塊組成依次對封土機取土組件、送土組件、碎土組件、機架組件等展開機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。利用SOLIDWORKS建立其三維整機結(jié)構(gòu)模型。（3）為了保證棉花播種封土機能夠達(dá)到設(shè)計要求，對棉花播種封土機的關(guān)鍵受力部件主驅(qū)動輪組件進(jìn)行有限元仿真。檢測主要工作部件的設(shè)計合理性以及工作強度是否達(dá)到要求。課題的研究方法棉花播種封土機欲實現(xiàn)預(yù)期的功能，因此需要對各個工作部件分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先從技術(shù)可行性上進(jìn)行驗證，同時還需要考慮棉花播種封土機某些關(guān)鍵受力部件在封土機工作過程中的強度是否滿足使用需求。本課題在對封土機關(guān)鍵受力部件進(jìn)行了靜力結(jié)構(gòu)仿真和運動學(xué)仿真分析，通過COSMOS進(jìn)行運動學(xué)仿真。本論文課題綜合使用了機械建模設(shè)計軟件SOLIDWORKS、有限元分析軟件COSMOS以此完成棉花播種封土機的各功能組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和封土機關(guān)鍵受力部件的靜力結(jié)構(gòu)強度仿真和運動學(xué)仿真，其基本關(guān)系圖如1-3所示：圖1-3基本關(guān)系流程圖棉花播種封土機總體方案設(shè)計本章首先依據(jù)對農(nóng)戶走訪調(diào)查分析得到清洗機設(shè)計需求，通過對市場上已有的棉花種植相關(guān)農(nóng)機具進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)分析，提出了整機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。對棉花播種封土機相關(guān)部件進(jìn)行了設(shè)計。設(shè)計理論農(nóng)業(yè)機械設(shè)計設(shè)計工作是一種極具創(chuàng)新性的腦力勞動，它是借助一種已有的準(zhǔn)則方法和實踐來達(dá)到對某些實際問題的求解過程。然而在各不同領(lǐng)域的工程實踐過程中，都是依靠各種實際使用、設(shè)計需求和某些限制因素來推動設(shè)計工作進(jìn)行的。其中涵蓋了產(chǎn)品的功能需求、隱含的功能需求、設(shè)計中的限制因素、時間及成本等資源的限制。隨著新疆農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展、荒地的開墾以及耕地面積的增大，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)機具的使用越來越普遍，從事農(nóng)業(yè)機械行業(yè)的設(shè)計人員不僅僅需要熟練掌握機械設(shè)計相關(guān)知識，還需要對作物種植收獲等農(nóng)藝進(jìn)行學(xué)習(xí)、了解。農(nóng)機具的設(shè)計因為其作業(yè)環(huán)境惡劣，所以農(nóng)機具的設(shè)計不能過于復(fù)雜，要求結(jié)構(gòu)相對簡單，保養(yǎng)維護相對方便。棉花播種封土機就屬于農(nóng)業(yè)機械的一種，要求設(shè)計人員對棉花種植農(nóng)藝有著深刻的認(rèn)識與了解。一般設(shè)計方法農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的的設(shè)計步驟一般由以下幾個部分組成：（1）功能需求分析。經(jīng)過了功能需求分析后，確定所設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)目標(biāo)所需的預(yù)期功能。（2）在功能分析的基礎(chǔ)上，選定主要工作機構(gòu)的工作方式、工作元件（最好是標(biāo)準(zhǔn)件），最后根據(jù)主要工作機構(gòu)設(shè)計農(nóng)機具框體外殼，要求不能影響農(nóng)田作物。（3）虛擬三維模型建造。根據(jù)上述要求建造出三維模型，以便直觀的找出設(shè)計中不合理的因素并加以修正，也方便后續(xù)進(jìn)行仿真與有限元分析。（4）仿真與有限元分析。驗證設(shè)計是否達(dá)到設(shè)計預(yù)期實現(xiàn)的目標(biāo)，主要工作部件強度是否達(dá)到設(shè)計要求，進(jìn)一步找出設(shè)計中的不合理因素進(jìn)行修正。棉花播種封土機的設(shè)計都將按照這一指導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計要求棉花出苗后封土需求分析棉花是新疆的主要農(nóng)業(yè)種植作物，近年來新疆的棉花種植面積已經(jīng)達(dá)到三千七百多萬畝，占全國棉花種植面積的80%左右。龐大的種植面積對應(yīng)著新疆的總?cè)丝谥挥袃汕Ф嗳f人，再加之人工成本近年來大幅度提高，農(nóng)戶對于農(nóng)業(yè)機械化非常的渴望，新疆也一直在發(fā)展農(nóng)業(yè)機械化。棉花出苗后封土一直采用半人工半機械的方式進(jìn)行。中大型農(nóng)機具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高且封土質(zhì)量低；微小型農(nóng)機具效率低下且封土質(zhì)量也不高；人工封土質(zhì)量可以滿足但人工成本過高且效率十分低下。棉花出苗后封土一直是農(nóng)戶們在棉花種植中最令他們頭疼的問題。經(jīng)查閱相關(guān)資料，走訪詢問農(nóng)戶得知新疆棉花播種為了提高棉花收獲效率，采用迎合采棉機的660mm+100mm行距，即100mm寬度小行，660mm寬度大行。經(jīng)調(diào)查得知棉花鋪膜封土模式有正封土與側(cè)封土兩種，兩者特點不相同各有優(yōu)劣：正封土模式：正封土就是棉花鋪膜播種時，膜上點播后，地膜種孔處機械覆蓋土，種孔覆土厚度一般在1～2厘米，覆土寬度一般為5～7厘米。正封土模式優(yōu)點：（1）低溫播種高溫出苗，溫度起決定性作用。封土保溫效果好，升溫快，好保墑，苗壯勻。不用擔(dān)心高溫及風(fēng)大抽墑。（2）封土防風(fēng)除草效果好，不用出苗后再進(jìn)行封土。能防除種穴及膜下雜草，封土后雜草在膜下出不來易被悶死、燙死。（3）保墑，有一定的防風(fēng)作用。（4）正封土棉苗能正常出土減少棉苗帶帽出土的數(shù)量。（5）正封土出苗后棉苗長勢快，緩苗快。正封土模式缺點：（1）對播種機及駕駛員操作技術(shù)要求高，難出全苗。（2）錯位苗易長偏，造成缺苗斷壟，滴水后及下雨后易結(jié)殼，破殼不及時會造成苗長偏，出苗困難，需要人工查苗，增加工作量。（3）怕播完后多雨，尤其土質(zhì)偏粘的地。側(cè)封土模式：側(cè)封土模式與正封土不一樣的地方在于覆土位置為地膜種孔的一側(cè)，播種時由正封土用的方嘴點播器改為尖嘴點播器，加深的點播深度，由正封土的1.5CM增加至2.5CM。側(cè)封土模式優(yōu)點：（1）滴水出苗或遇雨不用破板結(jié)。（2）不用人工查苗，不易出現(xiàn)錯位苗。（3）棉花出齊苗后，一遍或兩遍機械封土快，較易出現(xiàn)一播全苗。側(cè)封土模式缺點：（1）不封洞的確容易跑墑及流失膜下溫度。正封土的模式通常春天出苗也就是一水解決問題，側(cè)封土通常是要兩個水來達(dá)到出苗的目的。（2）保溫、保墑，防風(fēng)，除草效果差，苗出來后長勢慢，緩苗時間長，管理難度大。（3）遇前期高溫需要及時補水補墑。相比于棉花鋪膜封土模式，棉花出苗后封土不需要考慮出苗這個致命的問題，只需要考慮保溫、保墑、防風(fēng)和除草等影響棉花苗生長的因素。因此棉花出苗后封土使用正封土模式較好。設(shè)計要求通過分析棉花種植相關(guān)農(nóng)藝要求，并結(jié)合實際調(diào)查走訪農(nóng)戶，綜合考慮整機開發(fā)的成本、清潔效率、清潔度等因素，得到了以下設(shè)計要求：（1）封土機應(yīng)具有良好封土效率。（2）在進(jìn)行取土作業(yè)時，不能傷苗。（3）擁有較高的設(shè)計可靠性，保證其機械結(jié)構(gòu)使用壽命。（4）擁有良好的作業(yè)質(zhì)量，防止大塊土砸傷棉花苗。（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計盡量簡單，保證其工作穩(wěn)定性，便于維修?？傮w設(shè)計思想本設(shè)計屬于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，但需要結(jié)合新疆棉花種植情況、棉花種植相關(guān)農(nóng)藝要求，走訪種植棉花的農(nóng)戶，通過分析后，確立了棉花播種封土機的總體設(shè)計思想包括：（1）整機外框結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理，不能出現(xiàn)刮傷、刮死棉花苗的情況出現(xiàn)。（2）主要運動機構(gòu)采用強度較高的部件，保證結(jié)構(gòu)使用壽命。（3）整機成本不能過高，照顧農(nóng)戶收入情況，考慮經(jīng)濟效益。（4）整機故障率不能過高，高故障率影響農(nóng)戶田間作業(yè)，降低農(nóng)戶使用成本。整機設(shè)計完成后，應(yīng)具備高效率、工作質(zhì)量高、故障率低、經(jīng)濟實用等特點?？傮w設(shè)計方案作業(yè)流程設(shè)計封土機的完整作業(yè)流程規(guī)劃如下：首先檢查機器各部件狀態(tài)是否良好，確定各個部件狀態(tài)良好之后在齒輪箱動力輸入軸處連接拖拉機后置動力輸出軸，機器上升駛?cè)氪馔赁r(nóng)田并調(diào)整好位置，機器下降開動拖拉機，隨后開始工作，待工作至地頭時上升機器掉頭并調(diào)整好位置后，繼續(xù)工作以此往復(fù)。工作完成后抬起機器關(guān)閉拖拉機輸出動力即可。取土、送土設(shè)計如何取土與送土也是本課題的一項重要設(shè)計內(nèi)容尤其是取土更是重中之重，取土質(zhì)量的好壞直接影響了最終封土質(zhì)量的好壞。在查閱大量資料，實地考察了大量農(nóng)機之后采用了使用旋耕機的旋耕刀取土圖2-1為旋耕機與旋耕刀。采用旋耕刀取土主要有以下幾點原因：（1）旋耕機機型已經(jīng)頗為成熟，其工作原理合理性已經(jīng)過市場檢測，單設(shè)計取土裝置需要經(jīng)過大量實驗實踐分析。（2）目前市面上已經(jīng)有旋耕刀售賣，制作工藝、耐用性等方面可以得到保證，對于封土機制作維修方面是一大便利。（3）考慮到目前新疆大部分小型機械加工工廠工藝可能達(dá)不到取土裝置設(shè)計要求，取土裝置是封土機中負(fù)荷最重的工作部件，采用成熟產(chǎn)品可保證工作質(zhì)量。旋耕機旋耕刀圖2-1旋耕機與旋耕刀送土設(shè)計參考絞龍輸送機，由絞龍送土。絞龍機械構(gòu)造簡單，方便維修，操作方便等優(yōu)點，且絞龍在市面上也有大量售賣，質(zhì)量、工作原理合理性也都可以得到保證，圖2-2為絞龍輸送機。 圖2-2絞龍輸送機機械設(shè)計機械本體作為棉花播種封土機最終功能實現(xiàn)的載體，起到了一個平臺作用。針對封土機設(shè)計部分主要內(nèi)容包括：（1）封土機主要工作部件設(shè)計。這是封土機最重要的地方，確保封土機能夠正確高質(zhì)量的取土送土，滿足工作需要。（2）封土機框體機架設(shè)計。在設(shè)計時框體不能刮傷棉花苗，還要起到支撐作用。（3）齒輪箱的設(shè)計。計算齒輪箱的相關(guān)數(shù)據(jù)。（4）關(guān)鍵部件的校核。如：齒輪箱齒輪以及動力輸出軸的強度校核。棉花播種封土機結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)第二章的設(shè)計方案，分別對封土機的主要工作部件，框體機架，齒輪箱部分分別進(jìn)行設(shè)計工作。設(shè)計工具SolidWorks機械設(shè)計自動化軟件誕生于1995年，是一款基于Windows圖形界面的三維造型設(shè)計軟件，由于非常符合用戶的使用習(xí)慣，使得其一經(jīng)問世便得到廣大機械設(shè)計工程師的喜愛而得到迅速的推廣應(yīng)用。SolidWorks軟件強大的設(shè)計和建模功能，初學(xué)者可迅速上手并熟練應(yīng)用及具備的技術(shù)創(chuàng)新性，大大地提高了應(yīng)用該軟件的工程師設(shè)計效率，使得SolidWorks稱為主流的三維設(shè)計軟件之一，在三維軟件市場中占有重要的一席之地。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計主要工作機構(gòu)設(shè)計封土機的主要工作機構(gòu)分為取土與送土兩部分，作為整機最重要的部分，優(yōu)先設(shè)計，工作流程圖如圖3-1所示。 圖3-1封土機工作流程圖由圖3-1得知主要工作機構(gòu)由三部分構(gòu)成，旋耕刀盤，皮帶輪部分與前后雙絞龍部分。旋耕刀采用市面上已有的225型旋耕刀，該旋耕刀制作時經(jīng)過熱處理，強度可以適應(yīng)田間勞作，市場檢驗合格可行可用，封土機采用四組旋耕刀盤進(jìn)行取土作業(yè)，使用Solidworks對旋耕刀進(jìn)行建模，圖3-2為旋耕刀模型，圖3-3為雙旋耕刀盤模型。圖3-2旋耕刀模型圖3-3旋耕刀盤模型皮帶輪主要作用是帶動絞龍旋轉(zhuǎn)送土，不是最主要受力部件，在設(shè)計時采用H型同步帶輪，規(guī)格為21H。使用SolidWorks軟件建模，圖3-4為皮帶輪模型。 圖3-4皮帶輪模型絞龍是整機的送土部分，采用其市面上現(xiàn)有的絞龍葉片，直徑180mm，該葉片與旋耕刀片一樣經(jīng)過市場檢驗，質(zhì)量、可靠性方面均有保障。使用SolidWorks建模，圖3-5為絞龍模型。 圖3-5絞龍模型框體機架設(shè)計框體機架的設(shè)計要求中因其工作幅寬為2×(660+100)，所以框體機架設(shè)計寬度需大于工作幅寬選定2.5米，絞龍槽部分有三個方孔用于封土，因為其旋耕刀不能起到整機支撐作用，因此需要單獨設(shè)計支撐部分，框體機架材料選用Q235鋼材，使用Solideworks對其進(jìn)行三維模型創(chuàng)建，如圖3-6所示。圖3-6整機框體機架圖齒輪箱設(shè)計及相關(guān)計算已知拖拉機的動力輸出：發(fā)動機功率：40kw輸出軸轉(zhuǎn)速：720r/min查閱相關(guān)資料以及詢問相關(guān)人員對其經(jīng)驗估算：P額=0.8x40=32KW n=720r/min以此為已知條件對齒輪箱進(jìn)行設(shè)計，齒輪箱傳動簡圖如圖3-7所示。圖3-7齒輪箱傳動簡圖各傳動副效率： 圓錐齒輪傳動η1=0.96圓柱齒輪η2=0.96滾柱軸承η3=0.98球軸承η4=0.99萬向節(jié)η5=0.96第I軸及小錐齒輪Z動率，轉(zhuǎn)速和扭矩：n1=720r/minnZ1=720r/min大錐齒輪Z2的功率軌跡的扭矩為：第II軸功率軌跡和扭矩為：第II軸Z3齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩為：第III軸Z4齒輪功率第IV軸Z5齒輪功率刀軸Z6齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩刀軸功率，轉(zhuǎn)速和扭矩 統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到表3-1算出傳動比。表3-1傳動比計算軸次動力Ⅰ軸Ⅱ軸Ⅲ軸Ⅳ軸刀軸輸出軸軸Z1軸Z2Z3軸Z4軸Z5軸Z6P功率（KW）29-427.6627.126.0226.5527.7526.6425.5724.324.3N轉(zhuǎn)速（r/min）720720720450450450285285T扭矩（N.m）3.99×1023.91×1025.89×1026.01×1025.89×1028.1×1028.1×102齒數(shù)（個）152419302030總傳動比查閱相關(guān)資料得總變位X=0.80mm、根據(jù)類比得X3=0.28mmX4=0.52mm齒輪模數(shù)采用國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1357-78）取值：分度圓直徑壓力角嚙合角中心距變動系數(shù)中心距齒高變動系數(shù)齒數(shù)比節(jié)圓直徑齒頂高齒根高全齒高齒頂圓直徑齒根圓直徑公法線長度跨測齒數(shù)k3=2k4=3固定弦齒厚固定弦齒高第二對直齒圓柱齒輪、的主要參數(shù)的計算查閱相關(guān)資料的總變位X=0.87mm根據(jù)類比得X5=X4=0.52mmX6=0.35mm分度圓直徑壓力角嚙合角中心距變動系數(shù)中心距齒高變動系數(shù)齒數(shù)比節(jié)圓直徑齒頂高齒根高全齒高齒頂圓直徑齒根圓直徑公法線長度跨測齒數(shù)k3=2k4=3固定弦齒厚固定弦齒高計算完成后，使用SolidWorks軟件對齒輪箱進(jìn)行建模，裝配后如圖3-8所示。圖3-8齒輪箱裝配圖（其中外框只顯示線架）其中選用的軸承為分別為GB_T297-1994_30210、GB_T283-2007_NJ207、GB_T283-2007_NJ208、GB_T283-2007_NJ210，類型為圓錐滾子軸承。模型裝配全部組件建模完成后，使用SolidWorks軟件對模型進(jìn)行總體裝配，由于封土機各部件建模上文已經(jīng)全部列舉完成，在此就不進(jìn)行舉例了。圖3-9為虛擬整機裝配圖。 圖3-9虛擬整機裝配圖齒輪箱初級受力嚙合齒輪校核各參數(shù)值的確定第二、三軸上的直齒輪、為初級受力嚙合直齒輪，其傳遞的功率和扭矩值都比較大，為此特對直齒輪、進(jìn)行強度校核，其他齒輪的強度校核l類似，就不再一一贅述了。（1）小齒輪傳遞的扭矩，由前面計算結(jié)果可知扭矩大小為：（2）轉(zhuǎn)速450r/min;（3）查閱相關(guān)文獻(xiàn)，可取齒寬系數(shù);（4）查閱相關(guān)文獻(xiàn)知彈性系數(shù);（5）查閱相關(guān)文獻(xiàn)知節(jié)點區(qū)域系數(shù);（6）齒數(shù)比;直徑d=105;（8）傳動比1.57；計算載荷系數(shù)（1）查閱相關(guān)文獻(xiàn)查得使用系數(shù)。因（2）查閱相關(guān)文獻(xiàn)查得動載荷系數(shù)。（3）查閱相關(guān)文獻(xiàn)查得齒向載荷分布系數(shù)。（4）查閱相關(guān)文獻(xiàn)查得齒間載荷分配系數(shù)。故載荷系數(shù)。計算接觸疲勞許用應(yīng)力查閱相關(guān)文獻(xiàn)，取接觸疲勞極限應(yīng)力、。小齒輪與大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為查閱相關(guān)文獻(xiàn)查得壽命系數(shù).0。查閱相關(guān)文獻(xiàn)取安全系數(shù)，得故取按齒面接觸疲勞強度校核由前面計算知，，，，，，，將它們代入式中計算得故齒面接觸疲勞強度滿足要求。計算齒根彎曲應(yīng)力查閱相關(guān)文獻(xiàn)計算得齒根彎曲應(yīng)力齒根彎曲疲勞強度滿足要求運動學(xué)仿真5.1.運動學(xué)簡介二十世紀(jì)八十年代以來，設(shè)計工程中首次使用計算機輔助工程（CAE）方法后，有限元分析（FEA）就成了最先被廣泛采用的模擬工具。多年來，該工具幫助設(shè)計者在研究新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能時節(jié)約了大量時間。由于機械產(chǎn)品日漸復(fù)雜，不斷加劇的競爭加快了新設(shè)計方案投入市場的速度。設(shè)計者迫切感到必須使模擬超出FEA的局限范圍，除使用FEA模擬結(jié)構(gòu)性能外，還需要在構(gòu)建物理原型之前確定新產(chǎn)品的運動學(xué)和動力學(xué)性能。運動仿真（又稱剛性實體動力學(xué)）提供了用于解決這些問題的模擬方法，并很快得到了廣泛應(yīng)用。科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和學(xué)科的相互交叉，極大地促進(jìn)了機械設(shè)計行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，設(shè)計的高效化和自動化已經(jīng)成為今后發(fā)展的必然趨勢，隨著機械產(chǎn)品性能要求的不斷提高和計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，作為機械設(shè)計強大支撐技術(shù)之一的運動仿真技術(shù)越來越受到機械設(shè)計者的重視和親睞。機械運動仿真技術(shù)是一種建立在機械系統(tǒng)運動學(xué)、動力學(xué)理論和計算機實用技術(shù)基礎(chǔ)上的新技術(shù)，涉及建模、運動控制、機構(gòu)學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)等方面的內(nèi)容，主要是利用計算機來模擬機械系統(tǒng)在真實環(huán)境下的運動和動力特性，并根據(jù)機械設(shè)計要求和仿真結(jié)果，修改設(shè)計參數(shù)，直至滿足機械性能指標(biāo)要求或?qū)φ麄€機械系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的過程。通過機械系統(tǒng)的運動仿真，不但可以對整個機械系統(tǒng)進(jìn)行運動模擬，以驗證設(shè)計方案是否正確合理，運動和力學(xué)性能參數(shù)是否滿足設(shè)計要求，運動機構(gòu)是否發(fā)生干涉等，還可及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中可能存在的問題，通過不斷改進(jìn)和完善，嚴(yán)格保證設(shè)計階段的質(zhì)量，縮短機械產(chǎn)品的研制周期，提高設(shè)計成功率，從而不斷提高產(chǎn)品在市場中的競爭力。因此，機械運動仿真當(dāng)前已經(jīng)成為機械系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)等方面研究的一種重要手段和方法，并在交通、國防、航空航天以及教學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。機械系統(tǒng)的運動仿真可以采用VB、OpenGL、3Dmax、VC等語言編程實現(xiàn)，也可使用具有運動仿真功能的機械設(shè)計軟件（如ADMAS、Pro/E、EUCLID、UG、Solidworks、SolidEdge等）實現(xiàn)。隨著計算機軟件功能的不斷強大和完善，用軟件進(jìn)行運動仿真是一種省時、省力、高效的方法，也是運動仿真發(fā)展趨勢。本次設(shè)計機構(gòu)采用的仿真軟件為Solidworks中motion模塊，主要對蛟龍的運作進(jìn)行動力學(xué)仿真。5.2.運動仿真過程簡述第一步：?打開裝配文件，點擊Solidworksmotion模塊，并點擊motion分析。第二步：定義輸入軸初始轉(zhuǎn)速285r/min,這時左側(cè)出現(xiàn)特征對話框，可以選擇轉(zhuǎn)速類型、位置、方向、速度等選項。位置要選與轉(zhuǎn)軸垂直的面，默認(rèn)時間5秒，轉(zhuǎn)速285RPM（轉(zhuǎn)/分）正好轉(zhuǎn)一圈。第三步：可以拖動鍵碼點改變時間長短，由于轉(zhuǎn)速較快所有選取合適的時間0.5sec。第四步：點擊“結(jié)果和圖解”按鈕，分別選取角位移圖圖解、角速度圖解、角加速度圖解進(jìn)行運算分析出圖。5.3仿真結(jié)果角位移圖解、角速度圖解、角加速度圖解如下圖5.1、5.2、5.3所示：5.1角位移圖解5.2角速度圖解5.3角加速度圖解通過對角位移圖解、角速度圖解、角加速度圖的分析易知角位移呈周期性勻速變化，角速度為恒定值，角加速度為0，整體運行十分平穩(wěn)，無速度突變的情況整體設(shè)計合理。輸出軸仿真有限元仿真方法簡介有限元法(FiniteElementMethod，F(xiàn)EM)是隨著計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種計算方法，是一種求解關(guān)于場問題的一系列偏微分方程的數(shù)值方法。在機械工程中，有限元法已經(jīng)作為一種常用的方法被廣泛使用。凡是計算零部件的應(yīng)力、應(yīng)變和進(jìn)行動態(tài)響應(yīng)計算及穩(wěn)定分析等都可以用有限元法。Simulation是SolidWorks公司推出的一套有限元分析軟件。它作為嵌入式分析軟件與SolidWorks無縫集成。運用Simulation，普通的工程師就可以進(jìn)行工程分析，并可以迅速得到分析結(jié)果，從而最大限度地縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期，降低測試成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加大利潤空間。其基本模塊能夠提供廣泛的分析工具來檢驗和分析復(fù)雜零件和裝配體，它能夠進(jìn)行應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、熱分析、設(shè)計優(yōu)化、線性和非線性分析等。SolidWorksSimulation是一款基于有限元技術(shù)的分析軟件，通過與SolidWorks的無縫集成，在工程實踐中發(fā)揮了越來越大的作用。本文通過簡單的實例探討了SolidWorksSimulation的一些基本功能及其使用方法。在工程應(yīng)用中，用戶可以使用SolidWorksSimulation軟件對SolidWorks所構(gòu)建的零件和裝配體進(jìn)行高性能的應(yīng)力分析和優(yōu)化分析。Simulation有限元分析的一般步驟不管項目多復(fù)雜或應(yīng)用領(lǐng)域多廣，無論是結(jié)構(gòu)、熱傳導(dǎo)，還是聲學(xué)分析，對于不同物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型的問題，有限元求解的基本步驟是一樣的，只是具體公式推導(dǎo)和運算求解不同。一般有限元求解問題的基本思路為（1）建立數(shù)學(xué)模型。Simulation對來自SolidWorks的零件或裝配體的幾何模型進(jìn)行分析。該幾何模型必須能夠用正確的適度小的有限單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。通常情況下，需要修改CAD幾何模型以滿足網(wǎng)格劃分的要求。這種修改可以采取特征消隱、理想化或清除等方法。（2）建立有限元模型。通過離散化過程，將數(shù)學(xué)模型剖分成有限單元，這一過程成為網(wǎng)格劃分。離散化在視覺上將幾何模型劃分為網(wǎng)格。然而，載荷和支撐在網(wǎng)格完成后也需要離散化，離散化的載荷和支撐將施加到有限元網(wǎng)格的節(jié)點上。（3）求解有限元模型。創(chuàng)建有限元模型后，使用Simulation的求解器進(jìn)行求解。（4）結(jié)果分析?？傮w來說，結(jié)果分析是最困難的一步。有限元分析提供了非常詳細(xì)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用各種格式來表達(dá)。對結(jié)果的正確解釋需要熟悉和理解各種假設(shè)、簡化約定以及在前面三步中產(chǎn)生的誤差。以上介紹了Simulation有限元分析的基本思路，在實際應(yīng)用Simulation進(jìn)行分析時，一般遵循以下步驟：創(chuàng)建算例、應(yīng)用材料、添加約束、施加載荷、劃分網(wǎng)格、運行分析和分析結(jié)果。仿真過程下文來說明使用Simulation旋耕輸出軸的結(jié)構(gòu)有限元分析、Simulation進(jìn)行零件靜態(tài)分析的基本操作。由于細(xì)長軸上有一個通孔，因此用力學(xué)的知識求解將會非常復(fù)雜，而使用Simulation有限元分析求解則相當(dāng)容易。建立算例。算例是由一系列參數(shù)定義的，這些參數(shù)完整地表達(dá)了物理問題的有限元分析。當(dāng)對一個零件或裝配體進(jìn)行分析時，想得到它在不同工作條件下的反應(yīng)就要運行不同類型的分析。一個算例的完整定義包括分析類型、材料、負(fù)荷、約束和網(wǎng)格。在這一步驟中，可以為本算例設(shè)定一個名稱，并同時設(shè)定算例的“類型”為“靜態(tài)”。應(yīng)用材料。在運行算例之前，必須定義模型的材料屬性。在Simulation中定義材料不會更新已在SolidWorks中為CAD模型分配的材料。在裝配體中，每一個零件可以指定不同的材料，如表5-1所示定義材料。表5-1材料定義模型參考屬性零部件名稱:20CrMnTi模型類型:線性彈性同向性默認(rèn)失敗準(zhǔn)則:屈服強度:8.35e+008N/m^2張力強度:1.08e+009N/m^2彈性模量:2.12e+011N/m^2泊松比:0.289質(zhì)量密度:7860kg/m^3抗剪模量:8.17e+010N/m^2熱擴張系數(shù):1.3e-005/KelvinSolidBody1(鏡向3)(輸出花鍵軸)曲線數(shù)據(jù):N/A添加約束。為了完成一個靜態(tài)分析，模型必須被正確地約束。Simulation提供了各種夾具來約束模型，一般而言，夾具可以應(yīng)用到模型的面、邊和頂點。單擊Simulation工具欄“夾具”下拉菜單的“固定幾何體”，完成對零件約束的添加。當(dāng)某個面添加了約束之后，就可以看到夾具符號出現(xiàn)在該面上。夾具符號分別用箭頭和圓角表示各方向的移動和轉(zhuǎn)動自由度的限制。本文中選擇“圓柱約束幾何體”夾具類型。表5-2為約束表。表5-2約束表夾具名稱夾具圖像夾具細(xì)節(jié)在圓柱面上-1實體:1面類型:在圓柱面上轉(zhuǎn)換:0,,0單位:mm合力零部件XYZ合力反作用力(N)24.37022.16597-0.24612724.4675反力