单筒滚动式播种机毕业设计.doc

目录第一章 绪论11.1课题来源11.2本课题的项目背景及研究意义11.2.1国内发展概况31.2.2 国外发展概况41.3课题研究的主要内容51.3.1主要内容51.3.2技术要求51.3.3关于题目的具体要求51.4关键问题及解决思路61.4.1关键问题61.4.2解决思路及设计方案61.5设计方法和技术路线7第二章 播种机的结构设计92.1转动部分的设计92.1.1行走地轮的设计92.1.2鸭嘴的选用92.1.3接种漏斗的设计102.2内部固定部分的设计112.2.1固定部分外壳的设计112.2.2播种机构的工作原理112.2.3排种轮的设计122.2.4毛刷轮的设计152.2.5各零件位置配合的设计162.2.6固定部分外壳的继续设计172.2.7排种盘的设计192.3中心轴承的选择202.4轴的设计和校核202.5地轮与轴连接方式的设计212.6链轮和链条的选用212.7推杆和连接部分的设计222.8本章小结23第三章 播种监控装置的设计243.1红外发射接收装置的选用及安装243.2无线信号收发模块的选用及安装253.3单片机的选用及安装263.4蜂鸣器的选用273.5电路图及程序设计思路273.6整合283.7本章小结29总结30致谢31参考文献33 第一章 绪论1.1课题来源本课题来源于北华大学机械工程学院和桦甸市宏昌机械厂的校企合作项目。1.2国内外发展概况我国玉米主要种植地区在黑龙江、吉林、辽宁、北京、河北、山东、河南、内蒙古、西北等地。播种机是农业生产中关键作业环节，必须在较短的播种农时内，根据农业技术要求，将种子播到田地里去，使作物获得良好的发育生长条件。播种质量的好坏，将直接影响到作物的出苗、苗全和苗壮，因而对产量的影响也很大。传统的播种方式有：(1)点播 人工开穴、人工撒种、人工覆土，最传统的播种方式，优点：用种量少、随机性强，缺点：效率低、劳动强度大、播种质量不易控制，主要用于麦田套种、山地或丘陵地播种；(2)条播 用人力或畜力开沟、人工撒种、人工覆土，比较传统的播种方式，优点：用种量少、行距和播种深度容易控制，缺点：效率不高、劳动强度大，主要用于比较平整地块，多集中于经济不太发达地区；(3)机播 用专门播种机械一次完成播种任务，优点：行距和播种深度容易控制、效率高，缺点：易出现漏播现象，造成缺苗、断垄，主要用于大面积平整土地，多集中于经济发达地区。农业是人类“母亲产业”，远在茹毛饮血的远古时代，农业就已经是人类抵御自然威胁和赖以生存的根本，农业养活并发展了人类，没有农业就没有人类的一切，更不会有人类的现代文明。社会生产的发展首先开始于农业，在农业发展的基础上才有工业的产生和发展，只有在农业和工业发展的基础上，才会有第三产业的发展。可见，农业是当之无愧的“母亲产业”。播种是农业最重要的作业环节之一，播种机械是农业机械重要组成部分，播种机的优劣直接影响到农业劳动生产率、农作物的产量以及农产品的成本，因此发展高质量的播种机械是现代农业的迫切要求。尽管播种机已有较长的发展历史，并且在几乎所有发达国家中早已实现了播种机械化，但迄今为止人们对播种机的改进、提高和发展仍十分重视。我国是一个农业大国，农业是国家政治稳定和人民安居乐业的基础。随着我国加入WTO以后承诺的各项有关农业方面的条款的相继落实，农业将面临前所未有的巨大挑战和机遇。目前，国际化、机械化、自动化已成为我国农业发展的一个基本趋势。加入世贸组织将是我国农业向国际化、机械化、自动化迈进的极为关键的一步，它有利于我国农业更好地进入世界市场，同时也将给农业机械的发展带来严峻挑战。当今科技的发展和农业作业模式的变革促进了农业机械的升级和进步。虽然我国是一个传统意义上的农业大国，但是在农业机械方面却远远落后于其他发达国家。随着改革开放的深入发展和科学技术的不断进步，我国的农业机械已进入了一个新的发展阶段。国外一些发达国家很早就开始了农业机械方面的研究，基本实现了农机自动化，而我国多数地区还采用人工或者半机械化，因此我国在农业机械方面远远落后于西方发达国家。目前国内外播种机机型很多，市场上有大量的机型可供选择。国外发展的趋势是向大型，高效，操作和控制电子化方向发展。播种机主要采用气力式(气吹、气吸)，工作幅宽36m，作业速度61Okm/h。国内，近几年由于农村经济体制改革的需要，研制和生产的播种机多以小型为主，这些机具多以机械式为主。而我国北方由于地形限制，当地农民急需一种结构简单、使用方便、工作可靠的小型手推式播种机。由于年年播种，尤其是科研上就得考虑播种器这个实际的问题，所以播种器就在不断地创新着与发展着，那么现在就总结一下玉米播种器的发展段。第一个阶段：主要是镐了，用镐刨然后由工人将种子点播在刨出的坑内，再覆上土就OK了，相信很多人都这么种过！用镐的优点是能保证种子直接接触到湿土，有利于种子快速萌发。缺点是密度上不去，听说先锋最大的密度都在15公分以内，那再小的镐也得哭了，心有余而力不足啊！再有挥舞一天大镐的人就是生有铜肩铁臂，一天下来也会体力不支的！所以用镐缺点多，效率低！第二阶段：由于生产及育种思想的变化而导致增加玉米的播种密度的变化，所以产生了一些设计较新的播种器，主要是解决镐所不能解决的密度的问题，这一时期的代表有现在生产出售的玉米点播器及专家们设计的具有类似的功能的点播器，这类工具都是利用一个暂贮种子的部位，一个通畅的管道，一个能伸入土中的设计，在条件具备后种子落入土中。传统的玉米种植法是采用一穴多粒的方式，在一个穴里播种三到四粒种子，根据种子的出苗情况再通过间苗（把多余的除掉），仅留一株。这是因为传统的玉米种子出苗率得不到保障，为了保证玉米能出齐苗，农民不得不采取每穴多粒的方式播种，但这种方式不仅浪费种子而且也浪费了农民们宝贵的钱财。而玉米单粒种植法是指玉米种子一穴一粒，其出苗率达到95以上，可满足芽率、芽势、纯度三个方面的指标要求。单粒机播技术的优点一是简化节本。玉米单粒机播技术基本上可以实现“一穴播一粒、一粒出一苗”，出苗后不再像常规条播那样需要进行间苗、定苗等田间作业，简化了玉米的田间管理技术，节省劳力、降低成本。据测算，单粒机播每亩可节省间苗和定苗用工费10元左右。在规模化种植条件下，单粒机播技术的简化节本优势会更加突出。二是节省种子。通过采取单粒机播方式，种子用量会大幅度降低。传统机械条播方式一般每亩用种量2.53公斤，改单粒机播后每亩用种量可降低到1.5公斤左右，每亩可节省用种11.5公斤，节省40%50%，进而也降低了种子的成本投入。三是出苗均匀整齐。玉米单粒播种机可以按照留苗密度需要确定行距和株距。由于落粒均匀一致，保证了植株之间距离均匀一致。加上用于单粒机播的种子经过精选和分级，种子粒度整齐一致。因此，单粒机播的地块出苗整齐、分布均匀，保证了“苗全、苗齐、苗匀、苗壮”，为实现玉米高产打下了良好的基础。由于单粒机播技术在诸多方面的优点，该技术目前正在迅速被广大农民所接受，今后也必将成为我国玉米主产区的一项主导技术。玉米单粒播种将是玉米生产的发展方向，这将给我国传统的玉米播种方式带来一次革命。1.2.1国内发展概况我国的播种机仍以传统的谷物条播为主，与小型拖拉机配套的播种机及畜力播种机目前仍占主导地位。全国有500家左右的企业生产播种机，其中只有10家生产与大中型拖拉机配套的播种机，与小型拖拉机配套的播种机和畜力播种机的产量已占到全国播种机产量的90%以上。近几年，我国的联合作业播种机发展也较快，其机具主要有播种施肥联合作业机、耕作播种联合作业机、松土施肥覆膜穴播联合作业机和施水播种联合作业机等，目前又发展了铺膜播种联合作业。另外，精少量播种机具推广势头强劲，小麦精少量播种机和中耕作物精密播种机推广应用迅速。随着党中央大力发展农业，提高农业水平，增加农民收入等一系列相关政策的颁布和实施，国内对于播种机和播种均匀性的研究也有了飞速发展。随着精密播种技术的不断提高，针对不同种子，尤其是一些小颗粒种子在几何物理特性上的差异，国内外农业机械专家提出了多种排种或播种方式，如针对水稻种子内摩擦力的特点，华南农业大学的李志伟、邵耀坚设计了电磁振动式水稻穴盘精量播种机。吉林大学南岭校区研究所开发的2BDY-6型种子着地后产生的弹跳滚动等关键技术，在告诉精播大豆的粒距分布均匀性的表现上效果明显。中国农业大学工学院提出并研究的种子动态图像匹配与拼接技术，是国内相关领域信息化水平较高的一种解决方法，解决了基于机器视觉在多排种体动态监测技术研究中，播种后种子动态图像的匹配与拼接精度的难题。系统从实时性要求出发，在运用模式识别技术进行检测的实践基础上，阐述了检测系统的构建原理，从而为试验台自动检测奠定了基础。1.2.2 国外发展概况国外农业装备的水平和特点，主要以经济发达的欧美国家为代表。这些国家在农业装备和机械化水平等方面具有一定典型性。近几年来，国外在发展播种机时所遵循的原则是：不断更新工作原理，尽量完善其结构，使其具备良好的工作性能，以提高播种质量，并注重提高播种机具的通用性和适应性。例如配备多种排种部件以适应不同作物种子的要求；采用不同的开沟器和镇压轮以适应不同的土壤条件，运用变速装置加大播量与施肥量的调节范围；增加播种机的系列型号，以适应与不同功率的拖拉机配套；通过提高作业速度或加大工作幅宽来提高工作效率；采用播种联合作业和直接播种。目前国外精密播种机已达到相当完善的程度，在精密播种机上除了设有完善的整地、覆土、镇压及施肥、洒农药装置外，其排种装置多采用新的工作原理，包括各种机械式排种原理与气力式排种原理，以保证单粒精密播种。机械式排种是最原始也是最简单的排种方式，是依据种子形状、颗粒大小对排种器进行设计，排种时，利用排种器内排种元件的容腔将种子从种箱中分离出来，其充种、清种和卸种等环节依靠种子自重或机械装置来完成，这种排种原理简单，比较容易实现，但存在排种不精确、且易伤种等方面的不足，美国文图尔公司研制的齿盘式精密播种机即采用了机械式排种原理，我国现有的机械式精密播种机有水平圆盘式、垂直窝眼轮式和侧充式播种机。气力式排种器依靠排种元件两侧的压力差将单粒种子吸附或压附于吸孔或吸嘴上，从而达到从种子群中精确分离出单粒种子的目的，如各种气吸式、气吹式、气压式、气吸振动式排种器。气力式排种利用控制种子重量或流量的方式来控制排种量，因而对种子形状尺寸要求不那么严格，与机械式排种器相比，对不同类型种子的适应能力有了较大提高，而且排种时不伤种子，但气力式排种器结构复杂，制造成本高，气孔易被杂物堵塞，而且吸孔或吸嘴需根据种子粒型、大小不断更换，如荷兰VISSER公司、美国BLACKMORE公司研制的穴盘育苗用针式(又称吸嘴式)精密播种机，其配套吸嘴多达九套。美国是世界上农业最发达、技术最先进的国家之一。近几年，美国在谷物联合收割机、喷雾机、播种机等农业装备上开始采用卫星全球定位系统监控作业等高新技术。农业出现了向精准农业方向发展的趋势。美国、加拿大以及西欧各发达国家的播种机播种幅度比较大，且速度快，这在一定程度上解决了播种机滚筒在排钟上的问题，并且通过对相关器件性能的改进和提高，加上高新技术的使用，在农业播种和其他机械方面，精确性都有了很大提高。1.3课题研究的主要内容1.3.1主要内容本次设计的主要内容是通过广泛查阅和深入研究国内外关于相关技术方面的资料文献和发展趋势，寻找更为简单易行的方法。完成单筒滚动式播种机的结构设计，并设计其播种精度监控装置。采用更方便的机械设备与电子系统结合的方式解决相关问题，针对本国国情提出相应的种子播撒方法和相应的检测方法，最大程度的提高种子播撒精确性和测量数据的精确性。1.3.2技术要求(1)排种机构单籽率>95%，单籽、双籽可控，种子破碎率<1%。(2)注塑件材料选用ABS。(3)监控装置具有语音提示功能。(4)注意制图的标准与配合件的配合公差应合理。1.3.3关于题目的具体要求(1)设计要有创新性，结构设计合理。(2)图纸要详细，要符合制图标准。(3)生成符合国标的详细的工程图，包括装配图和各零件图(4)使用UG软件完成全部零件的设计，并进行装配。1.4关键问题及解决思路1.4.1关键问题(1)单筒滚动式播种机的结构设计。(2)播种监控装置的设计。1.4.2解决思路及设计方案大中型施肥播种机在小地块、山坡地或套种作物行间进行播种时难以适应，而传统人工播种的劳动强度较大、效率低、播种质量差，针对此种情况，应用人机工程学的原理研究设计了一种手持式播种施肥机，该机也可在作物根部进行追肥。主要由控制器、种肥箱、排钟肥系统、鸭嘴式开沟器等部件组成，适用于谷物穴播或追肥，可使传统的人工播种操作变为半机械化操作，将开沟、播种施肥、覆土一次性完成。它采用了简单可靠的机构和通用的零部件，具有携带方便、使用可靠、耗材少、易加工、成本低等特点。其解决的主要技术方案是在U形支架的两端头上装有旋转轴，旋转轴与外壳行走地轮相连，行走地轮上开有鸭嘴排种器，鸭嘴排种器根部开有能与接种漏斗相通的排种口，地轮内侧设有挡块，旋转轴的一侧装有链轮，链轮斜下方装有毛刷和排种轮，链轮与毛刷轮通过链条连接，排种轮与排种盘相连，排种轮上开有排种槽，排种轮斜下方装有接种漏斗，两旋转轴内侧则与U形支架连接，不能旋转，排种轮、毛刷轮和储种箱均安置在固定结构内，U形支架的末端连接着斜向推杆，推杆上端焊有横向工作手柄。播种时，先将玉米种子装入储种箱内，在人力推动下，地轮向前滚动时，种子进入排种槽，排种盘在碰到地轮挡块时随之转动一定角度，带动排种轮转动，同时链轮带动毛刷轮转动，将多余种子清除，只留一粒种子在排种槽里，（由于排种轮与毛刷轮转动方向相同，避免了种子因挤夹导致的种子碾碎和多粒种子挤在一个排种槽里的问题），当漏斗下方出口与排种口对准时，种子落入鸭嘴，同时与鸭嘴连接的挡杆碰到固定在U形支架上的挡块，使鸭嘴张开，由鸭嘴排种器将种子自然悬入土壤内，当第二个鸭嘴排种器依次进入土壤开始播种时，第一个鸭嘴排种器离开穴窝，鸭嘴挡杆脱离挡块，并受鸭嘴排种器弹簧的张力关闭鸭舌，播种机地轮继续向前转动时，重复上述行程，实现精量播种。当播种时想播双籽时，可将排种轮上一侧的挡板打开。 图1.1 正视图 图1.2 后视图图1.3 部分内部结构图监控装置设计：由于C51单片机速度和集成度等都很高并满足本装置使用条件，而且性价比很好，所以基于C51单片机开发监控程序，在鸭嘴根部的相对应的两侧分别安装红外发射管和红外接收管，当种子经鸭嘴落下时，红外发射管发射的红外线被短暂阻隔，红外接收管因短暂接收不到红外线而通过蜂鸣器发声，提示种子落下，也可以安装两对发射接收装置，以提高监控精度。1.5设计方法和技术路线设计方法：利用UG三维实体造型技术完成播种机的结构设计，并通过CAD二维软件进行零件等的继续设计和完善，通过单片机软件编写语音提示用的单片机程序，再通过Keil仿真软件和单片机进行仿真验证，检验语音提示装置的可靠性。我的思路是先整体设计外形等，然后从外向里，逐个零件设计，这样能保证播种机的体积和高度在可行范围内。技术路线：技术路线如图1.4所示。图1.4 技术路线图第二章 播种机的结构设计本播种机由内外两大部分组成。外部为转动部分，由行走地轮、鸭嘴、接种漏斗组成，内部为固定不动部分，由种箱、播种轮、毛刷轮、链轮组成。为了零件尺寸的一致性，在设计过程中使用UG的由外向内的装配设计方法，先设计外部的整体外形，再通过WAVE连接器的功能将其分割复制到各个组件中，这样既保证了零件尺寸的一致性，又实现了参数化建模，便于修改。以下各部件厚度均为2mm。2.1转动部分的设计2.1.1行走地轮的设计根据人机工程学原理，播种机转动部分半径不能过大，高度应控制在400mm以内，所以行走地轮外径取值为380mm，由于轮条要固定在行走地轮侧壁上，所以侧壁要有一定宽度，所以地轮内径取值为310mm；考虑到在播种机一侧有链轮，应给链轮留出一部分空间，所以有链轮一侧宽度取值为25mm，无链轮一侧宽度取值为15mm；整体宽度取值为110mm,如图2.1、2.2所示。 图2.1 行走地轮正视图 图2.2 行走地轮侧视图2.1.2鸭嘴的选用在温度和土壤水分都适宜的情况下，播深一般在4050mm为宜，但是考虑到华北地区的夏播玉米，播时正值一年中最干热的季节，耕作层十分干旱，结合上茬作物后期浇水，在播种前备足底墒，要适当深播（6070mm），因此可以选用山东万方农机具机械厂生产的鸭嘴，鸭嘴长65mm，弹簧杆直径5mm，弹簧杆长度80mm，弯曲部分成30°角，长度10mm，如图2.3、2.4所示。 图2.3 鸭嘴 图2.4 带接种漏斗的鸭嘴 2.1.3接种漏斗的设计根据行走地轮外径为380mm，接种漏斗根部圆弧半径应为380÷2=190mm；漏斗的高度应高出地轮的侧壁宽度35mm，所以漏斗高度取值为55mm；漏斗的宽度在取值时应考虑到能确保接住落下的种子，所以取值为66mm；漏斗根部圆弧宽度应与地轮宽度相等，取值为110-10=100mm；根据播种机的运动方向和种子的惯性，为了防止种子以一定速度落下时发生弹跳，所以漏斗左侧中部部分设计成斜坡、上部设计成圆弧形；由于漏斗高度为55mm，所以漏斗上部圆弧半径为190-38+2=154mm。由于地轮外径为380mm，所以地轮周长为3.14×380=1193.2mm，若安装五个接种漏斗，则每个接种漏斗根部圆弧的长度为1193.2/5=238.64mm，若安装六个接种漏斗，则每个漏斗根部圆弧长度为1193.2/6=198.85mm，可根据株距自由选择漏斗尺寸。因此，拨动带动排种轮旋转的排种盘的挡块应该与接种漏斗相连，经过比较演示，挡块的连接体应设计在漏斗一侧斜坡的背部，与挡块的连接方式为螺钉连接，挡块转动形成圆的半径为160mm，挡块长度由排种盘所处位置的宽度决定，如图2.5所示。图2.5 接种漏斗2.2内部固定部分的设计2.2.1固定部分外壳的设计固定部分外壳设计为圆形，外径应该小于行走地轮上零件运动时的最小直径，接种漏斗上圆弧处的直径最小，为308mm，所以固定部分外壳的外径取值为300mm；宽度应小于行走地轮的宽度110mm，取值为80mm；厚度取值为为2mm，如图2.6所示。图2.6 内部固定不转部分2.2.2播种机构的工作原理播种时，先将玉米种子装入储种箱内，在人力推动下，地轮向前滚动时，种子进入排种槽，排种盘在碰到地轮挡块时随之转动一定角度，带动排种轮转动，同时链轮带动毛刷轮转动，将多余种子清除，只留一粒种子在排种槽里，（由于排种轮与毛刷轮转动方向相同，避免了种子因挤夹导致的种子碾碎和多粒种子挤在一个排种槽里的问题），如图2.7所示。图2.7 工作原理示意图2.2.3排种轮的设计技术要求：排种均匀稳定，排种均匀性不受外界条件变化产生严重影响，一台播种机的排种量应保持一致；不损伤种子；播种量范围可调节，单籽、双籽可控；通用性好；工作可靠，不易堵塞。考虑减轻重量并减少成本等原因，材料选择ABS，排种轮的轴孔设计成正方形，边长为10mm；由于固定部分外壳内部要同时安装排种轮、毛刷轮和其他辅助零件，为了有足够空间安装这些零件，排种轮外径应小于固定部分外壳的半径150mm的一半，所以取值为70mm。排种盘上的孔型由种子形状、尺寸和每穴要求粒数确定，并按一定间距排列。排钟的株距与排种盘转速和孔数有关。作业速度建议不大于6km/h，否则排钟质量将恶化。排种轮上的型孔的主要结构参数主要取决于种子的几何形状，设计依据：要求无论种子的位置是横躺、平卧还是侧立，型孔都能够容纳。要求清种后的型孔内只有一粒种子。有效的利用圆周空间，尽量布置多个型孔。表2.1 玉米种子抽样测量统计表农大108玉米种子12345678910长10.910.110.69.810.310.19.91010.510.4宽8.48.28.37.88.48.37.88.18.48.2高5.865.95.25.65.85.56.16.25.7根据对玉米种子的抽样测量，测量结果如表2.1所示，最大尺寸为10.9mm，则确定型孔的直径为11mm，深度可以适当减少2mm（刮种片与排种轮之间留2mm间隙），即为9mm，底部为球面，如图2.8所示。图2.8 型孔的形状排种轮的周长为：70×3.14=219.8mm，若设置7排孔，则219.8÷7=31.4mm，31.4-11=20.4mm，即相临孔之间间隔为20.4mm，为了避免孔的边缘卡籽，设计成R2的圆角，则间隔变为20.4-2×2=16.4mm，间隔大于种子最大尺寸很多，所以间隔足够大，能有效避免卡籽现象。由于槽孔直径为11，所以排种轮宽度应大于11mm，取值为20mm，同时要求可以播双籽，所以一个大排种轮宽度应为40mm。 图2.9 排种轮整体 图2.10 排种轮连接方式为了防止种子提前落下，还应在相应位置放置一个弧形挡板，弧形挡板圆弧处的半径应与排种轮半径相同，为35mm，通过四个螺钉与固定部分外壳连接，如图2.13所示。但是，由于个别种子尺寸和形状超出常规尺寸和形状，仍有可能发生种子卡在型孔当中，堵住某个空槽，导致其中之一个孔槽无法完成排种动作，这样就会出现漏籽情况，为避免此种情况出现，现设计在型孔中心沿圆周方向开一条沟槽，深度为11mm，宽度为1.5mm，用于放置一个拨片，如图2.9所示。拨片固定在一根直杆上，直杆通过螺钉与固定部分外壳连接，拨片厚度为1mm，宽度平均为5mm，长度为50mm，为方便将种子刮出，嵌入部分设计成尖角为45°的尖劈形，如图2.13所示。当发生卡种现象时，通过播种轮转动，拨片能将卡住的种子挤出孔槽。但这样形状的播种轮在模具方面无法加工出来，所以需要将播种轮设计成组合式结构，各部分通过螺钉连接，总共四个螺钉，如图2.10所示。 图2.11 排种轮一侧 图2.12 排种轮另一侧图2.13 排种轮空心轴为减少成本和安装方便快捷等，将排种轮外侧一边部分与一圆环设计为一体，用来装夹轴承，如图2.15所示，参考型孔深度，圆环外径设计为43mm，内径设计为35mm，宽度设计为8mm，根据机械设计手册轴承篇表6-2-52，选用外径为35mm、内径为20mm的深沟球轴承。轴为圆柱形空心轴，内径为15mm，外径为20mm，如图2.13所示。轴的一端套在阶梯型轴座上，另一端插入排种轮轴承中；另一边部分与一段一端带键槽的轴设计为一体，方便与排种盘相连接，如图2.12所示，轴的半径为10mm，长度为26mm，键槽深度3mm，长度7mm，宽度3mm，根据机械设计手册轴承篇表6-2-52，选用内径为20mm，外径为35mm的深沟球轴承。因为设计要求为单双籽可控，所以用一块挡板将一排槽孔挡住，考虑到控制播种轮播单双籽的挡板由于要承受种箱内种子的重量、方便安装和取下，固定方式设计成插片式，挡板遮蔽部分设计成T型圆弧以增加强度，加强筋宽2mm，高7mm，所以挡板圆弧的半径为35+7=42mm，如图2.14所示，挡住时，实现播单籽，滑开挡板时，实现播双籽。图2.14 排种轮系2.2.4毛刷轮的设计毛刷轮的宽度和直径应与播种轮宽度和大小相同，也为40mm和70mm，毛刷采用山东吉丰塑料制品厂生产的毛刷，由于毛刷轮轴需要带动毛刷轮转动，所以将毛刷轮轴设计成两端圆形中间方形的钢轴，为避免毛刷轮和轴套产生磨损，轴中间部分的长度应比毛刷轮宽度稍长，为44mm，边长为8mm，轴两端外径定为8mm；长期使用后会产生磨损，为了更换方便和降低成本，将轴外安装一轴套，如图2.17所示，磨损后直接更换轴套即可，轴套内径8mm，外径10mm；为了防止毛刷轮在转动时将种子夹在毛刷轮里把种子刮走导致种子发生挤夹情况，在毛刷轮一侧安装一个类似木梳齿形状的挡板，两齿间的距离与一小排毛刷宽度相等，为3.2mm，为减少挡板与毛刷轮磨损，齿宽应略小于3.15mm的两小排毛刷间距，取值为3mm，如图2.18所示。图2.15 毛刷轮样品 图2.16 毛刷轮 图2.17 带轴和轴套的毛刷轮 图2.18 带刮种片的毛刷轮 图2.19 毛刷轮系统简图2.2.5各零件位置配合的设计在固定部分内部，考虑到安装毛刷轮、播种轮、挡板、挡块、种子的存放和容量等问题，需要优化安装布局以达到种子的容量大、毛刷轮和播种轮位置配合合理、使播种机的播种效率最高、质量好等目的。毛刷轮的作用是将播种轮孔槽中的多余种子刮走，所以毛刷轮与播种轮应该紧挨在一起，既两轮间距离应为两轮半径之和35+35=70mm；而且两轮圆心与整机圆心的距离应该小于固定部分半径-两轮半径=150-35=125mm，由于防止种子提前下落的挡板也要占用一定位置空间，所以两轮圆心与整机圆心的距离取值为110mm。为了使种子在最短时间内落下，应使种子的的落点与地面的距离最小，所以将排种轮的位置设置于整机圆心的正下方最为合理；防止种子提前落下的弧形挡板位置应放在毛刷轮和排种轮切线的下方，紧挨毛刷轮一侧的圆弧半径应与毛刷轮半径相同，为35mm，紧挨播种轮一侧的圆弧半径也应为35mm，为防止干涉，挡板外侧也应设计成圆弧形，半径为与固定部分外壳半径相等，为150mm，为防止摩擦，两轮与防落种挡板应留出1mm间隙；毛刷轮上的挡块的放置方式应为嵌入式，并且挡块与毛刷轮的角度应为90°，考虑到控制播种轮播单双籽的挡板由于要承受种箱内种子的重量、方便安装和取下，固定方式设计成插片式，挡板遮蔽部分设计成T型圆弧以增加强度，加强筋宽2mm，高3mm，所以挡板圆弧的半径为35+3=38mm，拨片位置为排种轮正下方偏右，与防落种挡板的距离应大于种子的最大尺寸，取值为13mm，挡片嵌入到排种轮的刮种槽里。以上设计如图2.20所示。图2.20 零件位置2.2.6固定部分外壳的继续设计由于固定部分外壳的内部一些部分的设计要根据毛刷轮和排种轮的设计进行部分补充和更改，所以增加了固定部分外壳的继续设计这一节。播种轮与毛刷轮的宽度为40mm，而固定部分外壳内部的宽度为81.2-2×2=77.2mm，所以应该在毛刷轮位置的两侧（外壳内部对应位置）加装半径与之相同的护套，护套宽度应为（76-40）÷2=18mm，厚度为2mm，在外壳上无链轮一侧的护套中心处，开一个内径为8mm，外径为15mm的轴孔，在外壳上有链轮一侧护套的中心处，开一个直径与毛刷轮轴套外径相同，为8mm的圆孔，为了加强强度，外加四条垂直交叉的加强筋，排种轮无链轮一侧加装的护套宽度与毛刷轮的相同，为18mm，厚度2mm，由于热胀冷缩等原因，中心处设计为一个内空心的轴座，内径为20mm，外径为24mm，圆柱形空心轴的内径为15mm，外径为20mm，轴的一端插入轴座里，另一端插入排种轮轴承中，如图2.21所示。当种子余量很少时，为了使散落在隔板上的种子仍能顺利滑下进入排种轮，左右两侧种箱的隔板应与地面成30°角左右，并且毛刷轮一侧的隔板需与毛刷轮外切线相平行并且稍大于毛刷轮半径2mm左右，由于隔板需要承受种子重量，所以隔板厚度设计为3mm，如图2.22所示。毛刷轮上的挡片通过螺钉固定在种箱隔板上，排种轮控制单双籽的挡片通过插槽固定在种箱另一侧隔板上，挡片插槽宽度为3mm。图2.21 内壁图2.22 内部结构外壳的外部方面，为了加注种子，在一侧通过圆心与排种轮成一条直线的圆心上方距离圆心110mm位置处开一个半径为20mm的圆形孔，并加装一个同尺寸的盖子，防止种子撒出；在另一侧，安装控制鸭嘴开合的半径为10mm的挡块，为了延长鸭嘴的张开时间，防止鸭嘴在 过短时间内闭合夹住种子的情况发生，需要安装两个挡块，两挡块的圆心与轴心的距离为195-75=120mm，经过仿真演示，第一个与鸭嘴弹簧杆接触的挡块与经过轴心的垂线成15°角时最为合适，如图2.23所示。图2.23 鸭嘴位置为方便拆卸、更换排种轮，在有链轮一侧，排种轮的护套设计为可拆卸式，安装时，放入开口处，然后拧动即可锁紧护套，护套外径为35m，厚度为2mm，内径为20mm，如图2.24所示。开口处的半径为36.5mm，挡圈部分半径为35mm。 图2.24 护套 图2.25 护套卡口由于固定部分与轴相对不转动，所以与轴连接部分设计成凸槽形，为了安装方便、节约制造成本和时间等，将轴套与固定部分设计成一体，两端轴套宽10mm，轴孔圆弧部分半径为10mm，凸槽部分高2mm，宽4mm，如图2.26所示。图2.26 外壳2.2.7排种盘的设计排种轮的槽孔为七排，排种盘的星轮也应有七个角，接种漏斗上的挡块每拨动一个角转过的角度就应该为360÷7=51.43°，设播种盘能碰到接种漏斗上挡块的最远距离为r，r为所求排种盘圆心到接种漏斗挡块圆心的距离，轴心到接种漏斗上挡块的距离为R，R根据余弦定理和勾股定理可知：r2=R2+1102-2×110×R×cosC，cosC=（110+h）÷R，cos（51.4÷2）=h÷r，解此三元方程组得到r68.1mm，由于接种漏斗上的挡块的半径为6mm，所以排种盘星轮最长处的半径为r-6=68.1-6=62.1mm，同时排种盘的长度不能超出排种盘和毛刷轮的轴距70mm，62.170，所以两轮不会发生干涉，为使播种盘减慢和挡块的磨损，故将排种盘星尖处做成圆弧形，半径为2mm，同时为了避免排种盘两个尖角发生干涉，将相邻两个尖角的相邻两条边的夹角定为90°，一个角的两条边的夹角定为38°，排种盘厚度定为7mm，在排种盘背面中心处，为与排种轮轴形相对应的外径为25mm，内径为20mm，宽为7mm，内部带键的套环，并在圆心处开一个直径为3mm的通孔，排种盘和排种轮通过自攻钉连接。具体形状如图2.27和图2.28所示。 图2.27 排种盘正面 图2.28 排种盘背面2.3中心轴承的选择考虑到使用标准件有很多优点，如损坏后容易更换、成本低，所以根据机械设计手册轴承篇表6-2-52，选择内径为20mm、外径为35mm、宽度为7mm的深沟球轴承。2.4轴的设计和校核由于本播种机对应力集中的敏感性小，价格低廉，是轴类零件最常用的材料，所以中心轴材料选择碳素钢，轴与轴孔和轴承的配合应为间隙配合，设推杆与轴连接处的宽度为30mm。轴的总长度应=内部固定部分宽度+轴承宽度×2+挡圈厚度×2+链轮厚度+两侧固定推杆部分宽度=100+7×2+2×2+2+30×2=180。因为轴承内径为20mm，所以轴肩直径为20mm，轴肩宽7mm，如图2.29所示。图2.29 中心轴由于本中心轴只受压不转动，所以只承受弯矩不承受转矩，所以只校核弯曲刚度即可。根据机械设计手册表155,45#钢的最大许用应力值为3040MPa，A为107118，极限强度为b=600MPa，许用弯曲应力-1b=55MPa, （2.1）式中当量弯曲应力，MPa， 当量弯矩，N·mm。M=N·mm （2.2）其中，M合成弯矩，为水平面上的弯矩，为垂直面上的弯矩。 W危险截面抗弯截面模量，mmW0.1，(d为该轴段的直径，mm)根据式（2.2）（2.2），经过计算得出，e=5MPa，远远小于55MPa的许用弯曲应力，所以此中心轴的强度合适。2.5地轮与轴连接方式的设计为节约成本、使产品简单化等原因，在轴承上安装一个材质为45钢，外径为37mm，的圆环，无链轮一侧的圆环宽度为25mm，有链轮一侧的圆环宽度为30mm，为了提供动力，大链轮也要安装在圆环上，链轮内径为40mm，轮条材质为45钢材质，每根长度为170.3mm，大链轮和轮条与圆环通过焊接方式连接，如图2.30所示。图2.30 轮条和圆环2.6链轮和链条的选用由于本播种机工作强度不高，根据机械设计手册表7-62链的分类中用途一栏，选择单排链短节距传动用精密滚子链，链条节距p为9.525，滚子直径d1为6.35。由于轴承外径为35mm，考虑到毛刷轮在一定限度内转速越快越能在最短时间内将多余种子刮走，以免夹碎种子，确定大小链轮齿数比应2:1。根据机械设计手册中链轮轴孔的最大需用直径表7-76和滚子链传动的设计计算表7.79，小链轮齿数应9，大链轮齿数应120，选择内直径为40、节距为9.525、齿数为23的单排大链轮和内直径为11、齿数为11的同节距小链轮。根据机械设计手册表7-75，大链轮分度圆直径d=p÷sin（180÷z）=9.525÷sin（180÷23）69.95mm，齿顶圆直径da1=d+1.25p-d173.5mm；小链轮分度圆直径d33.81mm，齿顶圆直径da139.4mm；73.5÷2+39.4=76.15150mm的内部固定部分半径，73.5÷2+39.4÷2=56.45110mm的大小链轮中心距，同时小链轮方面110+39.4=149.4150 mm的内部固定部分半径，所以两链轮和行走地轮三者之间任何两者都不会发生干涉现象。链条节数Lp=（Z1+Z2）÷2+2a0p+k÷a0p=34÷2+2×11.548+0.316=40.412，根据手册说明应圆整为偶数，所以链条节数取值为42节，如图2.31所示。图2.31 链轮2.7推杆和连接部分的设计按照平均身高为1755mm计算（中国成年男性平均身高为1750mm，2010年国民体质监测公报中透露的权威数字），从肘部到地面的竖直距离为1190mm，因此确定播种机的整体高度为1190mm，根据力学计算，当推杆与地面夹角为45°时，最为省力，因此推杆到轴的长度根据勾股定理计算得出为1414mm；根据人两臂宽度，手持杆的长度为520mm，两推杆间的距离从手持杆端至轴端不断减小，推杆半径为10mm，如图2.33所示。连接部分：与推杆连接处为内径为20mm的圆柱，长度为100mm，为增加强度，横向和纵向分别设置两道加强筋，在距离推杆插口50mm处钻通一个直径为3mm的圆孔，用于安装固定螺钉，如图2.34所示。组装时，利用推杆的弹性向两边撑开，然后将连接部分套在中心轴上即可。图2.32 推杆图2.33 连接杆2.8本章小结在本章中，同时结合人机工程学、经济学、数学、理论力学、材料力学、机械设计、机械制造、模具制造等多门学科，从材料的选取、尺寸的设计、零件的布局等进行了全方位的设计与规划，着重对零件的尺寸、位置、安装方式等进行了分析、计算，对重要零件还做了校核