某玉米播種機(jī)有關(guān)零部件的設(shè)計(jì)案例1.1主軸尺寸設(shè)計(jì)圖7主軸Figure7spindle穴式播種機(jī)主軸固定在機(jī)架上，整機(jī)和機(jī)具的重量都作用在主軸上如圖7，因此應(yīng)考慮其許用彎曲應(yīng)力；又由于定盤用鍵與主軸相連，主軸受剪切力作用，因此其許用切應(yīng)力應(yīng)滿足使用要求。作業(yè)過程中，主軸直徑的設(shè)計(jì)主要取決于作業(yè)速度、穴播器所受牽引力等。設(shè)工作機(jī)組行進(jìn)速度為，穴播器所受牽引力為，則（13）（14）（15）式中，―與材料有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于45＃鋼，取；―輪盤轉(zhuǎn)速；―傳遞功率（w）；根據(jù)試驗(yàn)取作業(yè)速度，牽引力為，經(jīng)計(jì)算取安全系數(shù)為，則最后確定輪軸直徑取。1.2主軸強(qiáng)度校核綜合分析穴播器主軸的各種受力情況，只有當(dāng)舵輪穴播器被硬物頂起，整個(gè)機(jī)架及機(jī)具的重量全部由主軸承擔(dān)時(shí)，主軸所受的彎曲扭矩最大，設(shè)機(jī)架及機(jī)具的總重量為，水平面的彎矩，垂直面上的彎矩，則合成彎矩為：（16）主軸的中心處為危險(xiǎn)截面，主軸在中心處的最大彎曲應(yīng)力為：（17）查手冊(cè)得：45＃鋼的許用彎曲應(yīng)力為；則由上式得：（18）所以直徑為24得主軸能滿足使用要求。1.3定盤與主軸的鍵連接強(qiáng)度計(jì)算在穴播器的工作過程中，定盤以平鍵固定在主軸上，其可能的失效形式為：軟件的工作面被壓垮或磨損，鍵被剪斷，等等，由于定盤與主軸之間的平鍵(選擇圓頭平鍵)采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸和材料，并采用靜接方式，因此壓潰是其主要失效形式。擋塊與入土成穴器的動(dòng)瓣之間的摩擦產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使平鍵受到剪力作用。凸輪的半徑為，與動(dòng)瓣頂端的摩擦力為，則凸輪與動(dòng)瓣之間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：（19）平鍵所受的剪力為：（20）即（21）式中，--擋塊與動(dòng)瓣之間的正壓力，；--動(dòng)摩擦系數(shù)，取鑄鐵與鋼之間的摩擦系數(shù)；--主軸直徑；--剪應(yīng)力，；--許用剪應(yīng)力，查表得；--鍵高度8mm；--鍵的接觸長(zhǎng)度18mm；由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得轉(zhuǎn)距值（22）則由上面分析計(jì)算得：（23）所以鍵聯(lián)結(jié)的擠壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。1.4地輪裝置設(shè)計(jì)在免耕播種機(jī)中，地輪不僅起到限深的作用，而且是排種的主動(dòng)輪。因而在設(shè)計(jì)時(shí)，地輪不僅要滿足強(qiáng)度、剛度等機(jī)械性能要求，還要對(duì)地表的起伏有較強(qiáng)的適應(yīng)性，以免在地表高低不平的情況下，出現(xiàn)地輪被架空不能轉(zhuǎn)動(dòng)，造成種子無法排出的問題。剛性地輪在地面上穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力分析如下：（26）其中，P--牽引力Rx--行走阻力G--輪軸載荷Ry--垂直反力rd--地面反力作用點(diǎn)至輪心距離r--地輪半徑Rya--地輪滾動(dòng)阻力矩-總阻力矩圖7地輪分析受力示意圖Fig.7Forceanalysisofthegroundwheel設(shè)，由以上方程知：（27）我們知道總阻力矩是排種機(jī)構(gòu)施加的，必須使足夠大，克服的力矩，才能使地輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)排種機(jī)構(gòu)排種。地輪半徑越大，增大，其轉(zhuǎn)動(dòng)越容易，從而打滑率就越小，因此半徑越大播種越均勻。為了減小地輪的打滑系數(shù)，在地輪上還增加了抓地板。根據(jù)機(jī)具空間，將地輪直徑設(shè)計(jì)為300mm，寬度為80mm。本機(jī)采用的是同軸固定式鐵輪。1.5有限元分析利用Altair公司旗下的Hypermesh模塊對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行有限元前處理，Optistruct模塊對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行有限元分析，Hyperview模塊對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行后處理。通過對(duì)機(jī)架模型的網(wǎng)格劃分、為機(jī)構(gòu)賦屬性材料，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行約束，然后對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，求出該機(jī)構(gòu)在自重情況下的應(yīng)力和變形，經(jīng)過一系列的操作，讓自己熟悉了有限元分析軟件的常用操作流程。有限元網(wǎng)格模型如圖8所示。圖8機(jī)架有限元網(wǎng)格模型Fig.8Finiteelementmeshmodelofrack運(yùn)用仿真軟件對(duì)機(jī)架進(jìn)行靜力學(xué)分析，需要對(duì)每個(gè)機(jī)構(gòu)的材料屬性進(jìn)行賦值，材料為45#鋼，因此，機(jī)架的材料均為45#鋼的參數(shù)，參數(shù)細(xì)節(jié)如表1所示。表1機(jī)架材料參數(shù)Tab.1Framematerialparameters模型屬性名稱：45#鋼模型類型：線彈性各項(xiàng)同性材料失效準(zhǔn)則：最大Mises應(yīng)力屈服強(qiáng)度：335(Mpa)彈性模量：2.1e5(Mpa)泊松比：0.3密度：7.85e-9(t/mm^3)考慮到模型中的彈簧等零件對(duì)分析結(jié)果影響較小，可以對(duì)該類零件進(jìn)行簡(jiǎn)化建模，然后依據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行約束，機(jī)架約束情況表2所示。表2機(jī)架約束示意圖Tab.2Schematicdiagramofframeconstraints模型約束位置及自由度對(duì)應(yīng)實(shí)際情況約束A處整體坐標(biāo)系3自由度；約束B處整體坐標(biāo)系1、3自由度；A處與拖拉機(jī)連接，實(shí)際有沿著拖拉機(jī)前行和左右搖晃的自由度；B處與地面接觸，約束整體坐標(biāo)系Z向及X向自由度，控制其左右、上下的運(yùn)動(dòng)；完成機(jī)架的材料屬性賦值及約束后，即可進(jìn)行分析，對(duì)機(jī)架施加自重G載荷，實(shí)施最后的仿真計(jì)算步驟，其自重情況下的靜力學(xué)應(yīng)力分析、位移分析結(jié)果如圖9、圖10所示。圖9應(yīng)力分析結(jié)果Fig.9Stressanalysisresults圖10位移結(jié)果Fig.10Displacement