旋耕机刀轴的优化设计
毕业设计(论文)小型电动旋耕机的设计
青岛农业大学本科生毕业论文（设计）题目：小型电动旋耕机的设计姓名：姜雪锋学院：机电工程学院专业：农业机械化及其自动化班级：2004.1学号：0320040151指导教师：张锡斋完成时间：2008.6.182008 年6 月18 日小型电动旋耕机的设计摘要本文介绍了一种大棚蔬菜种植耕整地机械----小型电动旋耕机的设计方案。
对旋耕机的国内外情况进行了分析和对比，重点进行了发动机的选择，变速器的设计，部分零件的设计，传动路线的设计以及对旋耕刀轴的设计等。
该机耕深15~20cm，动力由发动机输出经皮带传动，传给变速箱进行减速，二级传动采用链传动。
旋耕刀轴的设计采用三段式，中间为空心的圆管钢，两边采用实心轴，可制出轴肩来安装轴承和端盖。
装有行走机构和限深铲，耕后地表平整，能够解决以往小型旋耕机功率小、结构复杂、操作麻烦、耕深浅等问题，适合大棚耕整地工艺的要求。
关键词：小型；电动；旋耕；Design of a Small Machine of Electrical RotateAbstractIn this paper, the cultivator,，one of the important small agricultural machines, is designed based on comparing and researching the developing situation of cultivator at home and abroad. The design includes the choice of motor, the choice of transmission, the design of some parts and the design of the cultivator knife-axis etc.The plowing depth of the cultivator can be controlled to 15~20cm ，and the outgoing power is from engineering to the gearbox using belts，after that be transferred to the arbor of rotate knife. Between gearbox and the arbor of rotate knife adopt chains to transmit; The design of arbor of rotate knife adopt three parts, the middle part is hollow rolled steel ，two side parts is solid rolled steel, may process Shoulder-axis to lay on roller bearing and Cover. The surface is neat after till, the cultivator designed in the paper can overcome the problems of small-power , complex structure, trouble operation, low plowing depth etc. It can meet the request of greenhouse.Key words: small; electrical; Rotary;目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章绪论 (1)1.1该课题研究的目的和意义 (1)1.2国内外棚室旋耕机的现状 (2)第二章方案的论证 (3)2.1 技术要求 (3)2.2 方案选择 (3)第三章零部件及旋耕机的参数设计 (5)3.1 切削速度的确定 (5)3.2 弯刀主要参数的确定 (6)3.3 弯刀的选择、配置与排列 (7)3.4 电动机的选择 (8)第四章传动系统的设计计算 (9)4.1 传动比分配 (9)4.2 带及带轮的设计计算 (10)4.3 链轮的设计计算 (13)4.4 齿轮的设计 (15)4.5 轴的设计计算 (19)第五章总结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)第一章绪论1.1该课题研究的目的和意义棚室生产是一种高投入、高产出的产业，而棚室的生产所需劳动力是从事大田生产的15～20 倍，是从事大地蔬菜生产的3 倍左右[1]。
旋耕机改进为旋耕起垄机的设计及制造
旋耕机改进为旋耕起垄机的设计及制造旋耕机是一种用于耕种土壤的农机设备。
它通过旋转刀片将土壤翻转和松散，以便于植物的生长。
然而，传统的旋耕机只能耕种平整的土地，不能满足坡地和起伏地的农作要求。
因此，为了满足不同地形的农作要求，将旋耕机改进为旋耕起垄机是一个有意义的设计和制造的课题。
旋耕起垄机的主要功能是在耕种土地的同时，还能够形成起垄结构，以便于后期的作物种植和管理。
为了实现这一功能，我们需要对传统的旋耕机进行改进，增加起垄的装置。
首先，我们可以在旋耕刀片的后部添加一组新的刀片，用于形成起垄。
这组刀片应具有特定的形状和弯曲度，以便于将土壤顺利推高形成起垄结构。
同时，为了增加起垄的稳定性，可以在刀片的下方加装一组辊筒或土砂板，用于压实垄体并保持其形状。
其次，在整个机器的结构设计中，需要考虑坡地和起伏地的农作要求。
传统的旋耕机在不同地形中容易出现失稳和倾覆的情况。
为了解决这个问题，可以在机器的底部加装一个平衡装置，用于调节机器的重心。
平衡装置可以根据地形的变化，自动调整机器的倾斜角度，以保持整体的稳定性。
另外，为了提高机器的移动性和灵活性，可以在机器的后部加装一个方向盘和操纵杆。
通过操纵杆，可以控制机器的行进方向和速度，以适应不同地形的农作需求。
同时，可以给机器添加一个收纳箱，用于存放农民工具和物品，方便农民的操作和管理。
在制造旋耕起垄机的过程中，需要选择高质量的材料和先进的制造工艺，以保证机器的性能和寿命。
为了提高机器的使用寿命，可以在关键部件和接合处加装耐磨板和抗腐蚀涂层，以防止零件的磨损和腐蚀。
最后，在使用旋耕起垄机时，需要进行一定的维护和保养工作，以确保机器的正常运行。
定期检查刀片和刀架的磨损情况，及时更换磨损严重的零部件。
清洗和润滑机器的各个部位，以减少摩擦和防止生锈。
同时，进行必要的调整和校准工作，以保证机器的工作精度和稳定性。
总之，将旋耕机改进为旋耕起垄机是一项有意义的设计和制造项目。
通过在旋耕刀片后部添加起垄装置、增加平衡装置和导向装置，选择适当的材料和制造工艺，并进行必要的维护和保养，可以使旋耕起垄机适应不同地形的农作要求，并提高耕种效率和作物产量。
旋耕机刀轴自动焊接专机的研制
能 好 ，焊 接质 量可 靠 。
氧化 性 。故 焊接 材 料 应该 选 择 具有 脱 氧元 素 的焊 丝 。 本旋 耕机 刀轴 焊接 时 ．选 用 了含有 脱 氧元 素 ｓｉ和 Ｍｎ
４ 焊 接 工 艺
旋耕 机 刀 轴 的材 质 为 Ｑ２３５Ａ钢 ．为 了保 证 获 得 高 质量 的 焊缝 ．本 专 机 采 用 混 合 气 体 保 护 焊 对 其 进
此 旋 耕 机 刀 轴 自动 焊 接 专 机 的成 功 研 制 ．极 大 地 提 高 了该 产 品 的质 量 和 生 产 效 率 ．该 专 机 与 传 统 的手 工 焊 接 生 产 相 比 ．主 要 在 以下 几 方 面 具 有 较 大 优 势 ：
（１）生 产 自动 化 程 度 高 ．与 手 工 夹 具 定 位 焊 接 工 艺 相 比 ，具 有 对 工 件 定 位 精 度 高 、焊 接 速 度 快 、 操 作 人 员 的劳 动 强 度 低 、对 且 对 操 作 人 员 的技 能水 平要 求低 等
（２）可 以 满 足不 同 规 格 产 品 的生 产 需 求 ．对 焊 接 刀 座 的数 量 、螺 旋 分 布 、旋 转 角 度 、产 品 长 度 等 参数 都 可 以根据 需要 设 置
（３） 为 了 减 小 因 局 部 受 热 而 产 生 的 焊 接 变 形 ．
电 弧 电压 是 一个 非 常 重 要 的焊 接 工 艺 参 数 ．它 对熔 池 的 宽 度 和深 度 有 较 大影 响 电弧 太 长 。电 压 升 高 时 ．焊 接 热输 入 增 大 ．电 弧在 工 件 上 的覆 盖 面 积增 大 ．熔池 的宽度 和 深 度增 加 ．若 焊 接 速 度较 大 ， 则 很 容 易产 生 咬边 和 夹 渣 等 焊 接 缺 陷 ： 电弧 太 短 ， 电压 降 低 时 ．焊 接 热 输 入 减 小 ．电弧 在 工 件 上 的 覆 盖 面 积 减 小 ．熔 池 的 宽 度 和 深 度 减小 ．焊 缝 则 变 得 窄 而 凸
普通旋耕机改装教程
普通旋耕机改装教程旋耕机是一种与拖拉机配套完成耕、耙作业的耕耘机械，因其具有碎土能力强、耕后地表平坦等特点，而得到了广泛的应用；同时能够切碎埋在地表以下的根茬，便于播种机作业，为后期播种提供良好种床。
在农业生产中经常需要对旋耕机进行改装，下面就介绍一下普通旋耕机改装成高留茬还田整地机的具体教程。
普通旋耕机与水稻高留茬还田整地机的主要区别就在于，刀轴上的刀片不一样。
要将它改装成高留茬还田整地机，只要将刀轴连同刀片，一起更换就可以了。
普通旋耕机刀轴，也是通过机架外端轴承盖，固定在机架端面板上的。
拧下轴承盖上的螺丝，拧下端面板与主梁、副梁上的连接螺丝，卸下两块端面板，旋耕机刀轴的内端也是通过花键与齿轮箱连接的，拔出开口销，取出定位销，在摇晃刀轴外端的同时用力往外拉，就可将刀轴脱离齿轮箱。
然后再用同样的方法取下另一边刀轴。
旋耕机的机架分为前、后梁，将水稻高留茬还田整地机的刀轴，连同灭茬刀刀片一起抬至它们的中间，把刀轴的内端套在的齿轮箱的输出轴花键上。
插入定位销，锁上开口销。
如果旋耕机与水稻高留茬还田整地机刀轴的长度不一样，只要接长机架就可以了。
装回两端的端面板，将刀轴外端的轴承盖安装在端面板上，固定好端面板。
拖板也需接长，然后装在机架的后方。
同样接长盖板，并安装在机架的上面。
改装工作就这样结束了。
如果农户已有耕整机，又知道了如何改装,，只要备一套高留茬整地机的刀轴和灭茬刀，就可以一机两用了。
在改装时，有的农户想提高旋耕机的转速，这是不是可行呢？我们在购置农机具的时候，经销商会根据个人不同的车型来推荐使用的农具，因为马力不同所以后输出转速不同，也就是说在我们购买期间经销商就已经把我们需要的最合理的配置搭配好了，要是根具个人要求想私自提高转速，提高转速很简单，只要把旋耕机齿轮箱里的伞形轮比例做个调整就成，但是如果出现因私自改装导致农具损坏，厂家是概不负责的。
这点要想好。
另外还要注意的是，你作业的地理环境允许你改装吗？比如土地结构、地势是否平坦、土壤性质（黑土地、红土地、白土地）等，转速过高在车辆减速或停止时，由其地头作业时，如果旋耕机没有提升起来，旋耕机下面就会出现大坑。
1G-100型水旱两用旋耕机设计【机械毕业设计全套含CAD图论文】
目录1前言 (1)2总体设计 (2)2.1设计的内容 (2)2.2设计依据 (2)3总体方案论证 (4)3.1中间链传动结构发案的设计 (4)3.2主要结构、参数的设计与选择计算 (4)3.2.1耕深H和刀滚半径Rmax (4)V (4)3.2.2机组前进速度Tn (4)3.2.3刀片运动参数S、λ和刀3.2.4功率及耕幅宽度的计算 (5)3.3旋耕刀滚的设计 (6)3.4双油封和挡草圈的设置 (8)3.51G-100旋耕机主要技术规格及基本参数 (8)4总体结构的布置与设计 (9)4.1传动结构的设计 (9)4.2主要结构的分析设计 (9)5链传动的设计与计算 (11)5.1链传动的设计计算 (11)5.2链轮设计计算 (12)6主要零部件强度计算 (13)6.1链传动的强度的磨损核算 (13)6.2传动轴的强度计算和疲劳强度校核 (13)6.3滚动轴承的计算和选择 (16)6.3.1轴承假定载荷Q值的计算 (16)6.3.2轴承工作能力系数C的计算 (16)6.3.3轴承选用 (16)7结论 (17)参考文献 (18)致谢 (19)附录 (20)本科生毕业设计说明书20081G—100型水旱两用旋耕机设计1前言经过半个多世纪的努力，中国机械工业已经逐步发展成为具有一定综合实力的制造业，初步确立了在国民经济中的支柱地位。
在新的世纪里，科学技术必将以更快的速度发展，更快更紧密得融合到各个领域中,而这一切都将大大拓宽机械制造业的发展方向。
它的发展趋势可以归结为“四个化”：柔性化、灵捷化、智能化、信息化，即使工艺装备与工艺路线能适用于生产各种产品的需要，能适用于迅速更换工艺、更换产品的需要,使其与环境协调的柔性，使生产推向市场的时间最短且使得企业生产制造灵活多变的灵捷化,还有使制造过程物耗,人耗大大降低,高自动化生产，追求人的智能于机器只能高度结合的智能化以及主要使信息借助于物质和能量的力量生产出价值的信息化。
12马力手扶拖拉机配套旋耕机改进设计
12马力手扶拖拉机配套旋耕机改进设计摘要：我国手扶拖拉机面广量大，与其配套的旋耕机大多是老式产品，耕幅窄，功耗高，性能较差。
近些年来，随着科技的进步，出现了一系列宽幅旋耕机、破垡盖籽机和旋耕播种机等，改善了旋耕机的性能和增加了旋耕机的用途，但这些旋耕机参数各异，功能单一，仍存在一定缺陷。
本文设计一种多功能宽幅旋耕机，是在老式旋耕机的基础上改进设计而成，结构优化。
通过不同形式的拆装，能够实现旋耕、破垡、埋青灭茬和播种施肥等多项作业。
关键词：手扶拖拉机；旋耕机；多功能中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2010）08-0197-030 引言手扶拖拉机在我国农村普遍使用，与其配套的旋耕机是主要耕地机械，它与铧犁耕作相比具有切土效果好、碎土能力强等特点，深受广大用户青睐。
目前市场上，配套12马力手扶拖拉机的旋耕机型号较多，如：1GS9L-60；Ouyate-60、1GZL-86、1GS9L-90和1GS9L-100等，其中1GS9L-60和Ouyate-60型为老式旋耕机，其它型号都是近些年来衍生出来的新式产品。
随着科学技术的不断进步，一些新的技术在旋耕机上得到了应用，如：节能旋耕刀的应用，使用计算机对犁刀轴进行优化排列等，使旋耕机的功耗大大降低。
新式旋耕机基本解决了老式旋耕机存在的二个问题，一是增加了幅宽，能够覆盖拖拉机轮辙，提高了作业性能；二是增加了旋耕机的品种和用途，如：出现了破垡盖籽机、旋耕播种机和埋青灭茬机等,能够满足多种农艺要求。
同时，新式旋耕机也存在二点不足，一是型号较多，参数各异，不具有互换性和不便于标准化生产；二是功能较单一，没有形成一机多用的特色。
针对以上二点不足，本文设计一种多功能宽幅旋耕机，主要设计内容是：①选择最佳参数，使之科学化、合理化；②实现一机多用，使之既能旋耕、破垡又能播种施肥和埋青灭茬等；③尽可能在老式旋耕机的基础上改进设计，以保留一部分零件的原形，降低制造成本。
旋耕机刀轴自动焊接设备的设计
旋耕机刀轴自动焊接设备的设计郑惠萍;段小磊【摘要】介绍一种旋耕机刀轴自动焊接设备,它采用气动卡盘和顶尖固定刀轴并提供焊接工艺所需旋转运动,两把焊枪分别通过焊枪夹持器与十字滑台连接来实现焊枪所需的运动,刀座自动供给装置在步进电机的驱动下实现刀座的自动供给.在PLC 控制下实现刀轴的自动连续焊接,具有焊接质量好,焊接效率高等优点.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2015(037)021【总页数】3页(P100-102)【关键词】旋耕机刀轴;自动焊;PLC【作者】郑惠萍;段小磊【作者单位】河北科技大学,石家庄 050018;河北科技大学,石家庄 050018【正文语种】中文【中图分类】TG430 引言旋耕机作为现代农业机械装备中的主要装备，其一次旋耕能够达到一般犁耙作业几次的碎土效果，缩短工序间隔，市场需求量很大。
刀轴是旋耕机上主要部件之一，刀轴的需求量一年在75万根左右，刀座在刀轴上成正反两条螺旋线排列并通过焊接固定在刀轴上。
旋耕机工作时通过刀轴的旋转，带动固定在刀座上的刀片将土壤粉碎，在工作中刀轴高速旋转，并承受土壤反力和发动机的驱动力矩作用时产生弯曲、扭转、剪切等复杂组合变形，且伴随着剧烈的振动和冲击，所以刀轴的焊接质量直接影响到旋耕机是否可以正常工作。
通过实际调研发现，国内的绝大多数小型企业采用人工手动的方式对旋耕机刀轴进行焊接，不但劳动强度大，工作效率低，而且刀座焊接位置偏差大，刀轴质量得不到保证。
只有少数型企业采用了柔性焊接机器人系统对旋耕机刀轴进行焊接加工，由于机器人焊接系统价格昂贵，又制约其普及发展。
本文给出了一种耕机刀轴专用自动焊接设备的设计。
1 旋耕机刀轴自动焊设备的总体方案一根焊接完整的旋耕机刀轴包括一根轴和一定数量的刀座。
每个刀座都需要完成四条焊缝的焊接，其中包括两个短直焊缝和两个弧形焊缝的焊接，某一规格的刀轴上需要焊接特定数量的刀座，这样即完成了一个完整刀轴的焊接。
基于Matlab的新型双轴旋耕机的优化设计
基于Matlab的新型双轴旋耕机的优化设计
李永波;于虹;张瑞宏;陶德清;奚小波;王明友
【期刊名称】《中国农机化学报》
【年(卷),期】2016(37)3
【摘要】简要介绍新型双轴旋耕机的设计方案,提炼出设计工作中关于侧面布局的优化问题,建立侧边布局的优化设计的数学模型,分析总结优化方案和约束条件,形成侧边布局的多目标优化。
运用Matlab优化工具箱中的多目标优化函数fgoalattain求解,确定优化的设计参数。
按优化的参数设计制造样机并试验。
【总页数】3页(P4-6)
【关键词】双轴旋耕机;Matlab;优化设计;多目标
【作者】李永波;于虹;张瑞宏;陶德清;奚小波;王明友
【作者单位】扬州大学机械工程学院;农业部南京农业机械化研究所
【正文语种】中文
【中图分类】S222.3
【相关文献】
1.轴管传动式双轴旋耕机的设计与分析 [J], 陶德清;崔勇;陈引生;杨亚飞;于虹
2.基于ANSYS的双轴旋耕机机架轻量化设计 [J], 生昕;王杨;金亦富;秦浩天;张新中;张瑞宏
3.基于 MATLAB 的旋耕机刀轴优化设计 [J], 张国庆;周新民
4.亚澳新型“双轴灭茬多功能变速旋耕机”正式上市 [J], 无
5.双轴分层切土旋耕机旋耕部件的设计 [J], 梁新忠; 朱松; 何彦平
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割草机设计中的刀具参数优化分析
割草机设计中的刀具参数优化分析割草机是一种常见的农业工具，主要用于修剪和割除草坪上过长的草。
刀具是割草机的核心部件，其参数的优化设计对提高割草机的性能和效率具有重要意义。
本文将针对割草机刀具的参数进行优化分析。
一、刀片尺寸的优化选择：1. 刀片直径：刀片直径的选择会直接影响到割草机的工作效率。
较大的刀片直径能够提高割草机的割草能力，但也会增加负荷和能耗。
因此，在优化选择时需要权衡效率和能耗之间的关系。
2. 刀片长度：刀片长度直接影响到割草的宽度和割草的均匀度。
较长的刀片长度能够提高割草机的工作效率，但也会增加机器重量，对机械结构和悬挂系统提出更高的要求。
3. 刀片角度：刀片角度会影响到刀片与地面之间的接触面积和切割效果。
合适的刀片角度能够使切割更加均匀，并减少刀片的磨损和损坏。
二、刀片材质的选择：1. 刀片材质要求具有较高的硬度和耐磨性，以应对割草机在使用过程中可能遇到的各种草坪硬度和地形条件。
2. 常见的刀片材质包括钢、合金钢和碳化钨等。
钢材质相对较硬，但易受到腐蚀和锈蚀；合金钢具有较高的硬度和耐磨性，但成本较高；碳化钨具有极高的硬度和耐磨性，但价格昂贵。
在选择刀片材质时需要权衡成本和性能。
3. 此外，刀片还应具备较好的抗冲击性，以应对割草机在作业过程中可能遇到的障碍物，比如石头和树根等。
三、刀片刃口的优化设计：1. 刀片刃口的设计应该具有较好的切割效果和自清洁能力，以避免因草坪残留而导致的割草机堵塞和损坏。
2. 刃口的数量、形状和角度等因素都会影响割草机的切割效果。
一般来说，多刃刀片比单刃刀片具有更好的切割效果和割草能力。
刃口边缘的倾斜角度也能影响切割的力学特性和效果。
四、刀片安装和调整：1. 刀片的安装方式应方便快捷，以便用户能够更方便地进行维护和更换。
2. 刀片的安装和调整方式也应考虑到使用者的安全性，避免操作不当导致的伤害。
通过对割草机刀具的参数进行优化分析，可以提高割草机的工作效率和性能，同时减少能耗和磨损。
机械毕业设计1497小型旋耕机设计
毕业设计说明书题目：小型旋耕机学院：专业：机械设计制造及其自动化学号：姓名：指导老师：完成日期：2014年5月15日目录摘要Abstract第一章引言 (4)第二章总体设计 (5)2.1设计的内容 (5)2.2设计依据 (5)2.3 设计要求 (5)第三章总体方案论证 (7)3.1中间链传动结构方案的设计 (7)3.2主要结构和参数的设计与选择计算 (7)3.3.旋耕刀滚的设计 (9)3.4双油封和挡草圈的设计 (11)3.5 1G-100旋耕机主要技术规格及基本参数 (11)第四章总体结构的布置与设计 (12)4.1 传动结构的设计 (12)4.2 主要结构的分析设计 (12)第五章链传动的设计与计算 (14)5.1 链传动的设计计算 (14)5.2 链轮设计计算 (15)第六章主要零部件强度计算 (16)6.1 链传动的强度的磨损核算 (16)6.2 传动轴的强度计算和疲劳强度校合 (16)6.3 滚动轴承的计算和选择 (19)总结 (20)参考文献 (21)附录感言翻译译文及原文1G—100型水旱两用旋耕机设计小型旋耕机摘要:水旱两用旋耕机具有体积小，重量轻，性能好，操作容易，转动方便，适应性广，价格合宜，水旱两用旋耕机机动灵活，一般中小型机械厂、农机厂均可生产制造的要求。
如果设计成功,本机可进行旱田旋耕、水田耙整等项作业，能弥补现有旋耕机存在功能较单一、生产效率偏低等不足之处。
我设计的是一台水旱两用旋耕机，与黄海－12（15）马力手扶拖拉机相匹配，主要用于水田耕整，也可进行旱田耕作。
现有的水旱旋耕机是耕幅为0.6米的老式机型，而本课题设计的水旱旋耕机耕幅为1米。
本设计与黄海－12（15）马力手扶拖拉机相匹配，中间传动，固定联接。
设计内容包括机架、传动系统、刀辊、尾轮等，要求结构简单、紧凑、重心平衡。
该机可用于水田耕整地，也可进行旱田旋耕。
各项性能指标应达到国家标准和农艺要求。
通过对水田旋耕机驱动轮与土壤相互作用的力学特性的分析，结合水田土壤的力学性质，经过优化设计，研制水旱两用旋耕机驱动轮，使该驱动轮具有良好的动力性能。
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旋耕机刀轴的优化设计
摘要!针对旋耕机刀轴传统设计的不足.采用现代机械优化设计方法.建立了旋耕机刀轴优化
设计的数学模型.并给出了计算实例
关键词:旋耕机刀轴;数学模型;优化设计
1 前言
旋耕机是我国定型生产的主要耕作机械之一,在作业过程中刀轴是主要承载构件,它承受土
壤反力和发动机的驱动力矩作用产生弯曲,扭转,剪切等复杂组合变形,且伴随产生激烈的振
动,冲击.传统的设计方法往往是按照使用条件下不致破坏的准则,根据作用在刀轴上的载荷
采用静强度估算,然后通过加大安全系数的办法来满足强度要求.实际使用中发觉用这种传
统的设计准则设计出的刀轴强度过于保守,这对于结构的优化和材料使用的经济性来说不尽
合理,在材质和其它情况不变的条件下是否可以减少其结构尺寸?生产厂家(如常州拖拉机厂)
希望对这一问题能够从理论上予以解决.为此本文采用机构优化设计方法对旋耕机刀轴进行
结构优化设计.提高设计的合理性,为刀轴的改进设计提供理论依据.
2 旋耕机刀轴的应力分析
刀轴工作时每把刀片相间入土,承受弯曲、扭转复合载荷作用，就受弯而言，刀轴的力学模
型可简化为一受若干集中载荷作用的简支梁（如图1），集中载荷的位置和角度由刀片的排列
方式确定，刀轴任意载面处的弯矩方程[1]为：
njijijjjnjjnixLLxPxPLLLLxxPLLLxM11j11j),,2,1,()(
)0(
)(
图1刀轴的力学模型
根据此弯矩方程再结合刀片排列方式可推出刀轴部)（x=L/2）为危险截面。由第四强度理论可得
旋耕机刀轴的最大工作应力：
)2(75.0122MnMW
式中：W为刀轴的抗弯截面模量（343[1()]3232dDWDKD）其中M、Mn分别为刀轴危险截
面处的弯矩、扭矩。
3、旋耕机刀轴优化设计数学模型
3.1设计变量
旋耕机刀轴一般为空心轴，当长度一定时，设计刀轴就是确定刀轴的断面尺寸。
TT
xxdDX21,,
(3)
式中：D、d为刀轴的外、内径。
3.2 目标函数
本文以重量最轻作为优化设计所追求的目标。重量最轻实际上就是断面面积A最小。因
222122
44
xxdD
，故目标函数为：
)(7854.0)(min2221xxxF
(4)
3.3 约束条件
3.3.1强度条件
2/122
44
1
)75.0()(32)(MnMdDDxg
=0)75.0()(322/12242411MnMxxx (5)
式中为刀轴的许用应力。
3.3.2临界转速条件[3]
max
2
22
7
1075.10nLdD
即0/21)(1075.10)(max2222172nLxxxg （6）
式中maxn为刀轴的最高转速；为临界转速的安全系数，=1.2~2.0。
3.3.3扭转失稳条件
根据弹性约束理论,对长度相同的薄壁圆杆,半径越大,壁厚越小,扭转稳定性则越差.为此扭转失稳
约束[3]为:
0)(282.0)(3/21213nnmWMxxxExg
(7)
式中:mnnmMM 为最大工作转矩;E
为刀轴材料的弹性模量.
3.3.4 制造工艺条件
02)(214xxxg
(8)
为此本文所建立的旋耕机刀轴优化设计的数学模型是一个具有二个设计变量四个不等式约束条
件的约束非线性规划问题,可采用复合型法[2]进行优化设计。
4 计算实例
常州拖拉机厂生产的东风-12型旋耕机,已知参数[4]为刀轴管长L=668.5mm; 传递扭矩Mn=280Nm;
危险截面弯矩M=354Nm; 刀轴的许用应力MPa115;刀轴的最高转速min/270maxrn,取
临界转速安全系数2,试设计该刀轴的截面尺寸.
东风-12型旋耕机刀轴截面尺寸设计参数表
设计方式 外径(mm) 内径(mm) 壁厚(mm) 截面面积(mm2)
传统设计 50 40 5 706.858
优化设计 48 41 3.5 489.303
由此可见，旋耕机刀轴的优化设计与传统设计相比较，截面积减少了30.78%这对刀轴的结构优化
和材料使用的经济性来说具有非常重要的现实意义。
5
结论
1）对旋耕机刀轴进行优化设计，克服了传统设计方法的盲目性，提高了设计的合理性。
2）本文计算实例的设计结果可为旋耕机刀轴的改进设计提供参考。
3）旋耕机刀轴优化设计的建模过程具有普遍性，对其它同类机械传动轴同样适用。
参考文献
[1]
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