韭菜收割机设计说明书范文

第二章设计方法与实现2.1引言韭菜收割机的设计过程从对韭菜收割的机械化转换，总结普通农业机械的运动模式和功能实现，到具体机构的设计构思和分析计算，产品模型的建立，工程分析和设计制造，一步一步完整走过，让整个设计路程圆满而成果丰硕。

其中，数字化的设计方法和基于特征的参数化设计系统让设计过程高速而有效，对这个设计过程起到了关键性的作用。

韭菜收割机是在对常用的农业机械进行了初步探索下进行的，对农机的普遍机构进行了深入研究，并从中提取出农业机械通用的结构和使用的设计，将其精华注入到这款韭菜收割机中，力求使这款韭菜收割机能更加实用，更加合理，以弥补设计实践上的经验不足。

在设计过程中，我们对部分机构进行了功能实现性的设计，机械设计分析和理论设计计算，从割刀的设计、皮带链条的设计选用到曲柄摇杆机构的急回特性应用，多方面设计研究让收割机模型更加合理。

2.2设计内容机械产品的设计是一个多因素、多环节、反复进行的复杂过程，它包括零部件的结构形状和尺寸位置关系的设定、材料选择、装配、工艺标准、加工制作等过程，而基于二维制图的机械设计步骤繁琐，没有直观的立体呈现，缺乏必要的形象实际的力学分析等工作，且效率低，质量无法保证。

当CAD,连同CAE、CAM 技术应用于现代机械设计时，这些传统的弊端一一解决，不仅提高了工作效率，而且将设计过程变得更加轻松，更加直观，更加实际和有效。

这些基于特征的参数化系统在众多设计软件中体现，如Solidworks等，已成为现阶段必不可少的设计工具。

特征描述是三维造型设计的关键。

Solidworks的特征设计让机械设计更加方便和高效，同时立体化设计让设计更加人性化和高度视觉美感。

在对韭菜收割机进行机械设计时，主要依托Solidworks这款三维设计软件，通过它的CAD、CAE、CAM技术，进行基于参数化的模型构建，力学分析，动画仿真，模拟加工等工序。

基于参数化的设计系统不仅提高了工作效率，而且将设计过程变得更加轻松，更加直观，更加实际和有效。

2.3收割机运动实现总体而言，这款收割机是以链轮链条传动为主，五条链条协调分布，将动力传递给各个运动机构，加之皮带传输收获的韭菜，并用皮带与农用手扶拖拉机进行连接，为收割机带来动力。

图2- 1 V带传动示意图在与手扶拖拉机的连接中，采用了V型带传动，如图2- 1所示。

带传动是一种挠性传动，具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，在近代机械中应用广泛。

其中，V型带因横截面呈等腰梯形，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力，因而V型带允许的传动比大，结构紧凑，且大多数V型带已标准化。

用V型带传动更能适应农用机械的要求，其低廉的价格使收割机成本降低，更适应广大农民的需求。

链条传动是农业机械中非常普遍的一种传动方式，它符合农业机械生产的要求。

与带传送相比，链传送能保持准确的平均传送比，传送效率较高，且安装不需太过紧密，对轴上的径向压力较小，其较小的整体尺寸也能节省空间。

此外，制造与安装精度要求较低，成本也低。

图2- 2所示为链条传动模型。

图2- 2 链条传动模型曲柄轴是本次设计的韭菜收割机中一个比较重要的部分，它将链条传来的动力经过曲柄上的曲柄传递给拉杆，并由拉杆带动铲刀的运动。

曲柄轴在工作时做匀速转动，曲柄的循环转动巧妙的转换成了拉杆的线性运动，并带有曲柄摇杆的急回特性，让铲刀的运动更加有利于韭菜的切割。

割刀的设计及运动实现：为了更好地实现韭菜的切割，可以先了解了切割器的分类，切割器按照切割原理的不同分为有支撑和无支撑切割，经过查找文献可以得知：无支撑切割时，植物茎秆相当于悬臂梁，如果要想可靠的得以切割，那么要求茎秆的惯性力与反弹力应大于或等于切割的力，这种切割方式应尽可能的降低割刀的位置，并且还要有相当高的切割速度。

据试验得，对于韭菜之类的细茎秆的植物切割速度应为35-40m/s。

这就对机械设备提出了很高的要求，上面已介绍链传动在农业机械机械中被广泛应用，这款收割机也是如此，链传动不宜用于高速传动中。

而对于茎秆细小且刚度较小的植物，取有支撑点的切割就显得尤为必要了，以小麦为例，试验得，在有支撑的切割中，0.3-0.6m/s的割刀速度，小麦被压扁和撕破，且阻力有大减小；>0.6m/s时，小麦茎秆被压扁和撕破的现象消失，阻力减少缓慢，当割刀速度大于0.8m/s时，应该就可以可靠切割了。

所以此收割机模型选择了有支撑的切割器。

本款收割机选择了平面机构作为切割器的支架。

然后就是割刀形状的确定了，为了使机械得到高效的利用，利用双面刀来进行切割，如图2- 3所示。

图2- 3 双刃刀切割示意图首先，将摇杆即中间的杆2旋转到极位，然后，在装配体环境下，生成新的零件（即至上而下的设计顺序），为了更好地设计我利用日常生活中模锻的方法，先做成一块大的铁皮作为原材料，再以此原材料的一个面为基准面做草图，切割出割刀的一个刀刃；最后就是将摇杆旋转到另一个极位，以同样的方法做出另一个刀刃。

这样整个刀的形状就出来了，然后再利用Solidworks simulation做刀形状设计的优化。

最后确定出刀最合理的外形，加工出刀刃。

拨禾器的作用顾名思义就是将韭菜苗扶正，以便收割。

拨禾器采用类似于小麦收割的样式，采用条状的拨齿进行拨禾。

拨禾齿在重力的作用下保持竖直，并在遇到地面或是收割机机体时进行轴向转动，以实现正常的转动。

这种结构的拨禾器结构简单，重量相对较轻，制造成本低，应用于割晒机及中小型联合收割机上，在对拨禾齿进行细化和采用橡胶材料后，其对作物的打击作用已较小，比较适合韭菜的收割。

它由拨板、辐条、拨禾齿、轴和轴承等组成。

工作时，拨禾器相对侧板作回转运动，拨板则起到拨禾、扶禾切割和拨送禾秆的作用。

2.4 链条传动设计计算链轮链条的使用已经标准化，接下来需要做的就是根据现实的需要，适当的选择标准件，使之符合力学和传动要求。

链轮链条的选择关系到整个动力的传输，空间的设计，工件的受力以及发动机功率的选择，对整个韭菜收割机的设计起着比较重要的作用。

链轮链条的设计有一定的公式，经过查找，得到以下关键性的几个公式： 扭矩：2000n 9550d F P M N ⨯=⨯=m N ⋅ 功率：95501000n M v F P N ⋅=⋅= kW 拉力（静）:dM v P F N ⨯=⨯=20001000 N(不考虑离心力) 速度：60000p z n v ⨯⨯= s m / 分度圆直径：z180sin ︒=p d mm 功率：210f f ⋅⋅=P P kW (取1f 、2f 分别为：1.4，1.35) 拉力（动）：1f F F d ⨯= N离心力：2v q F F ⨯= N总拉力：F d G F F F += N 链接数：z p a X +⨯=002 （取整得X ） 中心距：p z X ⨯-=2a mm 在这款韭菜收割机中，共有五个链条，分别是链条1，链条2 ... 链条5，链条的节距统一选择为12.7mm,五条链的中心距分别计算得：133.35,196.85,539.75,146.05,69.85,根据公式，就能很容易的算出了这款收割机所需的链轮的齿数，并依据国家或国际标准进行设计绘图。

2.5 杆件急回特性曲柄摇杆机构在机械中应用很广泛，曲柄等速转动情况下，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢，机构的这种运动性质称为急回特性。

急回特性是曲柄摇杆机构的重要特性之一。

为缩短空行程时间，提高生产效率，通常要利用曲柄摇杆机构的急回特性。

如图2- 4所示为曲柄摇杆机构，由拉杆2、拉杆3、曲柄轴、侧板（未画出）组成的曲柄摇杆机构是此次设计的一组急回机构，他能够在铲刀铲韭菜时拥有一个迅速向前的速度，使韭菜的切割更加轻松完美，也符合相应的力学性能。

精简化，可得到如下图所示的示意图（为表示直观，将尺寸改动）：图2- 4 曲柄摇杆机构图3-4-1图2- 5所示为曲柄摇杆结构简化图，简化图中各实际尺寸为：mmADmmCDmmBCmmAB60.261,68.105,213,25====由图2- 5，可以求得：︒=⨯-⨯-++-⨯-⨯-+-=167.4)(2222)(arccos)(2222)(arccos22222221111111ADABCBDCADABCBADABCBDCADABCBθ急回特性系数 1.073θ180θ180ΦΦK21=-︒+︒==> 1.05 ，有较明显的急回特性。

2.6本章小结本章主要通过对韭菜收割机研究过程中的设计方法和设计原理的简要介绍，将本次在研究韭菜收割机过程中遇到的诸多问题进行了阐述，让韭菜收割机的面目更加清晰。

本章从设计基本方法、链条传动设计计算、收割机运动的实现、杆件急回特性等四个方面对韭菜收割机的设计理念进行简单的介绍。

在实际设计中，除了介绍的这些方面外，仍然还就很多问题进行了研讨，以力求让韭菜收割机更加合理，更加实用，在此不作赘述。

图2- 1 曲柄摇杆结构简化图第三章计算机辅助设计3.1引言Solidworks是CAD家族中重要的一员, 是本科阶段进行机械设计的有力助手,它同其他产品一样，将设计过程变得非常简洁快速,并且形象而又系统的将整个设计过程全程体现，在此次设计过程中起到了非常重要的作用。

基于solidworks的数字化设计的流程如图3- 1所示。

图3- 1 数字化设计流程图本章主要介绍上述流程中的CAD，即计算机辅助设计部分，在接下来的章节中陆续介绍CAE和CAM部分的设计说明。

3.2基于特征的三维CAD模型造型零件是整个机械产品的基础，零件的模型构建关系到整个机械的结构与性能。

在零件设计过程中，基于特征的三维CAD设计在solidworks中充分体现，让零件的设计更加高效。

首先在零件构建过程中，按照机械设计理念和软件的使用规范，分析零件特征组成、特征之间的关系、特征的构造顺序及其构造方法等。

先将各个草图按照初步设定的设计需要大体绘制出来，然后形成参数化特征，在各个特征的基础上逐渐形成了零件雏形。

在零件构建过程中，遵从先基础件后附加件，先大件后小件的基本步骤进行零件造型。

正如建造高楼时先建造出大楼的墙体，然后安装配套设备，再进行装修一样，这样的零件造型可以让产品的设计更加直观，有条理，让同步进行的装配体的构建更加合理有序。

零件的构造不是一簇而就的，在经过了装配和力学分析，动画模拟后，能够也必定会发现很多问题，如装配干涉、受力不均、功能性障碍等问题。

根据这些问题，需要又再次研究，并进一步改进零件的造型，使之更加合理。

比如在侧板的模型构建过程中，先将总体的框架勾勒了出来，然后，在安装过程中为了与其他零件配合,对多处进行了细化和修改。

在A处，改善了与传输带的相配结构，让韭菜使传输更顺畅。

在B处改善了后板的孔结构，以便使收割机与手扶拖拉机更好配合，保证强度要求。