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1、1 绪论1.1 我国目前的育秧科技的发展和存在的问题我国是一个农业大国，水稻、玉米等农作物的产量高居不下，随之不断发展的育秧技术也快速的发展。就拿水稻栽培来说吧，从我国的水稻栽培技术的发展历程可以看出我国的农业育秧科技正在迅猛的发展。以往的农民种田存在着三弯腰的插秧问题，不仅劳动强度啊、育秧面积较大，而且不利于管理，这样培育出来的秧苗，因缺乏温室的催芽及催苗技术处理，秧根小、秧苗弱、整齐度差，不利于培育壮秧 ，其产量未能获得较大的提高，同时由于育苗时间和品种都不能统一，优良品种难以推广，影响了良种的推广和品种的合理布局。针对这种情况推广了水稻抛秧栽培技术。它是当前水稻栽培措施改革的一项新技术，
2、它解决了农民种田三弯腰的插秧问题，降低了劳动强度，提高了劳动生产率，是最受农民欢迎的的技术措施之一。水稻抛秧具有用种量少、育秧面积小、便于管理、抛后回青快、分蘖节位低、生长迅速、够苗早、成穗率高、产量高等优点。1.2 立体化育秧设备的发展随着社会科技水平的高速发展，人们的生活条件、经济水平都在飞速发展，从而导致社会竞争非常激烈。这样的环境使人们有一种追逐高效率省时的趋势。由于经济条件的极大提高，有车一族的数量每年都在增涨，使城市道路交通变得异常拥挤。各大城市高峰时塞车已经成为天天可见的一道景观。家用汽车的停放也逐渐成为一个社会问题。平面停车场已无法解决城市停车问题，这就迫使停车空间向空中或地下
3、发展，立体停车库的出现并非偶然。随着近年我国育秧技术的发展，用于育秧的土地也在逐渐增加，为了减轻严峻的用地问题，现在也发展起来一些立体的育秧设备，这样不仅能够减少占地面积，提高土地的利用率，还能够提高工作效率进而提高经济效益。但是目前国内使用的立体育秧设备主要是固定的立体育秧架。这种立体育秧架虽然有很多优点，但是我们也可以看出这些设备占地面积还是大，而且它一样需要较多的工作人员来从事强度很高的工作，而且因为是固定的，就不可避免的有育苗受阳光照射不均的问题，导致育苗的生长程度不尽相同。本课程设计的自动循环立体育秧房主要由大量通用部件和少量专用部件组成的一种高效培育设备。由于此类装置是立体结构所以
4、它能减少占地面积而且可与电器设备联系起来，实现控制的自动化，给我们带来极大的便利。该类设备还可以有多种形式，可以设立在地上，也可以在地下，外观也很美观。总之，此类设备有很好的发展前景，能适应社会的发展，在科技飞速发展的当今，凭借着诸多良好的特点，必然有更广阔的发展潜力。1.3 自动循环式立体育秧技术应用前景展望自动循环式立体育秧房的构想以其非常高的实用性在不久的将来一定会被应用在实践中。我们应该充分发挥自动化立体育秧技术的立体化和自动化两方面功能。自动循环式立体育秧技术的发展，应该是与工业、科技的发展相适应。现代化大生产，越来越促使农业生产自动化、专业化、集中化。自动循环式立体育秧技术能否得到
5、迅速的应用和发展，已成为农业生产中高科技的一个象征。随着科学技术的进步，育秧技术将进一步向系统化、自动化、无人化方向发展，育秧管理也将向计算机化、网络化的趋势发展。自动循环式立体育秧房在农业的应用将为进一步提高农业的综合经济效益发挥着重要的作用。2 拟定设计方案通过综合考虑各方面因素和对现有机构的查询了解，初步确定以下方案：采用三相异步电机；传动方式采用齿轮传动和链传动。传动原理图如下图：图1 本设计的传动原理图初步选取齿轮和链轮的齿数和传动比。由图可以看出该装置的工作原理是电动机通过减速器带动传动机构运转, 在牵引构件(链条)上, 每隔一定距离安装一吊篮, 吊篮随链条一起作循环运动, 达到均
6、匀光照，合理培养的目的。它主要由钢结构骨架、机械传动系统、电气及自动控制系统组成, 其中, 机械传动系统是设备的核心。链条选用滚子链，吊篮个数为14个图2 吊篮简图3 设计计算3.1 电动机的选择在选择电机时,首先应考虑到生产情况对电机的要求,要设计的该种装置工作的环境比较复杂,并有些小量冲击。因此,要求电机有防潮及防震装置,并且要连续进行工作。采用齿轮减速，因为齿轮传动可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有功率范围大，传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。动力由电动机输出,通过减速系统传动,把动力输入到执行机构。3.2 选择电动机的类型按工作要求和条件，选用三相笼型异
7、步电动机，封闭式结构，电压为380V、Y型。3.3 选择电动机的容量电动机所需的工作功率：(kw) (3-1) (kw) (3-2)故(kw) (3-3)传动总效率为：查表可知在传动过程中， 二级齿轮减速器的效率为= 0.960.99； 滚动轴承的传动效率为= 0.940.98；滑动轴承的效率为其中：齿轮传动效率（7级精度） 取=0.96 轴承传动效率 取=0.97 工作机传动效率 取=0.95 链传动效率 取=0.92 链拉力的计算：按链条的变拉力最大时求。即：当14个吊篮中有7个放满时，设每个吊篮满时的重量100kg左右。则 F=7x100x10=7000N。链速初定为3m/min ,则所
8、以选择齿轮减速电机型号为YTC250，其功率为P=1.1 kW ，减速后输出转速为= 31r/min。根据该立体装置的结构形式，电动机，减速器在顶部安装，为了安装方便，将电动机和减速器结合在一起，即减速电动机。3.4 传动比分配总传动比，初取齿轮的传动比,链轮的传动比。3.5 计算机构各轴的运动及动力参数1）计算各轴转速I轴转速 II轴转速 2） 计算各轴输入功率I轴输入功率 II轴输入功率 3） 计算各轴的输入转矩电动机输出转矩 I轴输入转矩 II轴输入转矩 4 传动结构的设计传动方案的设计应在满足功能要求的前提下从设计制造、能源和原材料消耗、合理经济的使用寿命、管理和维护等各方面进行综合考
9、虑，使传动方案的费用最低，提高性价比。4.1 链传动的设计链传动属于啮合传动,与齿轮传动相似但它靠中间零件-链条实现传动，与其它传动相比有一些优点：与带传动相比,没有弹性滑动,传动比准确，传动可靠,张紧力小，装配容易,传动效率可达98%；与齿轮传动相比,可以有较大的中心距；可以在高温或润滑油的环境下工作。1）选择链轮齿数估计链速 V=0.06m/s 取，传动比，则大链轮的齿数2）初步确定中心距 (4-1) 3）估算链节数取4）设计功率由机械设计师手册查表得，工况系数Ka=1,小链轮齿数系数K2=1.2，排数系数Km=1,所以 Pd=KAxP/(K2xKm)=1x0.22/(1.34x1)=0.
10、19KW。5）链条节距根据PD=0.19KW和n2=6.2转/分，查得链号为20A，节距31.75mm的滚子链。6）确定中心距7）验算速度8）工作拉力9）作用在轴上的载荷10）润滑方式根据滚子链节距P=31.75mm和链条速度V=0.06m/s，查表选用润滑方式一即用油刷或油壶人工定期润滑。11）链条标记根据设计计算结果，决定采用单排20A滚子链，节距为31.75mm，节数为80，其标记为20A-1-80 GB/T1243-1997。表1 链轮尺寸参数名 称/符 号计算公式小链轮大链轮链轮齿数/zz1957分度圆直径/dd=p/sin(180。/z)192.9mm576.35mm齿顶圆直径/d
11、adamax=d+1.25p-drdamin =d+(1-1.6/z)p- dr213.54mm596mm齿根圆直径/dfdf=d -dr173.85mm556.30mm最大齿根距/Lx奇数齿Lx=dcos(90。/z) dr偶数齿Lx= df=d -dr173.1mm556.08mm 图3 大链轮的结构简图由图可以看出链轮的直径较大，采用腹板结构并在腹板上加孔。链传动运动不均匀，有冲击，而在本设计中低速传动需要承受较大的载荷，所以链轮的材料应该保证轮齿有足够的强度和耐磨性，链轮材料选择：40Cr性能特点：具用较高的耐磨性和强度。链轮的结构采用整体式，并采用铸造链轮。润滑方式为滴油润滑。保证链
12、传动的良好润滑，从而缓冲冲击，减少摩擦，延长链轮寿命。4.2 齿轮传动的设计计算齿轮传动是应用最广泛的一种机械传动方式。齿轮传动的主要优点是传动效率和速度的范围很广，传动比准确、可靠，传动效率较高，寿命长，结构准确。a） 选择材料、确定初步参数1) 选材料 小齿轮：40Cr钢调制，平均取齿面硬度为260HBS大齿轮：45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS2) 初选齿数 取小齿轮的齿数为55，则大齿轮的齿数为555=1653) 齿数比即为传动比 4) 选择尺宽系数d和传动精度等级情况参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=0.6初估小齿轮直径d1=150mm，则小齿轮的尺宽为b=dd1=0.
13、6150=90mm5) 齿轮圆周速度为： 参照手册选精度等级为8级。 6) 计算小齿轮转矩T17) 确定重合度系数Z、Y：由公式可知重合度为则由手册中相应公式可知：8) 确定载荷系数 KH 、KF确定使用系数 KA：查阅手册选取使用系数为KA=1.5确定动载系数Kv：查阅手册选取动载系数Kv=1.14确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：则 载荷系数KH、KF 的确定，由公式可知b) 齿面疲劳强度计算1) 许用应力H总工作时间th，假设寿命为5年，每年工作300天，每天工作8个小时，则： 应力循环次数 N1、N2寿命系数 Zn1、Zn2 ，查阅相关手册选取Zn1=1.0、Zn2=1.0接触疲劳极
14、限取：hlim1=720MPa、hlim2=580Mpa安全系数取：Sh=1.2许用应力 h1、h22） 节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.53） 求所需小齿轮直径d1与初估大小基本相符。4） 确定中心距，模数等几何参数中心距a：， 圆整中心矩取348mm模数m：由中心矩a及初选齿数Z1 、Z2得：，可取齿轮模数为3计算分度圆直径d1，d2 确定尺宽：取大齿轮尺宽为 b1=1650.6=99mm小齿轮尺宽取 b2=150mmc) 齿根抗弯疲劳强度验算1) 求许用弯曲应力 F应力循环次数NF1、NF2 寿命系数Yn1、Yn2 ，查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1 极限应力取：F
15、lim1=290MPa、Flim2=220Mpa尺寸系数Yx：查阅机械设计手册选，取Yx=1.4安全系数SF：查阅机械设计手册，取SF=1.4需用应力F1 、F2 ,阅机械设计手册,用弯曲应力 2) 齿形系数YFa1、YFa2 查阅机械设计手册，取YFa1=2.24 YFa2=2.33) 应力修正系数Ysa1、Ysa2 查阅机械设计手册，取Ysa1=1.7 Ysa2=1.64) 校核齿根抗弯疲劳强度 查阅机械设计手册，齿根弯曲应力 通过以上计算可知静强度及接触疲劳强度一定能满足要求，该对齿轮性能要求符合，可以满足工作需要，并应用于此中装置中。应用于该装置中的齿轮属于大型齿轮，直径较大，因此常用
16、腹板结构，并在腹板上加工孔以便于加工时装卡，还可以减轻重量，使齿轮硬度适中，具有一定强度。零件结构如下图4所示图4齿轮的结构和尺寸5 有关零部件的确定和校核主要的的传动零件、轴承和轴是该机构的主要零件，其他的零件的结构和尺寸是根据主要零件的位置和结构确定的。5.1轴设计的主要问题轴是组成机器的重要零件之一，它的主要功能是支撑回转零件及传递运动和动力，因此大多数轴都要承受转矩和弯矩的作用。轴的材料主要采用碳素钢和合金钢，本设计中的轴采用45号优质碳素钢。5.1.1轴设计的主要材料轴的材料主要采用碳素钢和合金钢，本设计中的轴采用45号优质碳素钢。经过调质处理。5.1.2初算轴径由公式计算轴径 (5
17、-1)式中： p-轴所传递的功率，kw; n-轴的转速，r/min; C-由轴的许用切应力确定的系数。取118-106 则 5.1.3轴的结构设计 轴的结构设计既要满足强度的要求，也要保证轴上零件的定位、固定和装配方便，并且要有良好的加工工艺。所以，轴一般作成阶梯形的。阶梯轴的径向尺寸的变化是根据轴上零件受力情况及轴表面的粗糙度而定的。阶梯轴的轴向尺寸则根据轴上零件的位置，配合及支撑结构确定的。在轴的径向方向上，当直径变化是为了固定零件或承受轴向力时，直径变化值一般取68mm.;当轴径变化只是为了装配方便或区别加工表示，不承受轴向力时，则变化值可取1-3mm。当轴上装有滚动轴承、密封等标准件时
18、，轴径应该取相应的标准值。在轴的轴向上，轴上安装传动零件的轴段长度是由所装零件的轮毂宽度决定的。而轮毂宽度和轴的直径有关的，确定直径才能确定轮毂宽度。在有键槽的轴段，应该使键槽靠近直径变化处，以便在安装的时候，零件的键槽和轴的键容易对准。轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸，使轴的各段直径和长度，既要满足承载能力的要求，又要标准零部件及标准尺寸的规定，还要符合零件的安装固定调制以及轴的加工工艺规范。因为轴的受力载荷很大，所以轴径处采用轴承座支撑，采用双轴承，轴的材料采用45调质处理。轴承的型号根据轴的直径可以初步选择，一根轴宜取同一规格的轴承。由以上轴结构设计的方法可以逐步确定各轴段
19、的结构形状以及轴向尺寸和径向尺寸，并确定轴承的型号。5.2 轴的校核确定支点的距离及零件的力作用点后，对一些零件的强度校核是很有必要的。通过校核可以对某些结构作出更改，使其满足工作要求。根据轴直径的计算公式式中： p-轴所传递的功率，kw; n-轴的转速，r/min; C-由轴的许用切应力确定的系数。取118-106 则 a) 按当量弯矩法校核1) 设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。图5 轴的受力转矩弯矩图2)求作用在轴上的力如表2，作图如图5-c。表2 作用在轴上的力垂直面（Fv）水平面(Fr)链轮1Fv1=15421NFr1=0 N轴承1Fy1=300
20、00NFx1=0 N轴承2Fy2=20000NFx1=0 N链轮2Fv2=55000kNFr1=0 N齿轮Fv1=25000NFr1=13000N轴承3Fy1=47000NFx1=60000 N轴承4Fy1=13000NFx1=70000 N3) 求作用在轴上的弯矩如表3，作出弯矩图如图5-f表3 作用在轴上的弯矩垂直面(Mv)水平面(Mr)截面Mr1=0合成弯矩M=2200Nm截面Mr2=3500Nm合成弯矩M=43000Nm4）作出转矩图如图5-g5）作出当量弯矩图如图5-k表4 算当量弯矩截面截面6）确定许用应力已知轴材料为45钢,调质处理，查手册得=650MPa。用插入法得=102.5
21、MPa，=60MPa，7）校核轴径表5 验算轴径截面截面结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。b) 轴的刚度计算,所以轴的刚度足够。5.3 轴的强度较核画出轴的空间受力图，如下图所示：图6 轴的空间受力图轴传递的转距齿轮的受力：圆周力径向力轴向力主动轮圆周力方向与轮的回转方向相反，径向力指向轮心，轴向力指向轮大端。 1）画出水平面受力图，计算支点反力，画水平面弯矩图，如下图图7 水平面受力图图8水平弯矩由图可知， 代入数据，得：，所以，B点受力应竖直向下。2）画出垂直受力图，计算支点反力，画垂直面弯矩图：图9垂直受力图图10垂直弯矩由图可知，代入数据，计算，得，所以，受力向下。3）求合成弯矩图
22、11合成弯矩图4） 校核轴的强度选A截面进行校核，所以，A截面安全。5.4确定链条种类传动链条主要有套筒链、套筒滚子链、齿形链等。综合分析多种因素，本方案采用滚子链，并是单排的链条，因为链条承受的载荷较大，吊篮还要放在链条上，因此需要作成特殊的链条，大致形状如下图：图12 采用的滚子链条简图5.5键的校核5.5.1键联接的类型的选择键联接是一类引用最广泛的轴毂联接的形式，键联接按照键的形状可以分为平键联接、半圆联接、楔键联接和切向键联接。选择键联接应按照需要传递的转矩大小、载荷性质、安装空间大小、轮在轴上的位置是否移动、是否需要键联接实现轮毂的轴向定位、传动对定心精度等工作要求，并结合各类键联
23、接的特点选择。根据以上的要求以及该装置工作时的要求，选用A型普通平键。5.5.2键联接的尺寸选择键的截面尺寸（键宽 b，键高 h, 轴槽深t及轮毂槽深t1）根据轴的直径并根据有关的国家标准进行选择，键的长度根据轮毂长度确定；键长通常略短于轮毂长度，并且要符合标准规定的长度系列。5.5.3平键联接的强度校核普通平键联接的主要失效形式是键、轴上键槽和轮毂上键槽三者中较弱者被压溃。平键联接的强度计算通常以轮毂为计算对象，计算键联接的强度时假设键与键槽的侧面压力均匀分布，并假设轴合力的作用点在轴半径处，强度条件为： (5-2)式中 轴的直径 键与轮毂键槽的接触高度(mm)，一般取k=0.5h 键联接传
24、递的转矩 l 键的工作长度(mm).；圆头平键 许用挤压应力)a）I轴大齿轮处键的校核：由I轴的轴径，查标准手册选取普通平键b=25mm，h=14mm，L=70mm，则键的工作长度l=L-b=45mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=7mm，则转矩表5 键联接的许用应力和许用压强许用压应力许用压强联接工作方式联接中的较弱材料载荷性质静载荷轻微冲击静联接钢120150100120铸铁70805060动联接钢5030从上表中可以查到键联接的许用挤压应力。则键联接的许用应力，所以此键是安全的。I轴小链轮处键的校核：查标准手册选取普通平键b=14mm，h=9mm，L=50mm，则键的工作长度l=L
25、-b=36mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=4.5mm，则转矩从表一中可以查到键联接的许用挤压应力。则键联接的许用应力，所以此键是安全的。b) II轴大链轮处键的校核：查标准手册选取普通平键b=22mm，h=14mm，L=90mm，则键的工作长度l=L-b=68mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=7mm，则转矩从表一中可以查到键联接的许用挤压应力。则键联接的许用应力，所以此键是安全的。键的材料：以为压溃和磨损是键联接的主要失效形式，所以键的材料要求有足够的硬度。国家标准规定，键用抗拉强度不低于600Mpa的钢制造，如45钢，Q275等。5.6轴承的较核根据本装置的设计要求和实际的
26、受力情况，决定采用滚动轴承。滚动轴承是机械中广泛应用的支承件，工作时依靠最主要元件间的滚动接触来支承转动轴承，由专业工厂大量生产的标准件。滚动轴承的类型、尺寸和公差等级均以制定为国家标准，按滚动轴承所能承受的载荷方向或接触角的不同可以将轴承分为向心轴承、推力轴承。据滚子形状不同可分为圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承、球面滚子轴承、螺旋滚子轴承、调心滚子轴承等等。本设计决定采用深沟球轴承图13和圆锥滚子轴承图14。图13 深沟球轴承图14 圆锥滚子轴承深沟球轴承主要承受径向载荷，也可以同时承受较小的轴向载荷。高速装置中可以替代推力轴承，价格低廉，应用最广泛。圆锥滚子轴承可同时承受承受径向载荷
27、和同时承受单向的轴向载荷。外圈可以分离，安装时调整轴承游隙，应该成对使用。5.6.1圆锥滚子轴承的寿命计算查手册得圆锥滚子轴承采用30215系列，, Y=1.4，e=0.8。径向当量载荷的计算公式：当时，时，a) 计算两轴承的内部轴向力和轴向载荷轴承2被压紧，得轴承的轴向载荷b) 当量动载荷，查手册得，轻微冲击时，当量动载荷c) 验算轴承寿命，只计算轴承1的寿命50000h因此，轴承寿命满足要求。结束语为期两个多月的毕业设计工作马上就要结束，这次设计是在大学里最重要的一次设计。它是对四年大学所学知识的的总结，为即将走上工作岗位奠定了基础。在这次毕业设计中，我的收获是很多的。这次毕业设计涉及的知
28、识贯穿了大学所学的主要课程，例如：几何量精度，机械零件，机电传动等等。这次设计，使我对所学得课程有了更深的认识。这个设计需要准备的知识多，与机械专业的基础知识联系密切，这是一个很好的锻炼机会。同时它是一种基础性的训练，训练你查阅资料的能力，培养你再学习的能力，使我更有信心从事将来的工作。另外，通过毕业设计也提高了自己独立思考的能力，进一步的开阔了我的设计思维和设计理念，使我懂得了思考的可贵和不易。通过本次毕业设计，学生不但可以有重点的复习专业课的基础知识，对所学专业有了进一步的认识，而且锻炼了理论联系实际的能力，达到学以致用，这是知识的升华和提高。同时，也使学生深刻地认识到自己知识的欠缺和能力
29、的不足。这些将激励我在今后的工作中应不断的学习，努力地实践，进一步充实自己，在实践中锻炼自己。 致谢经过三个月的忙碌的设计，在大学四年里最重要的一次设计也要接近尾声。这次设计不同于以往的设计，因为它是对机械专业全方面知识的一次综合考核，不仅要求我们掌握必要的基础理论知识，还考察了我们通过查阅大量的相关资料，用现有的理论知识联系实际，来设计一个完整的机械。在设计的前期，我都不知道该从哪里着手开始设计，因为它涉及的知识太广。在这里我首先要感谢我的指导老师雒老师。在课题实习调研阶段，雒老师为我们提供了大量相关的研究资料。在整个设计过程中我曾数次地向雒老师请教问题, 雒老师对我所存在的疑问都是非常耐心
30、地事无巨细地解答。在本课题研究过程中，自始至终得到了我的导师雒运强副教授悉心的关怀与指导，雒运强严谨的治学态度，认真塌实的工作作风，积极进取的创造精神使本人受益非浅。从雒运强身上比仅仅学到了知识，更让我学到了我以后人生路上的做人之则。通过雒老师耐心的指导分析，使我逐渐有了大概的设计思路，节约了设计时间，又很好的提高了自己的设计方面的能力。我还要感谢在设计过程中给予我帮助的同学，在设计中本小组的同学们互帮互助研究讨论，解决遇到的困难，充分体现了团结合作的整体精神，在此，也向他们表示由衷的感谢。 最后向答辩小组及评审小组的老师们表示致谢。参考文献1 戴起勋机械零件结构工艺性，北京：机械工业出版社，
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