植樹挖坑機的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要本文介紹了植樹挖坑機的相關(guān)背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、挖坑機的設(shè)計要求及其類型、工作原理、技術(shù)性能等。通過分析指導老師給與的原始數(shù)據(jù)，確定方案的可行性、經(jīng)濟效益以及綜合實際考慮，完成了植樹挖坑機的總體設(shè)計。在此基礎(chǔ)上對植樹挖坑機從結(jié)構(gòu)原理、動力選擇、萬向傳動軸設(shè)計、提升機構(gòu)設(shè)計、螺旋挖掘鏟的設(shè)計、減速器設(shè)計進行闡述。1緒論1.1研究的背景和意義通過第九次全國森林資源清查，最新的全國森林覆蓋率：22.96%；我國依然是一個缺林少綠的國家，森林覆蓋率低于全球30.7%的平均水平，特別是人均森林面積不足世界人均的1/3，人均森林蓄積量僅為世界人均的1/6。森林資源總量相對不足、質(zhì)量不高、分布不均的狀況仍然存在，森林生態(tài)系統(tǒng)功能脆弱的狀況尚未得到根本改變，生態(tài)產(chǎn)品短缺依然是制約中國可持續(xù)發(fā)展的突出問題。近年來，人們越來越重視身邊的生態(tài)環(huán)境，“植樹造林，保護環(huán)境”已成為全民參與的一項大型義務(wù)活動。然而，人工造林效率低、速度慢且勞動強度大，而機械化造林則是大勢所趨，不僅可以提高勞動效率、減輕勞動強度，還能保證造林質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在中國的挖穴機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，例如產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動力比較密集型的產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達工業(yè)國家；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。我國植樹造林機具現(xiàn)狀我國植樹造林機械赴較晚，主要在南方為種植橡膠實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，有為東方紅-75、熱特-25型拖拉機配套的挖穴機，而北方地區(qū)為栽植果樹和防護林，也研制了為中型輪式拖拉機如上海-50、神牛-25型拖拉機配套的開溝機、挖穴機，這種機具既可以挖植樹穴坑，也可以挖梯形溝槽用于果樹施溝肥。對大面積的機械植樹造林，多采用鏵式系歹開溝機，如1K-40、1K-50和1K-60型開溝機。我國植樹造林機械雖有多個品種，但由于栽種樹苗多在山地、坡地，土質(zhì)條件復雜，影響了機械的使用效果，基本上用人工挖坑栽苗，生產(chǎn)的挖穴機批量較小。近幾年來，由于經(jīng)濟林的興起以及國家為防治水土流失，退耕還林、種草種樹已引起各有關(guān)部門的普遍重視，并加大了植樹造林機械的投入，取得了良好的效果。挖穴機為了適應(yīng)不同土壤、不同作業(yè)條件的要求，國外生產(chǎn)的不同動力配套的造林用挖穴機，有手提式、背負式、手扶拖拉機式和拖拉機式4種。A.手提式挖穴機，分為單人式與雙人式。日本多用單人手提式，歐洲各國則多采用雙人手提式。手提式挖穴機發(fā)動機的功率一般為1.3--3.7kw，多采用油鋸和割灌機的單缸風冷汽油發(fā)動機為動力。單人和雙人手提式挖穴機發(fā)動機的轉(zhuǎn)數(shù)經(jīng)離心式離合器和減速箱，將轉(zhuǎn)數(shù)降低到100--200r/min，再傳到挖穴鉆頭。由于減速比很大，多采用蝸輪蝸桿或擺線針輪行星傳動機構(gòu)，以便減少機器的質(zhì)量。由于雙人手提式挖穴機質(zhì)量可以大一些，有的采用多段直齒輪減速機構(gòu)。有的挖穴機為了使挖穴機鉆頭能自動地由地中拔出，在傳動機構(gòu)中裝有逆轉(zhuǎn)機構(gòu)。國外所用的挖穴鉆頭多為螺旋片型，挖穴時自穴中向上排土的性能好，螺旋片型有單螺旋和雙螺旋兩種。山地造林時，挖穴的直徑和深度為25--30厘米，因此多采用1.5--2個節(jié)距的螺旋片。為了提高螺旋片型挖穴機的切根性能，有的將螺旋邊緣做成缺口狀。國外所用挖穴機鉆頭的轉(zhuǎn)數(shù)都不太高，以免將穴中的土壤甩得過遠，一般周邊速度為3米/秒左右，鉆頭轉(zhuǎn)數(shù)為200--300r/min。裝有逆轉(zhuǎn)機構(gòu)的挖穴機在拔出鉆頭時，土壤會向相反方向旋轉(zhuǎn)，不會從穴中拋出。手扶拖拉機式挖穴機的功率為3.7--7.3kw，輪式拖拉機挖穴機的功率為36.8--73.6kw。圖13WS-2.8型手提式挖坑機B.懸掛式挖穴機主要用于栽植大樹苗時的挖穴作業(yè)，挖穴直徑為50--80厘米，挖穴深度為60厘米，挖穴機懸掛在25.7--58.8kw拖拉機上。挖穴機由縱吊桿、帶安全裝置的萬向傳動軸、減速器和不同直徑的挖穴鉆頭組成。減速器由一對直齒錐齒輪組成，更換不同直徑的挖穴鉆頭時，要更換不同的錐齒輪，可換挖穴鉆頭有3種，直徑分別為80、60、30厘米。鉆頭由空心鉆桿、葉片和切土刀片組成，鉆桿下端有定心尖。工作時，由拖拉機動力輸出軸經(jīng)萬向傳動軸帶動旋轉(zhuǎn)工作部件完成挖穴作業(yè)，利用液壓裝置控制鉆頭升降。圖2懸掛式挖坑機C.液壓式挖穴機在發(fā)達國家已普遍推廣。由于液壓技術(shù)的普及推廣，發(fā)達國家在挖穴機上已采用液壓傳動裝置，主要用在液壓輸出能力較強的拖拉機或挖掘機的機型上，用液壓泵驅(qū)動齒輪機構(gòu)傳動系統(tǒng)。DANUSER液壓挖穴機裝有高效、轉(zhuǎn)向密封性能好的液壓馬達，可調(diào)節(jié)機械鏈條與齒輪，使扭距增大4倍。采用液壓驅(qū)動比用萬向節(jié)套管傳動更靈活方便，當遇到障礙物時能起到安全緩沖作用。圖3美國產(chǎn)HYD-TB11H2、挖坑機的設(shè)計要求及其類型2.1挖坑機的設(shè)計要求挖坑機挖的坑的直徑和坑的深度應(yīng)該滿足栽植樹的要求。挖出的坑徑要有較好的垂直度，坑壁應(yīng)整齊，但不宜太光滑，否則不利于根系的生長。在貧瘠的土地上挖樹坑時，要求出土率在90%以上，以便在坑內(nèi)添加肥料和表土回填，改善樹木的生長條件；在肥土層較厚的土地上挖植樹坑時，可以有25%~40%的松土留在坑內(nèi)。挖坑時，拋出土應(yīng)在坑的周圍，拋土半徑不應(yīng)太大，以便回填方便。根據(jù)造林技術(shù)要求，有時挖坑與造林不是相繼進行的。此時，挖坑土壤可不出坑，只要求鉆頭破碎草皮、切斷灌根、排出石塊、疏松土壤，以便蓄水保墑與熟化土壤，這種挖坑又叫穴狀整地。2.2挖坑機的類型挖坑機的種類很多。如果按與配套動力的掛接方式對其進行分類，可分為懸掛式挖坑機；手提式挖坑機、牽引式挖坑機和自走式挖坑機[3]。按挖坑機上配置的鉆頭數(shù)量可分為單鉆頭、雙鉆頭和多鉆頭掘坑機。挖坑機的鉆頭根據(jù)形狀可分為螺旋式鉆頭螺旋帶型鉆頭、葉片型鉆頭和螺旋齒式鉆頭等。對于懸掛式挖坑機，機器懸掛在拖拉機上主要用于地形平緩或拖拉機可以通行的地方，鉆頭的升降由拖拉機手通過拖拉機液壓系統(tǒng)操縱，挖坑直徑和深度都比較大，也可以多鉆頭同時作業(yè)。對于手提式挖坑機，機器與汽油發(fā)動機裝配成整體，由單人或雙人手提操作，質(zhì)量較輕，適用于拖拉機不能通過的地形復雜的山地、丘陵和溝壑地區(qū)，挖坑直徑和深度都比較小，也可用于果樹的追肥及埋設(shè)樁柱。牽引式挖坑機的機器裝在小車上，由拖拉機牽引，掛接方便，不受拖拉機結(jié)構(gòu)限制，但結(jié)構(gòu)復雜，機動性差。自走式挖坑機設(shè)計成整體自走式，挖坑機本身自帶動力，通過性較好，技術(shù)含量和自動化程度較高，價格昂貴。后兩種挖坑機由于局限性較大，在我國應(yīng)用較少。單鉆頭挖坑機在我國應(yīng)用比較普遍，多鉆頭挖坑機則比較少見。挖坑機的鉆頭形狀多為螺旋式或螺旋帶型。3、挖坑機的選擇如果用于山上、坡地種植小樹苗，可以選用小型挖穴機，它的配套動力在4千瓦以下，開挖直徑約30厘米，深度30-40厘米。目前國產(chǎn)小型挖坑機有以下機型可供選擇:①中國農(nóng)機研究院耕作所研制的與2.2-3.7千瓦手扶拖拉機配套的挖坑機，挖坑直徑20-30厘米，深度20-40厘米，生產(chǎn)效率100-150個/小時。②中國第一拖拉機股份公司生產(chǎn)的東方紅-IW20/30挖穴機，汽油發(fā)動機功率3.7千瓦，機重23.5千克，使用時由2個人握住挖穴機的手柄即可操作。③山東招遠市的日強農(nóng)機有限公司生產(chǎn)的DT-ZB4型植樹挖坑機，它采用二沖程3.7千瓦汽油機作動力，挖坑直徑36厘米，挖坑深度60-120厘米，機重23千克，每1.2分鐘可挖坑1個。如果用于小塊地或城鄉(xiāng)結(jié)合部植樹，可以選用與小四輪拖拉機配套的中型挖坑機，其開挖直徑約30-50厘米，坑深40-50厘米，例如南昌旋耕機廠生產(chǎn)的IW-60型挖坑機如果用于工程施工，則應(yīng)選用大型挖坑機，它與40.4千瓦(55馬力)以上輪式或履帶式拖拉機配套，挖坑直徑50~60厘米，坑深70-100厘米，例如，云南省熱帶作物機械廠生產(chǎn)的挖坑機，它由東方紅75型履帶式拖拉機驅(qū)動，可以開挖底徑60-80厘米、深70厘米的穴坑，生產(chǎn)率為90個/小時，機重485千克。如果所需洞穴直徑在30厘米、深度在40厘米以下，又是沙壤土，功率消耗較少，可以選用小型挖坑機；如果所需洞穴直徑為40到60厘米、深60到70厘米，宜選用中型挖坑機；如果所需洞穴直徑在70厘米、深在80厘米以上，又是粘重土壤或者有巖石，則應(yīng)選用大型挖坑機。4、挖坑機的設(shè)計4.1挖坑機的結(jié)構(gòu)原理挖坑機的動力來源于拖拉機，經(jīng)過皮帶輪或齒輪變向變速來轉(zhuǎn)動挖頭，同時在液壓提升機構(gòu)控制下上下運動，以此實現(xiàn)挖頭切土和拋土，從而形成土坑。據(jù)資料顯示，挖坑機基本情況如下：配套動力22—40kW，坑徑300—1000mm，坑深300—1000mm，挖坑機的頭部結(jié)構(gòu)為螺旋葉片式，有單頭或多頭之分，導程也各不相同，也有變導程的。提升機構(gòu)絕大多數(shù)采用三點懸掛式?？傮w而言，其結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。4.2挖坑機的動力選擇深度(mm):550-900挖坑的直徑(mm):700鉆頭轉(zhuǎn)速(r/min):300工效(坑/h):60-80鉆頭直徑(mm):300輸送高度(m):0.8運輸間隙(mm):450挖坑的動力消耗與坑徑、坑深、土壤硬度和下降速度有關(guān)。通過試驗，坑徑D~>600mm，坑深H~>800mm，配套動力應(yīng)在20~40kW之間。選用DF404-10型拖拉機，其主要參數(shù)為40馬力，轉(zhuǎn)速為540r/min，最小離地間隙為250mm。4.3挖坑機與拖拉機的聯(lián)接挖穴機與拖拉機采用三點懸掛裝置聯(lián)接，具有結(jié)構(gòu)簡單、作業(yè)質(zhì)量好、效率高、移動及通過性能靈活的特點，廣泛應(yīng)用于植樹造林、施肥集水、埋設(shè)樁柱等作業(yè)。三點懸掛機構(gòu)示意圖(圖4-1):圖2-1懸掛機構(gòu)示意圖4.4挖坑機的傳動路線圖圖2-2傳動路線圖動力由拖拉機輸出，通過帶安全裝置的萬向傳動軸，將動力傳到挖穴機的輸入軸，再通過一對直齒錐齒輪傳動來帶動雙螺旋葉片型鉆頭轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)挖穴作業(yè)。4.4.1功率及挖坑幅度的計算A.功率計算查表得：；；萬向聯(lián)軸器（2個）滾動軸承（一對）圓錐齒輪傳動效率總的傳動效率:a.拖拉機動力輸出軸的額定輸出功率為29.4kw已知輸入軸轉(zhuǎn)速n1=540r/min,要求工作軸轉(zhuǎn)速n2=300r/min。傳動比eq\o\ac(○,3)計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)拖拉機輸出軸=29.4kw=540r/min2）減速器高速軸：=29.40.970.970.98=27.10kw=499.40N·M=540r/min3）減速器低速軸：=27.100.980.96=25.50kw=845.70N·M=300r/min計算出的參數(shù)表:計算出的參數(shù)功率PKW轉(zhuǎn)矩TN·M轉(zhuǎn)速nr/min傳動比i拖拉機軸29.4520.0540減速器高速軸27.10499.405401減速器低速軸25.50845.703001.84.5獨立式轉(zhuǎn)速動力輸出軸參照GB/T3871.3農(nóng)業(yè)拖拉機選?。篹q\o\ac(○,1)動力輸出軸標準轉(zhuǎn)速540r/min,并應(yīng)在發(fā)動機規(guī)定轉(zhuǎn)速的80%-90%之間達到；eq\o\ac(○,2)從拖拉機前進方向看，動力輸出軸順時針方向旋轉(zhuǎn)由于動力輸出功率小于65kw，所以選取型號為1?35-540的萬向軸具體的數(shù)值如下表：公稱直徑35mm花鍵形式6齒矩形花鍵軸線位置離地高度：450～675mm允許偏離拖拉機縱向?qū)ΨQ平面：50mmeq\o\ac(○,3)動力輸出軸軸伸及其聯(lián)結(jié)套的型式、尺寸、性能、位置具體數(shù)值如下：動力輸出軸型號IIIIII公稱直徑（mm）353545花鍵型式6齒矩形花鍵21齒漸開線花鍵20齒漸開線花鍵軸線位置離地高度（mm）450～675動力輸出軸功率<48Kw動力輸出軸功率>=48Kw650～875450～675允許偏離拖拉機縱向?qū)ΨQ平面（mm）505050本設(shè)計選用6齒矩形花鍵花鍵要素內(nèi)花鍵外花鍵齒數(shù)66公差及檢驗槽寬L鍵寬S公稱尺寸3.69公稱尺寸8.69上偏差+0.05綜合上偏差-0.05下偏差+0.02上偏差-0.09綜合下偏差0下偏差-0.164.6萬向傳動軸設(shè)計eq\o\ac(○,1)、萬向節(jié)傳動軸組成（圖）萬向鉸鏈機構(gòu)（萬向節(jié)）又稱萬向聯(lián)軸器。它用于傳遞兩相交軸間的運動，這種聯(lián)軸器可以允許兩軸間有較大的夾角（夾角α最大可達到35°-45°）而且機器運轉(zhuǎn)時，夾角發(fā)生改變?nèi)钥烧＾D(zhuǎn)動；但α過大時傳動效率會顯著降低。注：萬向傳動軸必須設(shè)置安全防護罩。eq\o\ac(○,2)、萬向傳動軸的型式與基本尺寸的確定：1)滾針軸承在萬向節(jié)叉上的固定型式——孔擋式*注：一般有兩種固定形式：孔擋式和軸擋式，新產(chǎn)品不推薦使用軸擋式。萬向節(jié)節(jié)叉叉腿尺寸（mm）B804728L40480.120.0120.10LNZ-D*d*b1102021.416322550節(jié)叉叉腿花鍵孔節(jié)叉尾部尺寸(mm)Ldbt952028.12）、十字軸、滾針軸承的尺寸：選用型號——Z34607C十字軸組合十字軸HD軸承標準代號dn72.5422870490214.540.120.0250.013)、伸縮軸的型式和截面尺寸：*注：一般型式有方軸管型、檸檬管型、花鍵軸套型。本設(shè)計采用花鍵軸套型?；ㄦI軸套型伸縮軸截面尺寸（mm）馬力等級伸縮軸與套管的最小重合長度（mm）花鍵軸套型套管管（mm）方孔(mm)dS尺寸公差12755034)、固定滾針軸承用擋圈的型式和尺寸：馬力等級孔擋式孔用彈性擋圈規(guī)格標準代號1228GB893---76矩形的花鍵孔的節(jié)叉用定位銷和彈簧的尺寸：花鍵型號功率等級數(shù)量I38型45---60PS12---32PS21I型型（21齒）定位銷尺寸eq\o\ac(○,3)、傳動軸使用條件：1）、環(huán)境溫度-5℃～40℃；2）、最佳工作角度α=0°～5°；3）、農(nóng)具入土、出土時萬向節(jié)夾角允許15°～30°；4）、轉(zhuǎn)速540～1000r/min；5）、靜態(tài)最大不干涉角70°；6）、定期進行潤滑保養(yǎng)。五、錐齒輪的設(shè)計齒輪材料及精度考慮挖坑機的工作類型而且減速器傳遞功率不大，小齒輪選40Cr(調(diào)質(zhì))硬度280HBS；大齒輪45號鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS；材料硬度相差40HBS。挖坑機為一般工作機器，速度不高，所以選擇8級精度，齒形角α=20°，齒頂高系數(shù),頂隙系數(shù)壓力角α我國對一般用途的齒輪傳動規(guī)定標準壓力角為α=20°齒數(shù)Z的選擇初選Z1=24,Z2=1.824=43.2,取Z2=44齒寬系數(shù)=0.25-0.35，取0.3按照齒面接觸疲勞強度計算齒輪接觸面強度設(shè)計公式為eq\o\ac(○,1)確定公式計算數(shù)值：1)初選KHt=1.32)小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩=499.40N·M3)齒寬系數(shù)=0.34)查機械設(shè)計的表10-5確定材料的彈性系數(shù)；查機械設(shè)計的圖10-20得區(qū)域系數(shù)ZH=2.55)在機械設(shè)計中按齒面強度查10-25d圖得小齒輪的接觸疲勞強度極限=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強度極限=550MPa。6)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（一班制，10年工作壽命，一年300天）小齒輪：=7.776大齒輪：7)由機械設(shè)計中圖10-23計算接觸疲勞壽命系數(shù)：=0.90；=0.958)計算接觸疲勞許用應(yīng)力：取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式機械設(shè)計中10-14式得=540MPa；=523MPa；取和中較小的作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即==523MPaeq\o\ac(○,2)計算數(shù)值：1)計算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小的值。即=523MPa計算得mm；計算圓周速度V149.846mm=4.23m/s計算當量齒寬系數(shù)：=分圓錐角：=28.6°=90°-=61.4°節(jié)錐頂矩：=184.134)計算齒寬與齒高之比b/h模數(shù)：=7.3mm齒高：=16.425mmb/h=3.485)計算載荷系數(shù)：由機械設(shè)計中表10-2查得使用系數(shù)=1.25，錐齒按低一級精度取=1.2，根據(jù)=4.23m/s,8級精度，由表10-3查動載系數(shù)，直齒錐齒輪的；由表10-4用插值法查得8級精度，小齒輪相對支承非懸臂時，由b/h=3.48查圖10-13得；因此=1.86)按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑==196.48mm7)模數(shù)m=8.18mm3、按齒根彎曲強度設(shè)計確定公式中的各參數(shù)選KFt=1.3計算確定公式內(nèi)各計算數(shù)值由機械設(shè)計圖10-24c查得小齒輪的彎曲疲勞強度=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強度為=380MPa；由機械設(shè)計圖10-22取彎曲疲勞壽命系數(shù)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由式10-14得：=314.29MPa=244.29MPa查取齒形系數(shù)由機械設(shè)計圖10-17查得=2.65，=1.69；（插值法）查取應(yīng)力校正系數(shù)=1.58，=1.69；（插值法）計算大、小齒輪的并加以比較=0.0133=0.0161經(jīng)比較大齒輪的數(shù)值大，取大齒輪的值為0.01618）調(diào)整齒輪的模數(shù)a圓周速度v按大齒輪數(shù)值計算得5.13=2.96m/sb齒寬b對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，可取彎曲強度算得模數(shù)m=6；按接觸強度算得的分度圓直徑=196.48mm算出小齒輪齒數(shù)：=32.7(取整33)大齒輪齒數(shù)：=59.4(取整59)這樣設(shè)計出的齒輪傳動，即滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。4、計算幾何尺寸1)計算分度圓直徑計算分錐角計算齒寬名稱代號小齒輪大齒輪分錐角δ29.05°60.95°分度圓齒厚S9.42模數(shù)m6齒數(shù)Z3359分度圓直徑d198354齒頂高6齒根高7.2齒頂圓直徑208.49359.82齒根圓直徑185.41347.00錐距R202.80齒根角2.03°頂錐角31.08°62.98°根錐角27.02°58.93°頂隙C1.2當量齒數(shù)37.74121.50齒寬B71軸的的設(shè)計1、高速軸的設(shè)計1)選擇軸的材料初選軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），查機械設(shè)計中的表15-1得：抗拉強度極限；屈服強度極限；彎曲疲勞極限；剪切疲勞極限；許用彎曲應(yīng)力尺寸的計算=29.40.970.970.98=27.10kw=499.40N·M=540r/minb按扭轉(zhuǎn)強度初步計算軸的最小直徑先按機械設(shè)計中式15-2初步估算出軸的最小直徑，由表15-3查取=105=37.73mmc軸的結(jié)構(gòu)的設(shè)計根據(jù)要求的軸向的定位來確定軸的各段直徑，如下圖：1）最小軸頸為37.73mm，軸的最大傳輸功率為27.10kw小于65kw，所以取40mm，由于齒輪寬為71mm，為了將齒輪夾緊，軸左端要用螺栓和固定板將軸與齒輪固定，軸長度應(yīng)比齒輪寬略短一點。所以取AB段尺寸：=68mm,=40mm2）BC段：BC段主要是放擋圈將齒輪與軸承分開，在肩是齒輪的定位軸肩，軸肩高度；故選取h=4mm，則=48mm，擋圈寬，取擋圈寬12mm，為夾裝好軸承，所以=13mm。3）CD段：安裝軸承段，根據(jù)工作要求，既受軸向力又受徑向力，所以選擇圓錐滾子軸承，型號為32010，依據(jù)軸承的型號和軸承的夾緊原則，取=17mm，CD右側(cè)是非定位軸肩取h=1mm，=50mm。4）DE段：過度尺寸，選取兩軸承間距離為40mm，所以=40mm，DE段軸在兩端都是軸承的定位軸肩，，故取h=5mm，則=60mm。5）EF段：安裝軸承段，依據(jù)軸承的內(nèi)孔直徑和寬度選取=18mm，=50mm。6）FG段：安裝軸承蓋和聯(lián)軸器的安全距離軸，根據(jù)軸承蓋的標準，軸左端是非定位軸肩取h=2.5mm，故=45mm，為保證安全距離取=60mm。7）GH段：花鍵軸與聯(lián)軸器的配合，在保證最小軸徑前提下，取=38mm，=40mm。8）高速軸各段直徑和長度軸段ABBCCDDEEFFGGH直徑（mm）40485060504538長度（mm）681317401860409）計算高速齒輪所受的力=163.3mm圓周力：6116.35N徑向力：=1946.1N軸向力：=1080.9N求作用在軸上的支反力：水平支反力=123.17N；=2340.23N；

垂直支反力=1082.51N；=-280.6N；=24060N·mm彎矩M：=-117011.5N·mm；=24060N·mm；=-28060N·mm總彎矩：=119459.51N·mm=120328.94N·mm扭矩：147804N·mm3)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度：根據(jù)式15-5及以上數(shù)據(jù)，以及軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈沖循環(huán)變壓力，取α=0.6，計算軸的應(yīng)力。=6.92MPa前已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得：；因此；故強度夠，軸安全。eq\o\ac(○,5)校核軸的壽命查手冊的32010型圓錐滾子軸承參數(shù)：動載荷；靜載荷查《機械設(shè)計》表13-6得1）計算軸承所承受的徑向載荷=1089.49N=2356.99N2）計算軸承所承受的軸向載荷：查《機械設(shè)計》表13-7，得軸承的內(nèi)部軸向力為：。Y由表13-5中的Y值，即Y=1.6=340.47N=736.56N因為=1137.56>=340.47所以軸承1為壓緊端：=1137.56N軸承2為放松端：=736.56N3）計算軸承1、2的當量載荷，查表知e=0.37因為=1137.56/1089.49=1.04>e=0.37；所以；得出=2255.892N因為=736.56/2356.99=0.31<e=0.37；所以得出=2356.99N所以取P==2356.99N對比計算結(jié)果，，所以按軸承2計算壽命；4）校核軸承壽命由《機械設(shè)計》表13-3查，由于圓錐滾子軸承=10/3，選取預(yù)計壽命為20000～30000。=1420000h經(jīng)計算軸承壽命符合要求，故合格。eq\o\ac(○,6)高速軸上鍵的連接選擇及校核計算：1）選擇鍵連接的類型和尺寸一般8級以上精度的齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵連接，故選用圓頭平鍵連接。根據(jù)=40從機械設(shè)計的表6-1查得鍵的截面尺寸：寬度b=12mm；高度h=8mm，由于齒輪寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=63mm（輪轂寬度為71mm）2）校核鍵的連接強度鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值為，鍵的工作長度=51mm；鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=4mm，由式機械設(shè)計中式6-1得=98.16MPa；所以符合強度。2、低速軸的設(shè)計A.軸的材料的選擇軸的材料初定為45鋼（調(diào)質(zhì)），查機械設(shè)計中的表15-1得：抗拉強度極限；屈服強度極限；彎曲疲勞極限；剪切疲勞極限；許用彎曲應(yīng)力尺寸的計算=27.100.980.96=25.50kw=845.70N·M=300r/min初步計算軸的最小直徑先按機械設(shè)計中式15-2初步估算出軸的最小直徑，由表15-3查取=10530.61mm軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計確定軸的各段直徑和長度，如下圖：1）AB段：安裝軸承的位置，軸承直徑d=40mm，寬20㎜，左端安放軸承蓋，右端是擋油圈，所以=40，=192）BC段：安裝擋油環(huán)，左側(cè)不是定位軸肩，h=1mm故=42㎜，=16㎜；3）CD段：過渡尺寸，根據(jù)箱體與齒輪的位置關(guān)系確定=96㎜，CD的右端是定位軸肩，h=4㎜，所以=50㎜；4）DE段：DE段是給齒輪夾緊定位的所以h=5㎜，=60㎜，=20㎜5）EF段：安裝齒輪的軸段，齒輪輪轂寬度71㎜，所以=50㎜，保證齒輪被夾緊安裝，齒輪的軸應(yīng)比齒輪輪轂窄，所以=69㎜6）FG段：FG段安裝擋油環(huán)，擋油環(huán)左側(cè)與齒輪定位夾緊，右側(cè)與軸承定位，左側(cè)軸肩為非定位軸肩，取h=2㎜，所以=16㎜，=46㎜；7）GH段：安裝軸承，左端擋油環(huán)和右邊軸承蓋將其夾緊為保證夾緊要求，取=21㎜，=40㎜；8）HI段：HI段是安裝軸承蓋，以及保證箱體與聯(lián)軸器的安全距離=38㎜，=60㎜；9）IJ段：IJ段是與聯(lián)軸器相聯(lián)的花鍵軸，參照聯(lián)軸器有關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)計為=40㎜，=35㎜；10）計算作用在齒輪上的力：=265㎜圓周力：=2077.06N徑向力：=338.15N軸向力：=676.15N11）求作用在軸上的支反力：=442.15N；=1634.91N；=-371.54N；=709.69N；=89591.2N·mm彎矩M：=70301.13N·mm；=-59074N·mm；=120107.89N·mm總彎矩：=91826.40N·mm=139169.50N·mm扭矩：147804N·mm3)