《毕业设计论文套管式温室大棚卷帘机的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文套管式温室大棚卷帘机的设计.doc（31页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、河南农业大学本科生毕业论文（设计）题 目 套管式温室大棚卷帘机的设计 学 院 机电工程学院 专业班级 机制07级3班 学生姓名 指导教师 撰写日期：2011年05月10日5摘 要随着城乡人民生活水平的提高，冬季栽培鲜菜、鲜果的温室大棚蓬勃发展，规模越来越大。但是，草帘每天都要卷起和铺放，耗用菜农很多的精力和体力，为了节约每次升降帘子的时间，设计套管式温室大棚卷帘机，每次一个或者两个人在十分钟左右的时间就能完成卷帘、放帘作业，这样可以大大延长室内的光照时间。针对温室大棚用户的实际情况，设计一种套管式卷帘机，并对关键结构进行运动分析与受力分析，对其主要结构的技术参数进行分析与计算，以完善机器结构和
2、工作原理。该种形式的卷帘机适合棚长较小的温室大棚的设计工作，其传动方式为电动机通过二级皮带传动和一级蜗杆减速器实现减速，并通过凸缘联轴器与卷帘轴相连。该卷帘机采用一级蜗杆减速器能够很大程度上减小减速器的设计尺寸；蜗杆头数采用单头不但加工容易，而且具有自锁性能，能够在一定程度上减少安全事故。套管式卷帘机通过电动机的正反转实现卷帘和放帘作业。关键词：温室大棚；卷帘机；传动Designing of Automatic Met Roller for Solar Greenhouse AbstractWith the improvement of living standards of urban an
3、d rural people.Growing of fresh vegetables and fruit, the winter of greenhouse trellis vigorous development, scale is getting bigger and bigger. But every day, careless, heigher up and lay out a lot of energy and energy vegetable, in order to save the time, every time lifting curtain design casing t
4、ype greenhouse trellis shutter machine, every time one or two in ten minutes of time will finish the shutter, put shade homework, so can greatly extend indoor illumination time. According to the actual situation of greenhouse trellis users, design a kind of casing type shutter machine, and the key s
5、tructure with stress analysis, motion analysis of the main structure of the technical parameters is analyzed and calculated, consummates machine structure and work principle. The form of shutter machine suitable for tents long lesser greenhouse trellis design work, the transmission way through the s
6、econdary for motor belt transmission and level, and achieve slowdown worm reducer by lugs coupling and shutter shaft connected. This shutter machine adopts level 1 worm reducer can largely reduce the design of the speed reducer size; Using single head not only worm broken down easy processing, but a
7、lso the lock performance, can, to some extent, reduce safety accidents. Casing type shutter machine through motor positive &negative realize shutter and put shade homework.Key Words：Solar Greenhouse；Met Roller；Transmission 目 录1 引言12套管式卷帘机方案的确定22.1整机结构22.2温室大棚尺寸及要求22.3卷帘转角及自由度的确定32.4摆杆轴位置确定32.5顶杆和摆杆的
8、长度42.6卷帘机总传动比及分配53 卷帘机受力分析53.1主要部件的质量53.2阻力矩及电动机功率54 减速器设计64.1传动装置总体设计方案64.2电动机的选择74.3计算传动装置的总传动比并分配传动比84.4计算传动装置各轴的运动和动力参数84.4.1确定各轴转速84.4.2确定各轴输入功率84.4.3确定各轴输入转矩84.5传动件的设计计算94.6轴的设计计算114.6.1蜗杆轴的设计计算114.6.2联轴器的选择164.6.3减速器的润滑与密封的选择175 带传动设计175.1第一级带轮设计计算175.2第二级带轮设计计算196 结语226.1总结226.2体会22参考文献24致 谢
9、25 1 引言种植反季节蔬菜瓜果可以获得较大收益，促使温室大棚得到快速发展。大棚保温用的卷帘机有多种结构，本课题主要介绍套筒式卷帘机。该机主要由卷帘机组、卷帘杆、机座、伸缩支杆和铰接支座等构成。卷帘机组固定在伸缩支杆上端的机座上，减速器的输出轴通过法兰盘与横贯温室全长的卷帘杆相联。国内温室用卷帘机的特点和种类：日光温室机械卷帘机的特点是输出扭矩大、耗电小、承载能力强，电机功率在075kW 22kW 之间，承载能力为5t12t。70m90m长的温室，重12t(含雪或水)的双层草苫可一次卷铺完成。国内有几十家卷帘机生产厂企业，山东厂家较多，这些厂家处于一种无序竞争状态，产品质量起伏不定。卷帘机的样
10、式可以说花样繁多，特别是卷帘机专利，各种形式，有成熟的，但更多是不成熟的，在调查了解的40多种专利里面，真正能形成产业化的很少。市场上看到的卷帘机基本上也拥有专利，市场面上比较实用的卷帘机按工作形式有4类，分为：自动同定式、双跨支臂式、爬山虎式、侧置套管式等。其中自动固定式、双跨支臂式、爬山虎式可以卷铺草苫和保温被，侧置套管式主要用于卷铺保温被。现在卷帘机存在的问题：通过对产品用户的调查和对产品各项性能指标的对比，我们发现产品的设计结构基本是合理的。而产品在使用过程中的的确确又现一些质量，如齿轮打齿、涡轮蜗杆扭坏、输出轴与卷轴与卷轴连接强度不够等，问题主要的根源是一些厂家为低价销售，以次充好，
11、安装偷工减料等。由于卷帘机的工作环境变化比较大，遇下雪或下雨时，草苫重量增加很多，卷帘机负荷成倍增长，也较易出现问题，但使用保温被的情况要好的多，由于质量问题的存在，造成卷帘机经常损坏，打齿、断轴的现象时有发生，质量不好的产品回修率在10左右，卷帘机一旦发生质量问题，不是草苫卷不上去就是草苫放不下来，给农民增添很多不必要的麻烦。因此，在推广工作中要充分的注意质量的问题。套管式温室大棚：卷帘机该卷帘机结构和双跨悬臂式卷帘机不同，是自驱动型卷帘机的义一种形。该机由卷帘机组、卷帘杆、伸缩支杆和铰接支座构成。卷帘机组固定在伸缩支杆上端的机座上，伸缩支杆下端安装在温室侧墙边的绞接支座上。减速机的输出通过
12、法兰盘与横贯温室全长的卷帘轴相联，卷帘机组被挂在侧墙外面。它的优点是部分卷被重量可以在温室两侧的墙体上，并且可以实现手动、电动一体化。缺点主要是不适用于70米以上长温室。按减速机的结构可分为直齿轮式、双蜗轮蜗杆和蜗轮直齿轮3种结构，这3种结构的减速机都能满足正常的卷铺作业。现在支臂式卷帘机的市场占有率约为50 ，侧卷式卷帘机市场占有率约为40 ，其它10。2套管式卷帘机方案的确定2.1整机结构图2-1 卷帘机主要结构套管式温室大棚卷帘机的主要结构如图2-1所示(1、草帘2、卷帘轴3、温室大棚4、摆杆轴5、摆杆6、顶杆7、电动机8、一级带传动9、二级带传动10、一级蜗杆传动l1、减速器12、凸缘
13、联轴器)。该卷帘机的摆杆通过摆杆轴与地基形成铰链联接，顶杆与电动机或者减速器的底座相连，电动机固定在减速器底座上。电动机的输出扭矩通过两级带传动传至一级蜗杆减速器的蜗杆轴上，蜗轮轴将输出扭矩通过凸缘联轴器或者法兰盘传至卷帘轴，从而实现卷帘轴的卷帘和放帘作业。卷帘机作收帘作业时，电动机通过减速器带动卷帘轴转动，拴在卷帘轴上的帘子卷在卷帘轴上，完成收帘作业；卷帘机作铺帘作业时，电动机旋转方向相反，完成铺帘作业。2.2温室大棚尺寸及要求坡度一般为1：54左右；后端高度；前端高度；宽度；长度。帘厚，帘宽，帘长。 收帘或铺帘作业5 min内结束；卷帘轴转速。2.3卷帘转角及自由度的确定卷帘轴卷帘过程中忽
14、略帘子的压缩量，帘子以卷帘轴为中心按阿基米德螺旋规律运动。卷帘轴每转1周，卷帘半径变化量为。卷帘半径由公式（1）给出： (1)阿基米德螺旋长度的微分方程由公式（2）给出： (2)积分得：代入基本尺寸整理得：解方程得卷帘轴转角为：卷帘轴回转圈数为：电动机通过减速器带动卷帘轴转动时，卷帘轴在铅锤平面内一方面作上下铅锤运动，另一方面作水平方向的前后水平运动，因此整个机构在铅锤平面内必须有2个自由度，即支承地面与摆杆之间采用转动副，摆杆与顶杆之间采用滑动副。自由度由公式（3）给出： (3)机构中有3个运动件，3个低副，1个高副，故:2.4摆杆轴位置确定 为使机构的结构紧凑，应正确选择摆杆轴的位置，否则
15、卷帘机工作时摆杆与顶杆之间滑动距离大，机构工作时不稳定，且影响结构的强度。设计时应尽量缩小摆杆与顶杆之间的滑动距离。建立直角坐标系，大棚宽度方向为X轴，高度方向为Z轴。卷帘轴最高位置由公式（4）给出： (4) 顶杆最大伸张量发生在卷帘轴最高位置和大棚前端拐点处。故： (5)即解方程得摆杆轴的坐标为(3.04，0)2.5顶杆和摆杆的长度顶杆最大伸张量由公式（6）给出： (6)代入数据得： 顶杆最小伸张量是大棚坡面与摆杆轴之间的垂直距离。大棚坡面的斜率；当时，故 ： 大棚坡面的直线方程一般形式 ：摆杆轴坐标(304，0) 摆杆轴与大棚坡面的最小垂直距离由公式（7）给出： (7)代入数据得：顶杆的滑
16、动距离为： 设计顶杆和摆杆长度时必须满足：顶杆长度223 m；摆杆长度45HRC,可从手册中查得蜗轮的基本许用应力。应力循环次寿命系数则取中心距，因，完全满足要求，取模数，蜗杆分度圆直径。这时，从图1118中可查得接触系数，因为因此以上计算结果可用。 轴向齿距；直径系数；齿顶圆直径；齿根圆直径；分度圆导程角；蜗杆轴向齿厚。 蜗杆齿数；蜗轮齿数；变位系数；验算传动比，这时传动比误差为 ，是允许的。蜗轮分度圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗轮喉母圆半径 当量齿数：根据，从图1119中可查得齿数系数。螺旋角系数 许用弯应力 从表118中查得由铸锡磷青铜制造得蜗轮得基本许用弯曲应力，寿命系数为，
17、可见弯曲强度是满足的。考虑到所设计的蜗杆是动力传动属于通用机械减速器，从GB/T1008圆柱3蜗杆，蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f标注为8f ，查表得蜗杆，蜗轮齿面精度均为1.6而蜗杆顶圆为1.6，蜗轮顶圆为3.2。4.6轴的设计计算4.6.1蜗杆轴的设计计算该轴是蜗杆轴，其所选材料是45号钢，调质处理。该轴的转速为，功率为，转矩为。蜗杆轴所受各力的大小为：,根据 ，其中，于是得，输出轴的最小直径显然是带轮，为了使选的轴直径与带轮的孔径相适应，取。蜗杆轴的结构与受力图如图4-2所示。为满足小带轮的轴向定位要求，段的左端制出轴肩，故取d=45mm；段长度取L-40mm。因轴承同时受有轴向力
18、和径向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据 d=50mm初步选取0组基本游隙组标准精度级的单列圆锥滚子轴承，轴承代号是30210,其尺寸是，故d-=d-=50mm, 右端采用轴肩定位，由手册查得轴肩高度h=3mm,于是d-=50mm.而L-=56mm。由于蜗杆螺旋部分半径不大，蜗杆的齿根圆直径与轴的比值小于1.7时一般将蜗杆的螺旋部分与轴加工成整体，蜗杆齿宽 按算，于是取=92mm。支承跨度,取L=294mm。小带轮与轴的轴向定位采用平键联接,轴段由手册选用平键为，小带轮与轴的配合为H7/K6，轴承与轴的轴向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。在水平面上负号
19、表示力的方向于受力简图中所设方向相反。在垂直平面上轴承上的总支承反力轴承上的总支承反力画弯矩图在水平面上C-C剖面左侧：C-C剖面右侧：在竖直平面上合成弯矩图4-2 蜗杆轴的结构与受力图C-C剖面左侧：C-C剖面右侧：画转矩图校核轴的强度C-C剖面左侧因弯矩大、有转矩，还有键引起的应力集中，故A-A剖面左侧为危险截面。由附表10.1，抗弯剖面模量抗扭剖面模量弯曲应力 扭剪应力对于调质处理的45钢，由表10.1查得，由表10.1注查得材料的等效系数，。键槽引起的应力集中系数，由表10.4查得绝对尺寸系数，由附图10.1查得轴磨削加工时的表面质量系数由附图10.2查得。安全系数查表10.5得许用安
20、全系数，显然，故C-C剖面安全。小带轮处键连接的挤压应力取键、轴、联轴器的材料都为钢，查表6.1得。显然，故强度足够。齿轮处键连接的挤压应力取键、轴、齿轮的材料都为钢，查表6.1得。显然，故强度足够。由表11.13查得70309轴承内部轴向力计算公式，则轴承、的内部轴向力分别为比较两轴承的受力，因，故只需校核轴承。根据对轴的校核可知,轴所受到的径向载荷为：轴向载荷为：又知，。因此，。轴的当量载荷查表可知径向载荷系数和轴向载荷系数分别为，。所以：。滚子轴承的寿命指数=,按表136取载荷系数，,温度系数。于是，计算寿命：所选轴承满足寿命要求。4.6.2联轴器的选择本设计用到一个联轴器，用来连接输出
21、轴和卷帘轴。联轴器的选择主要考滤它的孔径和它受的转矩而且载荷平稳无冲击，同时构造简单，轴的刚性大，对中性也较好。根据所选的电动机的传动轴轴径和输入轴的轴径，选择凸缘联轴器（GB/T5843-86）联轴器的型号选为YL7。对所选的联轴器，其公称转矩为：于是： 因为，可见联轴器的强度是符合要求的。4.6.3减速器的润滑与密封的选择蜗轮圆周速度：蜗杆圆周速度：由于V较小，采用浸油润滑，蜗杆浸油深度约为一个齿高，但不应超过滚动轴承最下面滚动体的中心线，否则容易漏油，为防止运转时过多的润滑油流入轴承，在轴承内侧加挡油板。对于轴承的润承，由于蜗轮V1.5m/s，不宜采用飞溅润滑，宜采用润滑脂润滑，为了防止
22、在运转时润滑脂被飞溅起来的油稀释应在轴承内侧设挡油环。因为该减速器为蜗轮蜗杆减速器，查机械手册可选蜗轮蜗杆润滑油代号320，轴承选用ZGN2润滑脂。计算可得，各轴与轴承接触处的线速度，且根据润滑要求，所以采用毡圈密封。5 带传动设计5.1第一级带轮设计计算计算功率是根据需要传递的名义功率及考虑载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的。计算功率由公式（13）给出： (13)按教材表87，查得工作情况系数，选取。所以，。 V带型号根据设计功率 和小带轮转速确定，查教材图811可选取Z型带。由教材表86和表88，取小带轮的基准直径。带的速度由公式（14）给出： (14)代入数据得
23、：。因为5m/sv30m/s，故带速合适。根据，计算大带轮的基准直径，,根据教材表88，圆整为。根据初步确定中心距，选取中心距。带所需的基准长度由公式（15）给出： (15)代入数据得：。查教材表82，确定带的基准长度。带的实际中心距由公式（16）给出： (16)代入数据得：。所以中心距的变化范围为470mm542mm。带的包角由公式（17）给出： (17)代入数据得：。由和，查教材表84a得。根据，和Z型带，查教材表84b得。查教材表85得，表82得。于是。V带的根数为。所以，选取V带根数。单根带初拉力由公式（18）给出： (18)代入数据得：。应使带的实际初拉力。压轴力由公式（19）给出：
24、 (19)代入数据得：。5.2第二级带轮设计计算计算功率是根据需要传递的名义功率及考虑载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的。计算功率由公式（20）给出： (20)按教材表87，查得工作情况系数，选取。所以，。 V带型号根据设计功率 和小带轮转速确定，查教材图811可选取Z型带。由教材表86和表88，取小带轮的基准直径。带的速度由公式（21）给出： (21)代入数据得：。因为5m/sv30m/s，故带速合适。根据，计算大带轮的基准直径，,根据教材表88，圆整为。根据初步确定中心距，选取中心距。带所需的基准长度由公式（22）给出： (22)代入数据得：。查教材表82，确定带
25、的基准长度。带的实际中心距由公式（23）给出： (23)代入数据得：。所以中心距的变化范围为415.5mm487.5mm。带的包角由公式（24）给出： (24)代入数据得：。由和，查教材表84a得。根据，和Z型带，查教材表84b得。查教材表85得，表82得。于是。V带的根数为。所以，选取V带根数。单根带初拉力由公式（25）给出： (25)代入数据得：。应使带的实际初拉力。压轴力由公式（26）给出： (26)代入数据得：。6 结语6.1总结 本次毕业设计是套管式温室大棚卷帘机的设计。该机主机固定在大棚一侧伸缩支杆上端机座上，伸缩支杆下端安装在温室侧墙边的铰座上，减速器输出轴一头伸出，通过凸缘联轴
26、器或法兰盘与横贯温室全长的卷帘轴相连。接动卷帘机控制开关的按钮，卷帘机组即直接驱动卷帘杆转动。当驱动卷帘杆沿着棚面向上方转动时，卷帘杆即带动保温帘边自卷边向上滚动，由于支撑卷帘机组的伸缩支杆的长度可随卷帘机组位置变动而自由变化，因此卷帘机组亦随之上升，从而使保温帘揭启。反之，令卷帘机驱动卷帘杆反向转动时，保温帘便在自重作用下沿棚面向下方滚动，使其重新恢复到覆盖状态。这种自驱动卷帘机的构造简单，特别是它无须在温室顶部安装任何附属构件，因而不仅对温室顶部的建筑结构与强度无特别要求，而且安装施工亦非常方便、快捷。但由于是侧置式卷轴受力不均，不宜太长的温室使用。机械运转平稳、无异常噪音，卷帘时间6.3
27、8分钟，各转动部件转动灵活，输出轴转数9转，输出扭矩设计合理，具有科学性、合理性，各项指标达到设计要求。确定其传动路线为：电机两级带传动一级蜗杆减速器联轴器卷帘轴，并对套管式卷帘机的结构及尺寸参数的设计计算作了比较细致的分析计算。选用的电动机转速1400r/min，卷帘机的总传动比为992，其中二级带传动的传动比为16，一级蜗杆减速器的传动比为62。对卷帘机进行受力分析，求出其总阻力矩为6828.22Nm，从而选得电动机1.5kW。在此基础上，确定出一级蜗杆减速器的蜗杆轴的尺寸参数，设计的蜗杆模数为4mm,蜗杆分度圆直径为71mm；蜗轮分度圆直径为248mm,完成减速器的设计工作。6.2体会这
28、次关于温室大棚自动卷帘机的毕业设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过近两个月的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识。为我们以后的工作打下了坚实的基础。1. 机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、公差与配合、CAD实用软件、机械工程材料、机械设计手册等于一体。2. 这次的毕业设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想；训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力；巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。
29、3. 在这次的毕业设计过程中,综合运用先修课程中所学的有关知识与技能,结合各个教学实践环节进行机械课程的设计,一方面,逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力,特别是提高了分析问题和解决问题的能力,为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。4. 本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助。5. 设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。参考文献1 濮良贵，纪名刚.机械设计：第8版M.北京：高等教育出版社，2006.52 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理：第7版M. 北京
30、：高等教育出版社，2006.53 Thomas Connolly Carolyn Begg. Database Systems M.北京：电子工业出版社，2004.74 Roger Bate, Sandy Shrum, CMM Integration FrameworkJ, CMU/SEI Spotlight 1998.95 徐灏.机械设计手册：第2版M.北京：机械工业出版社，20036 周开勤.机械零件手册：第5版M.北京：高等教育出版社，20067 程乃士.减速器和变速器设计与选用手册M. 北京：机械工业出版社，2006.108 陆玉，何在州，佟延伟.机械设计课程设计：第3版M.北京：机械
31、工业出版社，2000.59 龚溎义，罗圣国.机械设计课程设计指导书：第2版M. 北京：高等教育出版社，1990.410 张春宜，郝广平，刘敏.减速器设计实例精解M. 北京：机械工业出版社，2009.711 从晓霞.机械设计课程设计M. 北京：高等教育出版社，2010.812 崔永汉. WPJL60型卷帘机设计J. 延边大学农学学报，2007，3:21321713 崔保苗，王占文.JL50型日光温室卷帘机的设计J. 山西农业大学学报，2003，3:26126414 王国强，史慧锋. JLL1O0型卷帘机的研制J. 新疆农机化，2008，4:222315 CAMPAGNOLA Company.Ca
32、mpagnola .F/4EB/OL .http:/www.campagnola.it. 2008-05-22.16 鲁学良. SLJL-08温室大棚自动卷帘机的研制J. 工业技术，2009，14:13717 张丽，肖林刚. 日光温室外覆盖物卷帘机的安装与维护J. 温室结构与设备，2006，3:161718 王志臣，丛详安. 温室卷帘机的设计与研究J. 辽宁熊岳农业高等专科学校学报，1999，4:1216致 谢大学四年的学习生活即将结束，在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够成功的完成，要特别感谢我的导师何予鹏教授的关怀和教导。正是
33、他的严格要求和悉心指导才使我完成了温室大棚卷帘机的设计。通过毕业设计我把以前没学好的知识再次进行了学习，使我的机械设计理论和实践知识得到了丰富。这些都是与何老师严谨的风格是分不开的。他有很多工作要做，平时还要给学生上课，但对我们的毕业设计从没放松过，他总是尽量挤出时间来帮我们解决问题，并让我们积极参与探讨，调动我们的学习热情，这些都是值得我们倾佩的。同时我要感谢和我同组的同学，他们在我设计中也给了我很多宝贵的意见 。我要对所有帮助过我的老师和同学说一声感谢，你们都辛苦了！在此，谨向辛勤的导师表示衷心的感谢和崇高的敬意！.25.指导教师评语（主要评价论文的工作量、试验数据的可靠性、论文的主要内容与特点、写作水平等）： 签 名： 年 月 日答辩委员会评语及论文成绩（主要评价论文的性质、难度、质量、综合训练、答辩情况、不足等。评定论文成绩）：主任委员签名： 年 月 日2
