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1、转盘式马铃薯排种器的设计目 录摘要1关键词1Abstract1Keyword11.前言11.1课题背景和科学意义11.2国内外马铃薯播种机的发展现状21.3排种器研究现状31.3.1排种器的主要技术参数31.3.2现代主要的马铃薯精密种植机的排种器32.适用于我国的穴播机精确排种机构42.1我国目前铺膜种植的主要方式52.1.1先播种再覆膜52.1.2先覆膜再播种53.技术任务63.1设计的主要内容63.2总体方案设计63.2.1 设计原则64.排种器的选型设计74.1排种器的选型74.2种箱结构参数的设计84.2.1种箱尺寸的确定84.2.2种箱容积的计算95. 排种盘的设计95.1排种盘相
2、关尺寸的确定95.2排种盘型孔尺寸确定115.2.1种薯特性115.2.2种薯切块大小对生物经济性状的关系126.传动装置的设计计算156.2 传动比的计算156.3 齿轮传动设计166.3.1 齿轮材料的选择原则166.3.2 齿轮的设计计算187.排种立轴的设计197.1轴的技术要求197.1.1轴的主要技术参数207.2轴的材料、毛坯及热处理207.3排种立轴的材料及尺寸的确定218.此排种机构的特点21总结22参考文献23致谢241.前言1.1课题背景和科学意义 马铃薯是一种世界性的经济作物，其产量仅排在小麦、玉米和水稻之后，占第四位。中国已成为全世界栽培面积最大（2010年底）、总产
3、量最多的国家。马铃薯作为粮菜兼用作物，具有生长期短、适应性强、营养丰富、高产稳产、产业链长、开发利用前景广阔等特点，普遍受到人们的重视。因此，大力发展马铃薯生产，对推动农村经济发展，农民增收脱贫，供应城镇居民食用，发展加工工业都具有非常重要的意义。 在我国长期以来，马铃薯成产基本上是人工作业，只用蓄力或拖拉机开沟，然后人工点种、溜肥、覆土，费工、费时、效率低，严重制约马铃薯种植规模，广大农民急切盼望实现马铃薯种植机械化。20世纪，马铃薯种植经历了一系列由小到大、有低级半机械化到高级自动化的发展过程，在技术水平和基础理论研究方面都取得了巨大的成果。而排种器是现代马铃薯精密种植的核心工作部分，是种
4、植机工作质量、效能和特征的主要载体和体现者1。1.2国内外马铃薯播种机的发展现状第二次世界大战以后，欧美的许多发达国家先后完成了由传统农业向现代农业的过渡和转化，经过几十年不断的发展，其农业机械化水平已经此昂当完善，现在正朝着大型化、智能化、精量化以及多功能联合型方向发展。在欧美的发达国家中，马铃薯播种机经过几十年的发展和应用，其技术水平几经达到了相当完善的程度，无论是工作速度、生产效率、工作性能、播种质量以及播种机具的通用性和适用性上都做得比较好。这对减少播种过程中漏种率、种子损伤率和提高单产量都有很大的促进作用。现在一些发达国家正把不断更新播种机的工作原理、尽量完善其结构、延长机具使用寿命
5、、降低制造价格和维护费用的同时提高其工作效率以及提高播种估计的通用性作为未来更先进的播种机研发方向2。近年来，随着马铃薯在我国的大量种植，研发并推广与马铃薯生产相适应机械取得了很大的发展，尤其是马铃薯种植机械，尽管我国机械研制和生产水平和欧美发达国家还有一定的差距，但是随着我国科研人员的努力，这个差距正在不断的缩小，各种先进的马铃薯播种机不断问世，并在全国进行大量推广和应用。排种机构仍然是播种机最为关键的部件，先进的排种器和排种原理对播种机的效率有着重要的作用。马铃薯种植机种类繁多，但按其工作工艺过程特征可分为三种：最原始最简单的机器开沟人工投薯种植型；机器开沟、人工喂薯排薯器种植入沟型；机器
6、开沟、排薯器自动攫薯、传递、投薯入沟型。三者的附图工序都靠机械覆土器进行。马铃薯属于大株型中耕作物或经济作物，其本身生长过程要求行距、大株距的播种方式。马铃薯种植机的基本农艺要求是单薯或单块点种或穴种。无论是整薯还是切块种植都要求单颗点种。切块种植无非是想节约单位面积的用种量，节约粮食，但绝无多块穴种之意，在种植过程中漏种是不允许的，重植也是不尽人意的。从精密种植要求来看，切块种薯只能带来更大的麻烦和负作用，远远超过其节约粮食的经济效益：种薯切块浪费巨大劳动力。切块种薯会引起病菌感染。切块种薯的形状大小千差万别，对精密种植机械化极为不利，将增加机械精密种植的难度；切块种薯的切削断面粘湿、易粘附
7、、摩擦力增大，流动性变差，容易造成机械种植时的重舀、重夹、重植现象；还会因流动性变差而造成排薯过程的架空现象，最终造成漏植。迄今为止，我国学者几乎涉猎了世界上所有的排种器：如外槽轮式排种器、离心式排种器、各种圆盘式排种器等，而具有我国独创特色的窝眼轮式排种器、纹盘式排种器、锥盘式精量排种器也获得了广泛的应用，但是在马铃薯播种机上，先进的排种器和排种方式依然是制约播种机效率的瓶颈。显然，在排种其方面，我国应该朝着气流输送式条播排种器、孔带式精密排种器、气力式精密排种器以及倾斜圆盘指夹式排种器的方向发展。新的排种原理包括气力式排种原理和机械式排种原理也应得到广泛的采用。排薯器是现代马铃薯精密种植机
8、的核心工作部件，是种植机工作质量、效能和特征的主要载体和体现者。世界发展到20世纪末叶，马铃薯种植机的最高技术成就已达自动化精密种植阶段，它是省种节能省工增效的最佳双系统工程，是面向21世纪的最佳选择。1.3排种器研究现状1.3.1排种器的主要技术参数 （1）保证排种过程的稳定性，旋转一周或数周排薯的数量应一定；（2）多行排种器的排薯量应一致；（3）应有较强的适应性和通用性，能适应不同分级种薯的要求；（4）排薯频率应能调整，误差不超过额定量的8%10%；（5）漏植率、重植率和伤薯率不应超过现行农业的技术要求。1.3.2现代主要的马铃薯精密种植机的排种器（1）链勺式排种器链勺式排种器最初应用于德
9、国Gramer3马铃薯种植机上，是目前世界上较为流行的全自动化种植机。图1-1所示是链勺式排种器。图1-1 链勺式排种器排种器主要有固定在升运链上托薯勺、主动链轮、被动链轮、投薯管和薯箱等部分组成，排种勺与升运链一起由下向上运动，经由圆锥形箱底孔进入喂薯区，传过薯层，舀取一颗或数颗种薯。在升运过程中，由于链条的抖动、机器的振动，托勺内的多余种薯被筛出托勺，重新返回薯箱。剩下的单颗粒种薯在重心力矩的作用下逐渐采取以后轴平置的方式稳躺在托勺内。当托勺携薯块绕过被动链轮的顶端后，即改变方向朝下，薯块呗抛向前进的托勺背上，并投入投薯管，随着链勺的继续下移，种薯沿着投薯管摩擦碰撞，采取运动阻力最小最稳定
10、的薯块厚轴与地面平行的状态移到下端的种薯扣。当托薯勺通过出口时，活门打开，种薯投落到开沟器开出的种植沟内，再由圆盘覆土，完成种植过程。链勺式排种器的结构很紧凑，而且重量轻，调整保养方便，排种性能也很可靠，链勺式排种器无论是种植精方面，还是通用性方面，都是比较先进的技术方案。（2）其他排种器勺盘式排种器主要应用于前苏联CH-4A马铃薯种植机，属于此种类型的还有英国的叉夹式排种器，应用于MF-718马铃薯种植机，但勺盘式排种器的种植均匀度远不如勺链式排种器。此外，还有针刺式排种器，主要用于美国。针刺式排种器的投薯均匀度远比链勺式高，更是勺盘式望尘莫及。但针刺式排种器的严重缺点是伤薯，它可能引起菌毒
11、感染，同时针刺本身脆弱，容易变形损坏，工作时被杂草泥土缠绕而不能持久工作3。2.适用于我国的穴播机精确排种机构地膜覆盖是各种作物利用最广的保护栽培技术，塑料薄膜在农业上的使用被人们称为“白色革命”。使用铺膜种植我国由于人口众多、人均耕地占有面积少，采用铺膜种植方式可提高单产，使农民获得更好的经济效益4。马铃薯地膜覆盖栽培能够有效的缓冲土壤、水、气、热之间的矛盾，改善土壤的水热状况，可以减少土壤水分蒸发、提高土壤温度、使土壤保持疏松、有效抑止杂草的生长，从而使马铃薯提前收获，从而解决低温干旱引起的出苗难的问题，加快马铃薯的生育过程，提早成熟、提早上市、提高产量和经济效益，是旱作农业区马铃薯高产高
12、效的一条新途径。该技术操作简单，易于被群众接受，因而被大面积推广。2.1我国目前铺膜种植的主要方式目前，在我国马铃薯种植已部分告别露地栽培的旧模式，普遍采用了铺膜种植的方式，膜上栽培马铃薯在我国主要有两种方式。一种是先播种再覆膜，另一种是先覆膜再播种。2.1.1先播种再覆膜播种和露地种植方式相同，采用机械开沟、施肥、播种、覆土等多项作业。覆膜用覆膜机覆膜，此种方式在马铃薯薯块发苗后需要人工打孔把苗露出来，而且秧苗露出后要有一段时间的缓苗期，这样会影响作物的收获期。再者，由于发苗期不同，如果不能及时的让秧苗露出，将使秧苗由于膜下温度过高而灼伤，放苗需要完全仍工作业，由于出苗期不一致，放苗必须及时
13、，所以需要耗费大量人力。如图2-1所示为及时放苗与未及时放苗的对比图2-1 及时放苗与未及时放苗的对比2.1.2先覆膜再播种此种方式是先铺膜后打孔然后点播、覆土。采用机械覆膜，然后用膜上打孔器打孔。如下图2-2所示是机械覆膜过程，图2-3所示为膜上打孔器打孔过程，图2-4所示为打孔后人工点种覆土的过程3。马铃薯地膜覆盖及综合处理能改善其经济性状和产量性状，具有明显的增产性状，因而就要有很高的推广价值，我国已大面积采用马铃薯覆膜种植的方式。但就目前的情况而言，限制其推广的主要因素是播种问题。我国现有的膜上马铃薯播种机械还没有完全实现机械化。研制新的马铃薯种植机械，实现地膜马铃薯的机械化覆膜于播种
14、。才能提高覆膜质量和工作效率。因此，研究一种能够在膜上实现机械化打孔作业的种植机械势在必行，实现该技术的关键是对打孔器精确排种的排种机构的设计。图2-2 机械覆膜 图2-3 膜上打孔器打孔目前在我国还是用人工点种、覆土，还需要大量的人工作业。图2-4覆膜打孔后人工点种、覆土3.技术任务3.1设计的主要内容（1）种箱的设计（2）排种器的总体设计（3）排种盘的的设计（4）传动装置的设计计算3.2总体方案设计3.2.1 设计原则总体方案是设计一种圆盘式的马铃薯排种机构，与种箱侧面连接，整个排种机构固定在马铃薯播种机机架上，排种盘要求能够实现单粒精量播种，不重播、不漏播。传动装置采用锥齿轮传动，由地轮
15、驱动。3.2.2 基本结构该排种器由种薯筒、推种刮种器、排种盘、底座、排种立轴、水平排种轴、大锥齿轮、小锥齿轮构成。种薯筒旁侧与种箱相连接，种薯筒上方有防护盖。排种圆盘采用半空设计以减轻重量，并且排种圆盘可根据不同大小的种薯而设计成不同大小的型孔来进行更换以适应不同种薯的播种。刮种器由刮种舌、弹簧、壳体和调节螺钉组成，推种器采用推种轮式推种器，由推种杆、推种弹簧、推种轮和调节螺钉组成。4.排种器的选型设计4.1排种器的选型（1）转盘式排种器的整体结构：如图4-1所示图4-1 转盘式排种器结构图1-种薯筒；2-转盘；3-下种口；4-底座；5-排种立轴；6-地轮轴； 7-大锥齿轮；8-小锥齿轮；9
16、-种薯筒盖；10-种箱 （2）推种排种器的结构排种盘工作时，种薯靠自重充填入型孔内，当排种盘转速过高，即型孔处的线速度过高时，型孔充填性能降低，易造成空穴。水平圆盘式排种器的极限速度为0.30.35m/s。如果不增设其它用以提高充填性能的辅助机构时，排种盘线速度超过此值，型孔的充填性能将大大恶化，因此，在此次设计中加入刮种推种器以提高种薯的填充性能，降低漏种率。刮种推种器结构如图4-2所示：图4-2 推种刮种器1-刮种舌；2-刮种弹簧；3-调节螺钉；4-刮种器壳体；5-推种弹簧；6-推种轮； 7-排种器底座（3）工作原理当排种盘由地轮和锥齿轮传动而旋转时，种箱里的种薯靠自重和工作时机构的抖动填
17、充到排种圆盘边缘的型孔内，并随排种盘转到刮种器部位，被刮种舌刮掉多余种薯。保留在型孔被的种子转到排出口时，型孔内的种薯在自重和推种器的作用下，离开型孔落入种沟内，完成排种过程。（4）结构特点水平圆盘式排种器主要由种箱、托架、排种器底座、排种盘、排种隔板、刮种器、推种轮、排种轴及锥齿轮传动等组成。各种播种机所采用的水平圆盘式排种器虽然在具体结构参数、传动方式等方面稍有不同，但大致是一样的。4.2种箱结构参数的设计4.2.1种箱尺寸的确定种箱必须有足够的容量，从而减少加种次数，一般情况下，播种到了地头才加种。但是种箱容量也不能太大，哪样会增加机构的重量，对播种机的稳定性产生不利的影响，还会影响机组
18、的纵向移动性；种箱必须保证箱壁的倾斜角大于种子的自然休止角，以保证种子能顺利滑落到排种器，一般情况下种薯块的自然休止角=2434，这里选择休止角=30。除此之外，种箱还应该坚固耐用，重量轻巧，具有一定的刚性，并具备防水和防潮能力；种箱要便于加种、卸种和清种，因此选择种箱性状为锥台型。4.2.2种箱容积的计算种箱的容量由播种的行距、株距、播种量和播种距离共同确定。根据以往试验结论：播种机在工作时不宜播完种子箱内的全部种薯，应该保留至少10%的种子余量，避免箱内种子太少而影响播种质量。预先设定该地块的长度D=1000m，播种机往返一次加一次种子。其种箱容积V可用公式4-1确定： V=1.1LBNm
19、ax/667 (4-1)式中：L装满一箱种子所能播种的最远距离。最少应等于一个往返行程，即地块长度的两倍（m），取L=2000mB工作幅宽（m），此处取B=1100mmLBNmax单位面积最大播种量（kg/hm）,种薯的株距为120mm，则在100m内需要播种略为833个，每个种子大约种50g，算出Nmax41.65kg种子的单位容积质量（kg/L）。1L=1000000cm。因此单位容积内能容纳尺寸规格为25mm25 mm25 mm的种薯125个，每个种薯平均重50g，算出来的值大约为7.25kg/L取L=2000；B=1.1；Nmax=41.65；r=7.25。代入公式（4-1）得：V=2
20、0.8433（L）实际中种箱的容积往往要比设计数值稍大一些，因此本次设计取种箱容积为30升。5. 排种盘的设计5.1排种盘相关尺寸的确定排种装置是马铃薯播种机的核心部件,其性能直接影响播种作业质量和效率,播种机的关键技术也体现在排种装置的设计上。型孔盘的排种质量取决于型孔的充种效果。为了获得高的充种率，种子必须精选分级并按尺寸分级，形状不规的种薯进一步加工，以保证种薯大小均匀。（1） 转盘的结构1）由于马铃薯种薯尺寸较一般种子大，在排种盘设计过程中种盘厚度较厚，这样会增加排种盘的重量，同时会增加整个机构的重量，要减小排种盘重量，一、可以通过减小排种盘直径；二、在满足设计要求的前提下将排种盘制成
21、半空心，从而减轻重量。2）本次设计参照有关机具，综合考虑为改进其充种效果，见图5-1图5-1 排种盘本次设计中取排种盘直径228mm,内孔直径为140mm,马铃薯株距S=120mm,则排种盘型孔数目为6。为减轻排种盘重量，排种盘底面采取半空，因内孔半径较小，增加肋板会增加加工难度和加工成本，故该排种盘不增加肋板。.具体设计参数如图5-2所示：图5-2 排种盘5.2排种盘型孔尺寸确定马铃薯种薯切块大小与后代产量和产值有着十分密切的关系，种薯太小产量低，而种薯切块较大，用种量增加，成本加大，薯农难以承受，脱毒马铃薯的推广速度较慢。因此，选用适宜大小种薯切块作种薯尤为重要。在确定型孔尺寸时，要使种薯
22、在填充几率较大的情况下按一定的排列方式就位。型孔盘的线速度大小对种子充填性能及投种准确性有直接影响，线速度过高，型孔通过充种区时间短，种薯有可能来不及进入型孔，造成漏种。5.2.1种薯特性作为马铃薯种植机的主要工作对象，马铃薯薯块的下述几种特征参数是十分重要的，它们是：种薯的形状，几何尺寸和重量，摩擦角及自然休止角，弹性和塑性，种薯皮强度，抗挤压强度，种薯的翻转角及沿斜面移动速度等。目前世界上马铃薯约有2000多个品种。每个品种都有其不同的品质、特征及经济价值。作为种植物料的马铃薯块茎，其特征与收获时完全不同。它的表皮已不是收获时的光滑，细嫩和坚硬，而是蔫软、皮厚、表面崎岖不平，甚至长出嫩芽。
23、(1)种薯形状和尺寸对于自动化马铃薯精密种植机，种薯形状和尺寸不仅与种植质量直接相关，而且是种植机设计的依据。马铃薯块茎不仅因品种和生长条件的不同而形态各异，而且在很大程度上与产量有关。产量愈高，薯块尺寸也愈大。当温度和灌水规范急剧变化时，薯块也会变的畸形而疙里疙瘩，外形极不规则。产量相等，品种不同，薯块的重量分布也会差异悬殊（表5-1）表5-1 薯块品种与重量之间的差异马铃薯品种产 量薯块重量分布（g）（t/hm2）最大的中等的最小的劳 尔21.32907520早玫瑰21.011010220(2)种薯的摩擦角在马铃薯种植机工作过程中，种薯箱内的薯块之间、薯块与排薯器器件之间以及薯箱侧壁之间均
24、将产生摩擦。摩擦力不仅直接影响排薯工艺过程，也会造成种薯表皮的损伤。种薯摩擦角的变化情况可以作为一般研究设计之鉴。为了减少摩擦力，种植机的零部件设计制造应充分考虑表面精度和粗糙度。（3）种薯的翻转角种薯表面形状千差万别，没有确定标准的正几何形态。同一品种的种薯形状也不规格固定，不具备统一的正几何形状。实验观察表明，当种薯堆放的金属板面不断增大倾斜角度至某一极限值时，种薯开始下滑，其运动特性既非滑动，也非滚动。试验表明，由于种薯接触底面的宽度、受力方向和形状的不同，它可能采取滑动、滚动和翻转三种运动状态。5.2.2种薯切块大小对生物经济性状的关系（1）种薯切块大小与生育期的关系从表5-2可以看出
25、，出苗、现蕾、开花和成熟都随着种薯增大而提早，从出苗到成熟的生育期随种薯增大而缩短5。表5-2 种薯切块大小与生育期的关系种薯块大小/g播种期出苗期现蕾期开花期成熟期收获期成熟天数(d)1002-2203-2704-1705-0806-0906-10732002-2203-2704-1705-0806-0706-10722502-2203-2604-1505-0606-0506-10704502-2203-2604-1505-0606-0306-10707502-2203-2504-1305-0406-0306-106810002-2203-2504-1305-0406-0306-1068 (
26、2)种薯切块大小对马铃薯产量的影响表5-3 种薯切块大小对马铃薯产量的影响种薯块大小g2008年2009年2年平均单株产量kg折合产量kg/hm播种量kg/hm净产量kg/hm单株产量kg折合产量kg/hm播种量kg/hm净产量kg/hm折合产量kg/hm净产量kg/hm100.4828800600282000.4325800600252002730026700200.5533000900321000.5834800900339003390033000250.72432001500417000.73438001500423004350042000450.75450002700423000.85
27、510002700483004800045300750.80480004500435000.985880045005430053400489001000.81486006000426000.99594006000534005400048000从表5-3可以看出，2008、2009年结果基本一致，各年度和2年平均单株产量及折合产量都与种薯切块大小呈正相关。种薯块10g产量除与20g处理差异不显著外，与其他处理均达显著水平。而25100g处理间差异不显著，且增幅呈下降趋势。对2年产量变量分析，结果表明，100、75、45和25g处理间产量差异不显著，而25、45两个处理均与10、20g处理产量差异
28、达显著水平5。（2） 种薯切块大小与植株经济性状的关系表5-4 种薯切块大小与植株经济性状的关系种薯块大小g4月15日5月5日5月25日大中薯率%单株结薯数个块茎重g日增重g单株结薯数个块茎重g日增重g单株结薯数个块茎重g日增重g100.40.50.0252.99.20.442.8121.05.5978.1201.83.50.1702.535.61.613.1402.118.2880.2252.029.21.1003.661.01.593.8435.018.7082.8453.233.11.6504.8101.23.404.4513.220.6083.4753.435.01.7505.8135
29、.05.006.0613.823.9484.21004.049.52.9706.0156.85.375.8658.225.0785.0 从表5-4可以看出，单株结薯个数、块茎重、生长前期日增重都与种薯大小呈正相关。说明种薯愈大，出苗早，前期茎叶生长速度快，在短期内形成较大的光和群体，中后期生长基本定形后植株物质运转快，积累多而赢得高产；种薯小，前期生长慢，但中后期地上部也形成较大的群体，薯块膨大速度也大大提高5。（3） 种薯切块大小与植株生物学性状的关系表5-5种薯切块大小与植株生物学性状的关系种薯块大小g4月15日5月5日株高cm茎粗cm茎叶重g匍匐茎个株高cm茎粗cm茎叶重g匍匐茎个101
30、5.13.176.04.534.03.5164.08.12017.63.7115.06.737.14.2173.27.52528.14.4205.06.938.25.3401.317.04536.54.2273.48.952.15.4443.218.67530.24.6281.212.656.16.0484.525.210032.24.9301.413.658.26.1501.826.1从表5-5可以看出，各时期的株高和茎粗随种薯大小的增加而增高增粗，苗期表现极为明显，随地上部的生长发育，到盛花期后这种差异逐渐缩小。地下匍匐茎的膨大即形成薯块，匍匐茎的个数在一定程度上直接影响产量。匍匐茎的个数
31、随种薯增大而增多，与单株结薯数、块茎增重对产量的影响一致5。从以上试验数据可以看出，种薯块的大小对产量的影响显著，因此，本设计中最终确定种薯大小为25mm25mm25mm，型孔大小为32mm32mm32mm。为了使种薯顺利排出型孔，型孔底部应比上部稍大，如图5-6所示。通常L值比L值大12毫米，则L=34mm,B值比B值大0.5毫米。为了使型孔内多余种薯易被刮去，避免刮伤种薯，型孔后倒角取15，E为9毫米。图5-6 型孔形状6.传动装置的设计计算6.1 传动路线的确定传动路线要保证总体传动可靠，不影响其它部件的正常工作。借鉴相关的马铃薯播种机械，将传动路线分为两条线。第一，行走轮随拖拉机的前进
32、而转动，经过轮轴带动主动锥齿轮转动；第二，主动轮将动力通过从动锥齿轮将动力传递给排种机构，驱动排种圆盘转动。6.2 传动比的计算行走轮的行驶速度取3.6km/h，换算出来为1m/s，行走轮的直径为500mm。可通过公示6-1计算得到行走轮轴的转速n n= （6-1）式中：v行走轮的行驶速度 d行走轮的直径经计算得到n38r/min按照设计要求，主动锥齿轮的转速与行走轮轴的转速应该相等，因此两者之间的传动比为1。，主动锥齿轮的转速为38r/min，排种机构中一对锥齿轮垂直安防，在工作过程中要求工作平稳。有试验表明，随着排种盘线速度的增加，型孔的充填性能下降，水平圆盘式排种器的极限线速度为0.30
33、.35m/s.则n=30r/min这里取v=0.15m/s，则n=12.5r/min式中：s圆盘周长最终确定主、从动锥齿轮间传动比为i=3.046.3 齿轮传动设计6.3.1 齿轮材料的选择原则（1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。（2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成形方法及热处理和制造工艺，大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或者铸铁作为齿轮材料，中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢做毛坯。齿轮表面硬化的方法有：渗碳、氮化和表面淬火。采用渗碳工艺时，应选用低碳钢或低碳合金钢作齿轮的材料；氮化钢和调质钢能采用氮化工艺；采用表面淬火
34、时，对材料没有特殊要求。（3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受打的冲击载荷；调质碳钢，可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。（4）合金钢常用于制作高速，重载并在冲击载荷下工作的齿轮。（5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。（6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿的硬度差应保持3050HB或更多。当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差，且速度又较高时，较硬的小齿轮表面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限。因此，当配对的两齿轮齿面具有较大的硬度差时，大齿轮的接触疲劳许
35、用应力可提高20%。但应注意硬度高的齿面粗糙度值也要相应的减小8。在此次设计中，小齿轮用40Cr,调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB；大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB286HB，平均取240HB。（1）压力角的选择由机械原理可知，增大压力角，轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲疲劳强度及接触强度。我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角=20，为增强航空用齿轮传动的弯曲强度及接触强度，我国航空齿轮传动标准还规定了=25的标准压力角，但增大压力角并不一定都对传动有利。对重合度接近2的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数11.2，压力角为1
36、618的齿轮，这样做可增加齿轮的柔性，降低噪声和动载荷。（2）齿数的选择若保持齿轮传动的中心距a不变，增加齿数，除能增大重合度、改善传动和平稳性外，还可减少模数，降低齿高，因而减少金属切削量，节省制造费用。另外，降低齿高还能降低滑动速度，以减少磨损及胶合的危险性，但模数小了，齿厚随之减薄，则要降低轮齿的弯曲强度。不过在一定的齿数范围内，尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时，以齿数多一些为好。闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小齿轮的齿数可取z=2040，开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为了使轮齿不致过小，故小齿轮不宜选用过多的齿
37、数，一般可取z=1720。对于小圆锥齿轮齿数取z=1725,；也可按下列经验公式确定大圆锥齿轮的齿数z=c (6-2)式中，大圆锥齿轮分度圆直径d的单位为mm；两个齿轮的齿面硬度HBS都大于350时，c=11.2；大齿轮齿面硬度HBS350时，c=14；两个齿轮齿面硬度HBS都小于350时，c=18，则可得z=6.3.2 齿轮的设计计算由接触疲劳强度计算得到直齿圆锥齿轮传动的小齿轮大端分度圆直径d74.9mm。(1) 齿数由式（6-2），大齿轮齿数z=cd=id=3.0474.9=227.696mmc=18所以 z=18=69.39取z=70,则z=23.026取z=24。齿数比u=3与设计要
38、求传动比的误差为1.32%，可用。（2）模数大端模数m=3.121mm取标准模数m=3mm。（3）大端分度圆直径d=mz=324=72mm d=mz=370=210mm小齿轮大端分度圆直径接近强度计算要求的74.9mm。（4）节锥顶距R=363.16=113.76mm(5)节圆锥角 =arctan=arctan=18266=90-=713354（6）大端齿顶圆直径小齿轮d=d+2mcos=72+23cos18266=77.692mm大齿轮d=d+2mcos=210+23cos713354=211.897mm（7）齿宽b=R=0.3113.76 =34.128mm取b=b=34mm7.排种立轴的
39、设计7.1轴的技术要求 轴是机器中最常见的一类零件。它主要起支撑传动件和传递转矩的作用。轴是旋转体零件，主要由内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键、及横向孔组成。轴类零件根据其结构的不同可分为光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴及凸轮轴等对轴设计时应考虑是否有足够的强度、刚度。其次,还要结构简单安装方便组件装配时也要有良好的装配工艺性。轴的尺寸精度、位置精度以及形状精度应满足轴的回转精度要求。除此之外，对于有相对运动的表面还应具有良好的耐磨性。另外轴的材料及结构也应有良好的加工工艺性等。7.1.1轴的主要技术参数 1)尺寸精度和几何形状洁精度。轴的轴颈是轴类零件的重要表面，它
40、的加工质量好坏直接影响轴加工时的回转精度。轴颈直径的精度根据使用要求通常为IT6，有时可达IT5。轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度）应限制在直径公差之内。精度要求高的轴则应在图上专门标注形状公差。 2）位置精度。配合轴颈（装配传动件的轴颈）与相对支承轴颈（装配轴的轴颈）的同轴度以及与支承端面的垂直度通常要求较高。普通精度轴的配合轴颈相对于支承轴颈的径向圆跳动一般为0.010.03mm，精度高的轴为0.0010.005mm。端面圆跳动为0.0050.01mm。 3）表面粗糙度。轴类零件的各加工面均有表面粗糙度的要求。一般来说，支承轴颈的表面粗糙度要求最严，为0.630.16m，配合轴颈的表面粗糙
41、度值次之，为2.50.63m。7.2轴的材料、毛坯及热处理 1）轴的材料。轴通常用45钢：对于中等精度而转速较高的轴，可选40Cr等合金结构钢；精度较高的轴，可选用轴承钢GCr15和弹簧钢等；对于形状复杂的轴，可选用球墨铸铁；对于高转速、重载荷条件下工作轴，选用20CrMnTi等合金渗碳钢或38CrMoAl氮化钢。 2）轴的毛坯。轴最常用的毛坯是圆棒料和锻件；有些大型轴或结构复杂的轴采用铸件。钢料经过加热锻造后，可使金属内部获得纤维组织，杂质分布也比较均匀，从而获得较高的强度和韧性，故一般比较重要的轴，多采用锻件。 3）轴的热处理。合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴的强度和使用寿命有
42、重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。轴的加工性能和使用性能除与所选钢材种类有关外，还与所采用的热处理方法有关。锻造毛坯在加工前均需要安排正火或退火处理，以使钢内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。为了获得较好的综合力学性能，轴常要求调质处理。毛坯余量大时，调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以便消除粗车时产生的残余应力；毛坯余量小时，调质可以安排在粗车之前进行。 4）轴的预加工。轴在切削加工之前，应对其毛坯进行预加工。预加工包括校正、切断和切端面和钻中心孔。7.3排种立轴的材料及尺寸的确定本次设计考虑到有相互摩擦作用，材料选用40Cr,调质处理，硬度241HB28
43、6HB，平均取260HB。具体尺寸及材料处理如下图7-1所示图7-1 排种立轴工作图8.此排种器的特点转盘式排种器的排种圆盘周边可以根据种薯外形制成不同的型孔，圆盘在地轮驱动下旋转，将充入型孔内的种薯带之排种口排出，通过导种管播入土中。在排种圆盘上方装有刮种器和推种器，前者将型孔上的多余种薯刮去，后者将型孔内的种子推出落入排种口，完成排种过程。其优点是结构简单、工作可靠、均匀性好。但由于圆盘线速度的许用值较低，因而对高速播种的适应性较差，特别是在单粒精密播种时，对种薯尺寸要求很严，种薯必须严格按尺寸分级。总结（1）本设计书较全面的阐述了马铃薯播种机的概况和发展历程，提出了现时存在的问题，并着重
44、分析了排种器的设计思路，提出了转盘式马铃薯排种器的总体设计方案。（2）排种盘转速过高，型孔充填性能降低，易造成空穴。排种器在设计过程中加入了推种刮种器，用以提高排种圆盘的充种性能。（3）转盘式马铃薯排种器的排种圆盘周边可以根据种薯外形制成不同的型孔，可适应不同大小种薯的播种，增大了使用范围。（4）传动系统采用地轮轴作为动力输出轴，通过一对锥齿轮将动力传递到排种立轴以驱动排种盘转动，完成排种过程。（5）由于转盘线速度的许用值较低，因而转盘式马铃薯排种器对高速播种的适应性较差。参考文献1 卢翠华.马铃薯生产实用技术M，黑龙江科学技术出版社，2004,192 国委文.播种机的现状及发展趋势J.农业机械化与电气化，2007,53 何玉静，张东兴.马铃薯穴播机精确排种机构的研究J，中国农业大学，20004 刘翠英.马铃薯地膜覆盖及绿农素喷施栽技术研究J，中国马铃薯.2001，NO.1 5 陈亚伟.马铃薯种薯切块大小与生物经济性状相关性研究J.现代农业科技，2010，(16
