金銀花采摘機設計含sw三維及9張CAD圖.zip,金銀花,采摘,設計,sw,三維,CAD 指導教師 論文題目 金銀花采摘機設計 學院 學生 學號 目的 通過本課題 讓學生在畢業(yè)設計過程中綜合大學所學基礎課程及專業(yè)課程 培養(yǎng)學生綜合應用所學知識和技能去分析和解決一般工程技術問題的能力 進一步培養(yǎng)學生分析問題 創(chuàng)造性地解決實際問題的能力 意義 隨著計算機和自動化控制技術的迅速發(fā)展 農(nóng)業(yè)機械化 自動化 智能化趨勢越發(fā)明顯 自動化技術已滲透到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當中 特別像經(jīng)濟作物植業(yè)這種對機械化要求比較高的生產(chǎn)中尤為明顯 機械化 智能化生產(chǎn)工具的應用將成為21世紀現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要標志 金銀花采摘單純靠手工產(chǎn)量提不上來 如果靠設備保障可以大大提高采摘效率 課題研究目的及意義 論文的結(jié)構和主要內(nèi)容 第一部分 緒論第二部分 方案的設計第三部分 整機的結(jié)構設計第四部分 關鍵部件的設計校核第五部分 三維建模第六部分 總結(jié) 方案的設計 方案說明 手持金銀花采摘的工作原理比較簡單 由汽油機和引風機的組合產(chǎn)出負壓 同時汽油機上裝有小的發(fā)電機供采摘裝置供電 金銀花采集裝置采用雙輥結(jié)構 雙輥上裝有采集齒針 通過兩個直流小電機帶動雙輥相對運動 將金銀花的采摘上來 通過負壓管輸送到金銀花收集箱內(nèi) 二沖程發(fā)動機原理 發(fā)動機氣缸體上有三個孔 即進氣孔 排氣孔和換氣孔 這三個孔分別在一定時刻由活塞關閉 其工作循環(huán)包含兩個行程 1 第一行程 活塞自下止點向上移動 三個氣孔同時被關閉后 進入氣缸的混合氣被壓縮 在進氣孔露出時 可燃混合氣流入曲軸箱 2 第二沖程 活塞壓縮到上止點附近時 火花塞點燃可燃混合氣 燃氣膨脹推動活塞下移作功 這時進氣孔關閉 密閉在曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣被壓縮 當活塞接近下止點時排氣孔開啟 廢氣沖出 隨后換氣孔開啟 受預壓的可燃混合氣沖人氣缸 驅(qū)除廢氣 進行換氣過程 引風機的設計 引風機是手持金銀花采摘的總要組成部分 它不但要起產(chǎn)生負壓的作用 還要對吸入的花花通過手花口進行收集 本次引風機的結(jié)構圖如圖 手持金銀花采集器的設計 采花器是金銀花采摘機的關鍵部件 動力汽油機發(fā)電產(chǎn)生 采花輥在使用過程中一直轉(zhuǎn)動 完成采花工作設計要從兩個方面考慮 第一是使得金銀花能夠順利從金銀花樹上摘下 第二是從人機工程方面考慮 要能夠用的順手 本次采花器的設計圖如圖 金銀花采摘機雖然工作靈巧 方便 但是汽油機和風機的重量還是不輕 所以本次設計設計了一個手拉車如圖 手拉小車的設計 SOLIDWORKS三維建模 SolidWorks是強大的三維建模軟件 它可以自動保存工作 自動恢復功能可以自動保存零件 裝配體或工程圖文件的信息 在系統(tǒng)死機時不會丟失數(shù)據(jù) 如果設定此選項 則選擇 工具 選項 菜單命令 在 系統(tǒng)選項 選項卡上 單擊 備份 選項 選擇 每 n 次更改后 自動恢復信息 復選框 然后設定信息自動保存前應發(fā)生的變更次數(shù) 具有很強的文件交換功能 可以輸入 輸出數(shù)十種文件格式 可以與AutoCAD pro ENGINEER SolidEdge CAM等軟件很方便地進行文件交換 金銀花采摘機三維模型 技術展望 我國的金銀花采摘機產(chǎn)業(yè)還不是發(fā)達的 很多地方都要有很大的改進 基于此 我認為以后可以從以下幾個方面進行改進 1 如果從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度來說 瓶頸可能是采花器部分 2 從研究上講就是金銀花采摘機如何提高智能識別系統(tǒng)等 在技術方面則是如何與國際接軌 謝謝大家 金銀花采摘機的設計 摘要 金銀花屬多年生半常綠纏繞及匍匐莖的灌木。小枝細長，中空，藤為褐色至赤褐色。卵形葉子對生，枝葉均密生柔毛和腺毛。夏季開花，苞片葉狀，唇形花有淡香，外面有柔毛和腺毛，雄蕊和花柱均伸出花冠，花成對生于葉腋，花色初為白色，漸變?yōu)辄S色，黃白相映，球形漿果，熟時黑色。銀花廣泛的藥用價值和保健用途，給商家?guī)砹藷o限的商機。國家商業(yè)部南京野生植物研究所利用現(xiàn)代科學技術，研究開發(fā)的金銀花茶，產(chǎn)品俏銷香港、新加坡和美國。用金銀花提取的醫(yī)用原料“綠原酸”每公斤售價高達1000元以上，在國內(nèi)外市場仍是供不應求的搶手貨。金銀花也可以不經(jīng)加工，烘曬成干品后直接出口創(chuàng)匯，中國每年出口金銀花創(chuàng)匯達數(shù)千萬美元。 本文設計的金銀花采摘機包括金銀花負壓單元，金銀花收集箱，手持金銀花采摘單元等組成。本次設計的重點是動力單元和手持金銀花采摘單元的設計。動力單元采用二沖程汽油機提供動力，負壓單元采用引風機結(jié)構。本文利用SOLIDWORKS軟件對整個手持金銀花采摘進行三維建模，并導出二維工程圖。 關鍵詞：金銀花采摘機，動力單元，二沖程汽油機，三維建模  Abstract abstract Honeysuckle is perennial semi evergreen twined and stolon shrubs. Branchlets slender, hollow, and cane to brown. Ovoid leaves opposite, branches and leaves densely pubescent and glandular hairs. Summer flowers, bracts leaf shaped, lip shaped flowers with light fragrance, outside with pubescence and glandular hair, stamens and style protruding corolla, flower pairs born in the leaf axil, first white, gradually yellow, yellow and white, spherical berries, ripe black. Yinhua widely used in medicine and health care has brought unlimited business opportunities to businesses. The Nanjing Wild Plant Research Institute of the State Ministry of Commerce has used modern science and technology to develop gold and silver scented tea, which sells well to Hongkong, Singapore and the United States. The raw material of chlorogenic acid extracted from honeysuckle is sold at more than 1000 yuan per kilogram, and is still in short supply at home and abroad. Honeysuckle can also be processed directly, dried into dried products and exported directly. China exports tens of millions of dollars annually to honeysuckle. The honeysuckle picking machine designed in this paper includes honeysuckle negative pressure unit, honeysuckle collection box, hand-held picking unit and so on. The emphasis of this design is on the design of power unit and hand picking unit. The power unit adopts two stroke gasoline engine to provide power, and the negative pressure unit adopts the structure of induced draft fan. In this paper, the SOLIDWORKS software is used for 3D modeling of the whole hand picking, and two-dimensional engineering drawings are derived. Key words: Honeysuckle picking machine, power unit, two stroke gasoline engine, 3D modeling 目錄 摘要 i Abstract ii 第一章 引言 1 1.1 課題研究的目的及意義 1 1.2采摘機研究現(xiàn)狀 1 1.2.1國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 1 1.2.2國外的研究現(xiàn)狀 2 1.4 課題的研究內(nèi)容 3 第二章 金銀花采摘機的總體設計方案 4 2.1金銀花采摘機的組成及各部分關系概述 4 2.2 金銀花采摘機驅(qū)動方案的確認 4 2.3 總體方案擬定 4 第三章 金銀花采摘機整體結(jié)構的設計 6 3.1 汽油機的設計 6 3.2 離合器的設計 6 3.2.1 離合器的選擇 6 3.2.2 離合器基本參數(shù)和主要尺寸選擇 7 3.2.3離合器主動盤的設計 10 3.2.4 離合器壓盤的設計 10 3.2.5 離合器彈簧的設計 10 3.3 引風機的設計 11 3.4 手持金銀花采摘器的設計 12 3.5 采摘輥軸的設計及強度校核計算 13 3.5.1 軸校核安全系數(shù) 13 3.5.2軸的靜強度安全系數(shù)校核 14 3.6 金銀花采摘機手拉車的設計 15 3.5 本章小結(jié) 16 第四章 汽油機活塞組件的設計校核 17 4.1 活塞的設計 17 4.1.1 活塞的工作條件和設計要求 17 4.1.2 活塞的材料 18 4.1.3 活塞頭部的設計 18 4.1.4 活塞裙部的設計 23 4.2 活塞銷的設計 25 4.2.1 活塞銷的結(jié)構、材料 25 4.2.2 活塞銷強度和剛度計算 25 4.3 活塞銷座 26 4.3.1 活塞銷座結(jié)構設計 26 4.3.2 驗算比壓力 27 4.4 活塞環(huán)設計及計算 27 4.4.1 活塞環(huán)形狀及主要尺寸設計 27 4.4.2 活塞環(huán)強度校核 27 4.5 本章小結(jié) 28 第五章 金銀花采摘機三維造型的設計 29 5.1 Solidworks軟件簡介 29 5.2 零件建模 31 5.2.1采集器箱體三維建模的形成 31 5.2.2 汽油機支架的三維建模形成 31 5.2.3其他零件的三維模型造型 32 5.3零件裝配 32 5.4三維向二維的轉(zhuǎn)換 33 第六章 結(jié)論 36 6.1 本論文所取得的結(jié)果 36 1、完成了金銀花采摘機了本體結(jié)構方案設計。 36 2、根據(jù)金銀花采摘機的設計要求完成了金銀花采摘機整體方案的設計 36 6.2 技術展望 36 參考文獻 37 致謝 38 IV 第一章 引言 1.1 課題研究的目的及意義 金銀花屬多年生半常綠纏繞及匍匐莖的灌木。小枝細長，中空，藤為褐色至赤褐色。卵形葉子對生，枝葉均密生柔毛和腺毛。夏季開花，苞片葉狀，唇形花有淡香，外面有柔毛和腺毛，雄蕊和花柱均伸出花冠，花成對生于葉腋，花色初為白色，漸變?yōu)辄S色，黃白相映，球形漿果，熟時黑色。銀花廣泛的藥用價值和保健用途，給商家?guī)砹藷o限的商機。國家商業(yè)部南京野生植物研究所利用現(xiàn)代科學技術，研究開發(fā)的金銀花茶，產(chǎn)品俏銷香港、新加坡和美國。用金銀花提取的醫(yī)用原料“綠原酸”每公斤售價高達1000元以上，在國內(nèi)外市場仍是供不應求的搶手貨。金銀花也可以不經(jīng)加工，烘曬成干品后直接出口創(chuàng)匯，中國每年出口金銀花創(chuàng)匯達數(shù)千萬美元。 隨著計算機和自動化控制技術的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械化、自動化、智能化趨勢越發(fā)明顯。機器人技術已滲透到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當中，特別像水果種植業(yè)這種對機械化要求比較高的生產(chǎn)中尤為明顯，機械化、智能化生產(chǎn)工具的應用將成為21世紀現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要標志。 通過本課題，讓學生在畢業(yè)設計過程中綜合大學所學基礎課程及專業(yè)課程，培養(yǎng)學生綜合應用所學知識和技能去分析和解決一般工程技術問題的能力；進一步培養(yǎng)學生分析問題、創(chuàng)造性地解決實際問題的能力。 1.2采摘機研究現(xiàn)狀 1.2.1國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 我國從20 世紀70 年代開始研究采摘機械，先后研制出與手扶拖拉機配套的機械振動式山楂采果機、氣囊式采果器和手持電動采果器。后兩者實際上還是人工作業(yè)用的輔助機械，雖然在保護果實不受損傷方面做得較好，但其效率太低。80 年代后，開始研究和制造切割型采摘器，采摘也從人工使用剪刀采摘發(fā)展到使用機械裝置采摘，例如一種人工剪枝采摘器，它夾口上方有切刀，下方有夾鉗可以將果柄先鉗住后剪斷。電機式采摘器利用果柄引導突片將果柄引向切刀，再用微型電機帶動的切刀作往復運動把果柄切斷。還有一種振搖式采摘器，用撥叉伸入果枝用電機擺動撥叉而振落果實。此后有了更多的輔助工具如液壓剪枝升降平臺，用來提高工作位置，利于采摘作業(yè)。我國還曾經(jīng)研制出吹氣式采摘機，由于其風機功率要求大，氣流易損傷果枝果實，雖然分選效果較好，但采摘效果不佳，很快就被市場淘汰。 90年代開始，市場的因素帶動了果樹種植的熱潮，眾多中小種植戶的需求帶動了簡易采摘器的市場。其后氣動剪枝機、輔助升降平臺等機具相繼進入了市場。1992 年浙江金華農(nóng)機所研究了由拖拉機操作的用于采摘水果的升降機，上升高度可達7m。2007年機械研究院研制了我國第一臺多功能作業(yè)機，即LG-1 型多功能作業(yè)機。這是一種集采摘、修剪、噴藥、運輸、動力發(fā)電等功能的自走式作業(yè)機。其工作原理是汽油汽油機將一部分動力分配給主機的變速箱，由變速箱驅(qū)動兩條橡膠履帶行走，另一部分動力帶動雙缸風冷式空壓機，為氣動剪枝機和升降機提供動力。采用橡膠履帶行走部件是針對里土壤松軟和比較潮濕的環(huán)境。空壓機連接的升降平臺提升高度1.5m。該作業(yè)機的研制成功標志著我國單一的采摘機械進入到了多功能作業(yè)機械時代。 我國南方大部分處于丘陵山區(qū)地帶，受限于地形，合適的采摘機械很少，機械化作業(yè)基本處于空白，而且存在費工以及作業(yè)危險性方面的問題。我國臺灣省為了在坡地上實施機械化省工經(jīng)營，改良發(fā)展了適合坡地作業(yè)特性的農(nóng)機具,研制成功了一種自走式牽引振動采果機。該機以坡地搬運車為機體，在振動機的下方裝一個可作360°旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)盤，采果時轉(zhuǎn)動圓盤，使牽引推桿對準采收樹枝干，牽引推桿上裝有自動調(diào)整推桿角度的四連桿，可以使推桿處在最有效的作業(yè)角度，當拉緊套住樹枝干與推桿頭間的繩索時，果實受拉力即可掉落。 1.2.2國外的研究現(xiàn)狀 以美國、法國、英國為首的西方國家從上世紀40年代初就開始對果園采摘機械進行研究，40年代中期美國開始研究振動搖擺式機械，用來采摘胡桃和杏等水果，到50 年代中期，利用振搖果樹方式收獲水果的采摘機械在歐美國家得到了普遍應用，并且出現(xiàn)了以拖拉機驅(qū)動的振搖采摘機。至60年代，振搖采摘機械的結(jié)構由單一的定沖程推搖機發(fā)展到慣性式振搖機、氣力振搖機、使用動力驅(qū)動橡膠棒沖撞果枝振落果實的撞擊式等多種類型的果園采摘機械。由于當時的機械采摘工作效率普遍較低，損傷率較高，不適用于采收易損傷、要求完好率高的鮮食水果和貯藏用水果。60年代中期，美國研究出配合采摘工具使用的液壓升降平臺車，使采摘效率有了大幅度提高。從60年代后期開始，歐美一些國家將水果采摘機械與果樹的培育、修剪結(jié)合起來研究，比如修整樹形使其適合機械化作業(yè)。70 年代出現(xiàn)了各種動力切割式采摘機械，例如油鋸、氣動剪。比較著名的氣動剪廠商有瑞士的FELCO 公司，意大利的CAMPAGNOLA 公司，日本的ARS 公司等。 日本的山地和丘陵面積占其國土總面積的 71%，果園種植地形類似于我國南方地形，許多在平地上使用的果園機械在丘陵地形上并不適用。因此日本在20 世紀90 年代初開始研究陡坡地果園的機械化。四國農(nóng)業(yè)試驗場研制的采用樞軸式擺動懸掛機構作為行走部分的自走式采摘車，使用電視攝像機和無線電控制組合。該采摘車的輪距寬，重心低，故爬坡能力強；采用就地車輪正反轉(zhuǎn)機構，故回轉(zhuǎn)能力好；采用樞軸懸掛機構，因而使機體擺動小、行走穩(wěn)定，適合在坡度15～30°的地區(qū)使用。 1.4 課題的研究內(nèi)容 1） 參考所有與金銀花采摘機產(chǎn)品相關數(shù)據(jù)，了解整個金銀花采摘機的整機系統(tǒng)的組成。 2）金銀花采摘機整機方案的確認。 3）金銀花采摘機整機的設計計算，并對主要零部件進行設計校核。 4）金銀花采摘機整機三維建模。 第二章 金銀花采摘機的總體設計方案 2.1金銀花采摘機的組成及各部分關系概述 金銀花采摘機主要由機械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng))組成。 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是金銀花采摘機完成工作的部件。 驅(qū)動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅(qū)動其動力的裝置。常用的有內(nèi)燃機傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。 2.2 金銀花采摘機驅(qū)動方案的確認 目前機械設備的主要驅(qū)動形式有四大類：液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動、電機驅(qū)動、內(nèi)燃機驅(qū)動。 液壓驅(qū)動具有輸出功率大、控制精度高、可無級調(diào)速，反應靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制等優(yōu)點。但是液壓傳動有較多的能量損失(泄漏損失、壓力損失等)，傳動效率相對低。液壓傳動需要配套設備如：液壓站、各種液壓控制閥等，它適用于重載、低速驅(qū)動，成本高，體積大。然而本文設計的式手持式金銀花采摘機，所以液壓驅(qū)動并不適合。 氣動驅(qū)動功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構緊湊，密封問題較小，成本低。但是氣源對于手持金銀花采摘是個問題，所以氣壓驅(qū)動不合適。 電機驅(qū)動與氣動驅(qū)動和液壓驅(qū)動相比，具有能精確定位，反應靈敏，可實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服性好等優(yōu)點；單對于本金銀花采摘機來說，電源以及持久性無法達到要求。 內(nèi)燃機機驅(qū)動形式的金銀花采摘機采用主要由汽油機、離合器、傳動裝置，操縱裝置等組成。在傳動軸的一端配置 0.75～ 2 千瓦的單缸二沖程風冷汽油機和離心式摩擦離合器；另一端安裝由引風機組成的氣吸部件。機具重約 6～10千克,轉(zhuǎn)速約3000～4000 轉(zhuǎn)/分。 2.3 總體方案擬定　 因為本金銀花采摘機的要求是便攜手持式，所以本次設計的金銀花采摘機采用如圖2-1所示的結(jié)構形式： 圖2-1 手持金銀花采摘原理圖 手持金銀花采摘的工作原理比較簡便，由汽油機和引風機的組合產(chǎn)出負壓；同時汽油機上裝有小的發(fā)電機供采摘裝置供電；金銀花采集裝置采用雙輥結(jié)構，雙輥上裝有采集齒針，通過兩個直流小電機帶動雙輥相對運動，將金銀花的采集上來，通過負壓管輸送到金銀花收集箱內(nèi)。 第三章 金銀花采摘機整體結(jié)構的設計 3.1 汽油機的設計 汽油機一般選用風冷二沖程，汽油機轉(zhuǎn)速為7500r/min，排量為23.6cc，功率0.8KW（1.1PS），油箱0.47L，因此選擇小松HTZ7510/CHTZ6010風冷二沖程汽油機。汽油機的工作原理如下：汽油機氣缸體上有三個孔，即進氣孔、排氣孔和換氣孔，這三個孔分別在一定時刻由活塞關閉。其工作循環(huán)包含兩個行程：1.第一行程：活塞自下止點向上移動，三個氣孔同時被關閉后，進入氣缸的混合氣被壓縮；在進氣孔露出時，可燃混合氣流入曲軸箱。2.第二沖程：活塞壓縮到上止點附近時，火花塞點燃可燃混合氣，燃氣膨脹推動活塞下移作功。這時進氣孔關閉，密閉在曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣被壓縮；當活塞接近下止點時排氣孔開啟，廢氣沖出；隨后換氣孔開啟，受預壓的可燃混合氣沖人氣缸，驅(qū)除廢氣，進行換氣過程。如圖3-1所示，是汽油機的結(jié)構圖： 圖3-1 汽油機結(jié)構簡圖 3.2 離合器的設計 3.2.1 離合器的選擇 按離合器安裝位置的不同，分為前置式離合器和后置式離合器。直接安裝在曲軸上的稱為前置式離合器，安裝在變速器主軸上的稱為后置式離合器。前置式離合器直接與汽油機曲軸連接，由于沒有經(jīng)過變速增扭，所傳遞的轉(zhuǎn)矩小，所以摩擦片的尺寸、片數(shù)及壓緊力都可以相對小一些，但其轉(zhuǎn)速高，磨損嚴重一些。因此一般用于中小型汽油機上。后置式離合器由于汽油機的動力經(jīng)過一次減速后再傳給離合器，一次所傳遞的轉(zhuǎn)矩相對要大一些，但其轉(zhuǎn)速又相對低一些，因此要求離合器的尺寸相對大一些。 離合器按摩擦副的性質(zhì)有干式和濕式離合器，大多數(shù)汽油機采用的是摩擦片和離合器壓盤都浸在油內(nèi)工作的濕式離合器；按摩擦片的數(shù)目還可分為單片和多片離合器。一般大型汽油機采用單片或多片干式離合器。這種離合器的優(yōu)點是從動部分質(zhì)量輕，缺點是摩擦片徑大，散熱功能差，摩擦片必須具有較好的質(zhì)量。另外，汽油機與變速器之間必須密封。中小型汽油機多采用濕式多片離合器，用3-8片摩擦片浸在機油中使用。濕式多片離合器的有點是工作可靠，分離和接合時圓滑無沖擊，噪聲低，但這種離合器在工作時攪拌機油，消耗動力。 濕式多片離合器具有徑向尺寸小、耐熱、耐磨性能好等優(yōu)點，有利于離合器處于半接合狀態(tài)（打滑）下工作。這種離合器在掛擋制動時，作用于后輪的制動力可能一下子達到地面最大附著力，使后輪抱死。若在傳遞系統(tǒng)中受到的轉(zhuǎn)矩超過一定值時離合器主、從動片相對打滑，可以降低傳動系統(tǒng)所承受的轉(zhuǎn)矩。這種離合器的缺點是軸向尺寸較大。 摩擦離合器所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩的數(shù)值取決于摩擦面之間的壓力和摩擦系數(shù)，以及摩擦面的數(shù)目和尺寸。若欲增大離合器所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，可選用摩擦系數(shù)較大的摩擦片材料，或適當增大壓力，或增大摩擦面。 所以本設計的離合器為后置式并且采用多片摩擦離合器。 3.2.2 離合器基本參數(shù)和主要尺寸選擇 (1)摩擦片數(shù)目Z：Z選取3~8，本設計選5。 (2)離合器后備系數(shù)的選擇： 后備系數(shù)是離合器一個重要設計參數(shù)，它反映了離合器傳遞汽油機最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇時，應保證離合器能可靠地傳遞汽油機的最大轉(zhuǎn)矩、要防止離合器滑磨過大、要能防止傳動系統(tǒng)過載。由得=4.124>1。 (3)摩擦片上總的工作壓緊力 由 (3.1) 其中-摩擦片摩擦系數(shù)=0.25 R-平均摩擦半徑=45.9mm Z-摩擦片數(shù)目=5 所以=33.8N (4)摩擦片摩擦面單位面積上的壓力(Mpa) 單位壓力對離合器工作性能和使用壽命有很大影響，選取時應考慮離合器的工作條件，汽油機后備功率大小，摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。 =1.38Mpa A- 摩擦片面積 (3.2) (5)摩擦片尺寸: 在選取同樣的外徑D時,選用較小的內(nèi)徑d雖可增大摩擦面積,提高傳遞轉(zhuǎn)矩的能力,但會使摩擦面上的壓力分布不均勻,使內(nèi)外圓周的相對滑磨速度差別太大而造成摩擦面磨損不均勻,且不利于散熱和扭轉(zhuǎn)減振器的安裝。 由設計資料式，其中為汽油機最大扭矩（N*m），A為經(jīng)驗系數(shù)。 ①經(jīng)驗系數(shù)A： 經(jīng)驗系數(shù)A一般汽油機排量在70~125ml時A取6~9，此處取A= 9。 所以=0.1038m100mm。 內(nèi)徑 其中為比值,一般推薦取0.75~0.85 取=0.8。 內(nèi)徑d=0.8*D=83mm。 我國內(nèi)規(guī)定的摩擦片的厚度主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三種選取h=3.5mm。 ②摩擦片的材料選取: 由于石花摩擦材料的熱衰退性大、并且又是強致癌物質(zhì)，20世紀70年代中期至80年代中期，制動器結(jié)構開始向非石花摩擦材料過渡?；诂F(xiàn)代社會對環(huán)保與安全的要求越來越高，世界工業(yè)發(fā)達國家迅速開展了非石花摩擦材料的研究開發(fā)，相繼推出了非石花的半金屬型摩擦材料、燒結(jié)金屬型摩擦材料、代用纖維增強或聚合物粘接摩擦材料、復合纖維摩擦材料、陶瓷纖維摩擦材料等，它們的共同特點是： 1)均沒有石花成分，全是采用代用纖維或聚合物作為增強材料。 2)增加了金屬成分，以提高其使用濕度及壽命。 3)加入了多種添加劑或填料，以改善摩擦平穩(wěn)性和抗粘著性、降低制動噪聲和震顫現(xiàn)象。 為保證制動系統(tǒng)及摩擦傳動系統(tǒng)的可靠性，對非石花摩擦材料的綜合性能提出了更高的要求：具有足夠高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，其靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)之差要小，且摩擦系數(shù)基本上不隨外界條件而變化，具有良好的導熱性、較大的熱容量和一定的高溫力學強度，具有良好的耐磨性和抗粘性，且不易擦傷零件表面，振動要小，原材料來源充足，制造工藝比較簡單、造價較低。 a. 離合器摩擦片摩擦系數(shù)為， 通常取0.25~0.26 此處取0.25。 (6)離合器中間片的設計: 中間片的厚度為1.5~2.0mm,采用中碳鋼鋼板沖壓而成,其環(huán)行摩擦表面的撓度不得大于0.05~0.10mm,摩擦表面上每隔1.5~2.0mm的距離沖制有深度為0.2~0.3mm,邊長0.50~0.75mm的正方形凹坑,或深度為0.2~0.3mm菱形溝槽,以增加摩擦,提高其可靠性。 (7)離合器傳遞扭矩的能力的確定： 離合器傳遞扭矩的能力取決于其摩擦力矩的大小，按離合器的布置形式，離合器的靜摩擦力矩應符合下述國際規(guī)定： 后置式離合器=1.3~2.0，此處取=2.0=2.0*9.7=19.4(N*m) (3.3) (8)摩擦片平均摩擦半徑R： 由 (3.4) 其中，D-摩擦片外徑(mm)。 d-摩擦片內(nèi)徑(mm)。 所以，R=45.9mm。 (9)離合器壽命計算： 由 (3.5) 其中，-達到壽命時允許的磨損。 e-單位面積上依次理合所消耗的功。 -摩擦片的磨損率。 3.2.3離合器主動盤的設計 殼體的尺寸依據(jù)摩擦片或中間片確定，并縱向深度保證摩擦片、中間片和壓盤。輪轂安裝期間，內(nèi)徑比中間片略大。殼體上，沿軸向有與摩擦片齒牙數(shù)相等的開口槽，一般為八個，本設計做十二個槽，摩擦片凸起的齒牙能放進開口槽中，二者共同旋轉(zhuǎn)，但要求摩擦片可沿開口槽做軸向滑動。殼體的材料一般用鋁合金壓鑄而成。 3.2.4 離合器壓盤的設計 (1)壓盤傳動方式的選擇：壓盤傳動方式有兩種，一種是壓盤作為主動件，另一種是壓盤作為從動件。此設計選擇壓盤作為從動件。 (2)壓盤的幾何尺寸的確定：壓盤的幾何尺寸由摩擦片的尺寸確定，其厚度的確定要求能令壓盤有足夠的質(zhì)量，并且具有較大的剛度即可。也可以按資料中的校核公式校核其厚度是否滿足要求。 壓盤材料一般用鑄鐵材料。 3.2.5 離合器彈簧的設計 (1)離合器彈簧數(shù)i: 一般i取4~8，此處取i=6。 (2)彈簧的工作壓緊力P: (3.6) (3)彈簧的工作應力 (3.7) 其中，-工作應力； -彈簧圈中徑； d-彈簧鋼絲直徑； -旋繞比，。 (3.8) -考慮彈簧的剪力與彈簧圈曲率影響校正系數(shù)，選取2mm，所以=10mm，=5，=1.29。(2.9) 所以23.13（）。 (3.10) (4)彈簧的材料：一般采用65Mn鋼絲或碳素鋼絲制造。 (5)彈簧的工作情況：彈簧選取拉伸彈簧。離合器的操縱機構采用手動頂桿式機構，所以采用拉伸彈簧。 (6)彈簧的工作圈數(shù)與中圈數(shù)： 工作圈數(shù) ， (3.11) 其中S-剪切彈性模量碳鋼S=。 K-彈簧剛度：一般為20~45，此處取K=40。 所以 ，取4.5圈。 (3.12) 彈簧的總?cè)?shù)一般比工作圈數(shù)多1.5~2圈，所以=+1.5=6圈。 (7)彈簧在離合器的分離過程中的變形量： 變形量等于壓盤的行程，通常=1.5~4.0mm，此處取=4.0mm。 3.3 引風機的設計 引風機是手持金銀花采摘的總要組成部分，它不但要起產(chǎn)生負壓的作用，還要對吸入的花花通過手花口進行收集。本次引風機的結(jié)構圖如圖3-2所示，引風機葉輪圖如圖3-3所示： 圖3-2 引風機 圖3-3 引風機葉輪 引風機是由引風機外殼和引風機葉輪組成，引風機葉輪由汽油機提供動力進行轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生氣吸力，引風機外殼由入花口和出口，入花口連接收集箱，出花口連接外部。 3.4 手持金銀花采摘器的設計 采花器是金銀花采摘機的關鍵部件，設計要從兩個方面考慮：第一是使得金銀花能夠順利從金銀花樹上摘下；第二是從人機工程方面考慮，要能夠用的順手，本次采花器的設計圖如圖3-4所示。 圖3-4 手持采摘期 如圖3-4所示，采摘器由三個部分組成，分別為采摘箱體、采集雙輥和動力小電機組成。小電機提供動力讓雙輥作相對運動，通過雙輥的運動將金銀花采集上來，然后通過連接收集箱的負壓管將采集上來的金銀花送到收集箱內(nèi)。 3.5 采摘輥軸的設計及強度校核計算 主軸：軸是組成機械的重要部件之一。它用來安裝各種傳動零件，使之繞其軸線傳動，傳遞轉(zhuǎn)矩或回轉(zhuǎn)運動，通過軸承與機架或機座聯(lián)結(jié)。軸與其上的零件組成一個組合體——軸系部件，在軸的設計時，不能只考慮軸本身，必須和軸系零部件的整個結(jié)構密切聯(lián)系起來。 應用于軸的材料種類很多，主要根據(jù)軸的使用條件，對軸的強度、剛度和其它機械性能等的要求，采用的熱處理方式，同時考慮制造加工工藝，并力求經(jīng)濟合理，通過設計計算來選擇主軸的材料。 軸的設計應滿足下列幾方面的要求：在結(jié)構上要受力合理，盡量避免或減少應力集中，足夠的強度（靜強度和疲勞強度），必要的剛度，特殊情況下的耐腐蝕性和耐高溫性，高速軸的振動穩(wěn)定性及良好的加工工藝性，并應使零件的軸上定位可靠、裝備適當和裝拆方便等。 3.5.1 軸校核安全系數(shù) 圖3-5 受力分析 彎矩圖，在上面，＝46743.2Nm 易知在頂端處為最危險截面，校核此處的安全系數(shù) 旋轉(zhuǎn)軸的校核公式 ， []=1.3~1.5 （3.12） 式中 ——為材料的彎曲疲勞極限 MPa 根據(jù)調(diào)質(zhì) 40 d=105mm 可以知道： =335N/mm， =685N/mm M——軸危險截面上的彎矩 N.mm T——軸危險截面的轉(zhuǎn)矩 N.mm W——軸危險截面上的抗彎截面模數(shù) W——軸危險截面上的抗扭截面模數(shù) W= W= ——彎曲和剪切疲勞極限的綜合影響系數(shù)，由=685N/mm， 在表中標準化為700，由配合H7/m6 選=3.39 =2.44 則==2.133>[s]＝1.5 滿足要求。 3.5.2軸的靜強度安全系數(shù)校核 該校核的目的在于校核軸對塑性變形的抵抗能力，軸的強度是根據(jù)軸所受的最大 瞬時載荷（包括動載荷和沖擊載荷）來計算的 =[] （3.13） 式中： ——軸危險截面上的最大彎矩和扭矩 ——作用于軸上的最大軸向載荷 W ——軸危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)。 A——軸危險截面的面積 ——屈服極限為 =490 []=1.7~2.2 且/=190/685=0.72屬于低塑材料 ==5.354[]＝2.2 也滿足要求。 3.6 金銀花采摘機手拉車的設計 金銀花采摘雖然工作靈巧、方便，但是汽油機和風機的重量還是不輕，所以本次設計設計了一個手拉車如圖3-5所示： 圖3-5 手拉車的設計 本次設計的手拉車如圖3-5所示，主要是由車輪、車架、安裝板組成。安裝板是用來固定汽油機和引風機。 3.5 本章小結(jié) 本章主要介紹引風機、汽油機、離合器、采花器、手拉車等的設計。 38 第四章 汽油機活塞組件的設計校核 4.1 活塞的設計 活塞組包括活塞、活塞銷和活塞環(huán)等在氣缸里作往復運動的零件，它們是汽油機中工作條件最嚴酷的組件。汽油機的工作可靠性與使用耐久性，在很大程度上與活塞組的工作情況有關。 4.1.1 活塞的工作條件和設計要求 1、活塞的機械負荷 在汽油機工作中,活塞承受的機械載荷包括周期變化的氣體壓力、往復慣性力以及由此產(chǎn)生的側(cè)向作用力。在機械載荷的作用下，活塞各部位承受了各種不同的應力：活塞頂部承受動態(tài)彎曲應力；活塞銷座承受拉壓及彎曲應力；環(huán)岸承受彎曲及剪應力。此外，在環(huán)槽及裙部還有較大的磨損。 為適應機械負荷，設計活塞時要求各處有合適的壁厚和合理的形狀，即在保證足夠的強度、剛度前提下，結(jié)構要盡量簡單、輕巧，截面變化處的過渡要圓滑，以減少應力集中。 2、活塞的熱負荷 活塞在氣缸內(nèi)工作時，活塞頂面承受瞬變高溫燃氣的作用，燃氣的最高溫度可達。因而活塞頂?shù)臏囟纫埠芨?。活塞不僅溫度高，而且溫度分布不均勻，各點間有很大的溫度梯度，這就成為熱應力的根源，正是這些熱應力對活塞頂部表面發(fā)生的開裂起了重要作用[9]。 3、磨損強烈 汽油機在工作中所產(chǎn)生的側(cè)向作用力是較大的，同時，活塞在氣缸中的高速往復運動，活塞組與氣缸表面之間會產(chǎn)生強烈磨損，由于此處潤滑條件較差，磨損情況比較嚴重。 4、活塞組的設計要求 （1）要選用熱強度好、耐磨、比重小、熱膨脹系數(shù)小、導熱性好、具有良好減磨性、工藝性的材料； （2）有合理的形狀和壁厚。使散熱良好，強度、剛度符合要求，盡量減輕重量，避免應力集中； （3）保證燃燒室氣密性好，竄氣、竄油要少又不增加活塞組的摩擦損失； （4）在不同工況下都能保持活塞與缸套的最佳配合； （5）減少活塞從燃氣吸收的熱量，而已吸收的熱量則能順利地散走； （6）在較低的機油耗條件下，保證滑動面上有足夠的潤滑油。 4.1.2 活塞的材料 根據(jù)上述對活塞設計的要求，活塞材料應滿足如下要求： （1）熱強度高。即在高溫下仍有足夠的機械性能，使零件不致?lián)p壞； （2）導熱性好，吸熱性差。以降低頂部及環(huán)區(qū)的溫度，并減少熱應力； （3）膨脹系數(shù)小。使活塞與氣缸間能保持較小間隙； （4）比重小。以降低活塞組的往復慣性力，從而降低了曲軸連桿組的機械負荷和平衡配重； （5）有良好的減磨性能（即與缸套材料間的摩擦系數(shù)較小），耐磨、耐蝕； （6）工藝性好，低廉。 在汽油機中，灰鑄鐵由于耐磨性、耐蝕性好、膨脹系數(shù)小、熱強度高、成本低、工藝性好等原因，曾廣泛地被作為活塞材料。但近幾十年來，由于汽油機轉(zhuǎn)速日益提高，工作過程不斷強化，灰鑄鐵活塞因此比重大和導熱性差兩個根本缺點而逐漸被鋁基輕合金活塞所淘汰。 鋁合金的優(yōu)缺點與灰鑄鐵正相反，鋁合金比重小，約占有灰鑄鐵的1/3，結(jié)構重量僅占鑄鐵活塞的。因此其慣性小，這對高速汽油機具有重大意義。鋁合金另一突出優(yōu)點是導熱性好，其熱傳導系數(shù)約為鑄鐵的倍，使活塞溫度顯著下降。對汽油機來說，采用鋁活塞還為提高壓縮比、改善汽油機性能創(chuàng)造了重要的條件。 共晶鋁硅合金是目前國內(nèi)外應用最廣泛的活塞材料，既可鑄造，也可鍛造。含硅9%左右的亞共晶鋁硅合金，熱膨脹系數(shù)稍大一些，但由于鑄造性能好，適應大量生產(chǎn)工藝的要求，應用也很廣。 綜合分析，該汽油機活塞采用鋁硅合金材料鑄造而成。 4.1.3 活塞頭部的設計 1、設計要點 活塞頭部包括活塞頂和環(huán)帶部分，其主要功用是承受氣壓力，并通過銷座把它傳給連桿，同時與活塞環(huán)一起配合氣缸密封工質(zhì)。因此，活塞頭部的設計要點是： （1）保證它具有足夠的機械強度與剛度，以免開裂和產(chǎn)生過大變形，因為環(huán)槽的變形過大勢必影響活塞環(huán)的正常工作； （2）保證溫度不過高，溫差小，防止產(chǎn)生過大的熱變形和熱應力，為活塞環(huán)的正常工作創(chuàng)造良好條件，并避免頂部熱疲勞開裂； （3）尺寸盡可能緊湊，因為一般壓縮高度縮短1單位，整個汽油機高度就可以縮短單位，并顯著減輕活塞重量。而則直接受頭部尺寸的影響。 2、壓縮高度的確定 活塞壓縮高度的選取將直接影響汽油機的總高度，以及氣缸套、機體的尺寸和質(zhì)量。盡量降低活塞壓縮高度是現(xiàn)代汽油機活塞設計的一個重要原則，壓縮高度是由火力岸高度、環(huán)帶高度和上裙尺寸構成的，即 =++ 為了降低壓縮高度，應在保證強度的基礎上盡量壓縮環(huán)岸、環(huán)槽的高度及銷孔的直徑。 （1）第一環(huán)位置 根據(jù)活塞環(huán)的布置確定活塞壓縮高度時，首先須定出第一環(huán)的位置，即所謂火力岸高度。為縮小，當然希望盡可能小，但過小會使第一環(huán)溫度過高，導致活塞環(huán)彈性松弛、粘結(jié)等故障。因此火力岸高度的選取原則是：在滿足第一環(huán)槽熱載荷要求的前提下，盡量取得小些。一般汽油機，為活塞直徑，該汽油機的活塞標準直徑，確定火力岸高度為： （2）環(huán)帶高度 為減小活塞高度，活塞環(huán)槽軸向高度應盡可能小，這樣活塞環(huán)慣性力也小，會減輕對環(huán)槽側(cè)面沖擊，有助于提高環(huán)槽耐久性。但太小，使制環(huán)工藝困難。在小型高速內(nèi)燃機上，一般氣環(huán)高，油環(huán)高。 該汽油機采用三道活塞環(huán)，第一和第二環(huán)稱之為壓縮環(huán)（氣環(huán)），第三環(huán)稱之為油環(huán)。取，，。 環(huán)岸的高度，應保證它在氣壓力造成的負荷下不會破壞。當然，第二環(huán)岸負荷要比第一環(huán)岸小得多，溫度也低，只有在第一環(huán)岸已破壞的情況下，它才可能被破壞。因此，環(huán)岸高度一般第一環(huán)最大，其它較小。實際汽油機的統(tǒng)計表明，，，汽油機接近下限。 則 ， 。 因此，環(huán)帶高度。 （3）上裙尺寸 確定好活塞頭部環(huán)的布置以后，壓縮高度H1最后決定于活塞銷軸線到最低環(huán)槽（油環(huán)槽）的距離h3。為了保證油環(huán)工作良好，環(huán)在槽中的軸向間隙是很小的，環(huán)槽如有較大變形就會使油環(huán)卡住而失效。所以在一般設計中，選取活塞上裙尺寸一般應使銷座上方油環(huán)槽的位置處于銷座外徑上面，并且保證銷座的強度不致因開槽而削弱，同時也不致因銷座處材料分布不均引起變形，影響油環(huán)工作。 綜上所述，可以決定活塞的壓縮高度。對于汽油機，所以。 則 。 3、活塞頂和環(huán)帶斷面 （1）活塞頂 活塞頂?shù)男螤钪饕Q于燃燒室的選擇和設計。僅從活塞設計角度，為了減輕活塞組的熱負荷和應力集中，希望采用受熱面積最小、加工最簡單的活塞頂形狀，即平頂。大多數(shù)汽油機正是采用平頂活塞，由于EA113 5V 1.6L汽油機為高壓縮比，因而采用近似于平頂?shù)幕钊嶋H統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，活塞頂部最小厚度，汽油機為，即?；钊斀邮艿臒崃?，主要通過活塞環(huán)傳出。專門的實驗表明，對無強制冷卻的活塞來說，經(jīng)活塞環(huán)傳到氣缸壁的熱量占70～80%，經(jīng)活塞本身傳到氣缸壁的占10～20%，而傳給曲軸箱空氣和機油的僅占10%左右。所以活塞頂厚度應從中央到四周逐漸加大，而且過渡圓角應足夠大，使活塞頂吸收的熱量能順利地被導至第二、三環(huán)，以減輕第一環(huán)的熱負荷，并降低了最高溫度[9]。 活塞頭部要安裝活塞環(huán)，側(cè)壁必須加厚，一般取，取為6.16mm，活塞頂與側(cè)壁之間應該采用較大的過渡圓角，一般取，取0.074為5.993mm.為了減少積炭和受熱，活塞頂表面應光潔，在個別情況下甚至拋光。復雜形狀的活塞頂要特別注意避免尖角，所有尖角均應仔細修圓，以免在高溫下熔化。 （2）環(huán)帶斷面 為了保證高熱負荷活塞的環(huán)帶有足夠的壁厚使導熱良好，不讓熱量過多地集中在最高一環(huán)，其平均值為。正確設計環(huán)槽斷面和選擇環(huán)與環(huán)槽的配合間隙，對于環(huán)和環(huán)槽工作的可靠性與耐久性十分重要。槽底圓角一般為0.2~0.5mm?；钊h(huán)岸銳邊必須有適當?shù)牡菇?，否則當岸部與缸壁壓緊出現(xiàn)毛刺時，就可能把活塞環(huán)卡住，成為嚴重漏氣和過熱的原因，但倒角過大又使活塞環(huán)漏氣增加。一般該倒角為。 （3）環(huán)岸和環(huán)槽 環(huán)岸和環(huán)槽的設計應保持活塞、活塞環(huán)正常工作，降低機油消耗量，防止活塞環(huán)粘著卡死和異常磨損，氣環(huán)槽下平面應與活塞軸線垂直，以保證環(huán)工作時下邊與缸桶接觸，減小向上竄機油的可能性?；钊h(huán)側(cè)隙在不產(chǎn)生上述損傷的情況下愈小愈好，目前，第一環(huán)與環(huán)槽側(cè)隙一般為0.05~0.1mm，二、三環(huán)適當小些，為0.03~0.07mm，油環(huán)則更小些，這有利于活塞環(huán)工作穩(wěn)定和降低機油消耗量，側(cè)隙確定油環(huán)槽中必須設有回油孔，并均勻地布置在主次推力面?zhèn)?，回油孔對降低機油消耗量有重要意義，三道活塞環(huán)的開口間隙及側(cè)隙如表4.1所示: 表4-1 活塞環(huán)的開口間隙及側(cè)隙 活塞環(huán) 開口間隙/ 側(cè)隙/ 第一道環(huán) 第二道環(huán) 第三道環(huán) 活塞環(huán)的背隙比較大，以免環(huán)與槽底圓角干涉。一般氣環(huán)=0.5毫米，油環(huán)的則更大些，如圖4-1所示。 （4）環(huán)岸的強度校核 在膨脹沖程開始時，在爆發(fā)壓力作用下，第一道活塞環(huán)緊壓在第一環(huán)岸上。由于節(jié)流作用，第一環(huán)岸上面的壓力比下面壓力大得多，不平衡力會在岸根產(chǎn)生很大的彎曲和剪切應力，當應力值超過鋁合金在其工作溫度下的強度極限或疲勞極限時，岸根有可能斷裂，專門的試驗表明，當活塞頂上作用著最高爆發(fā)壓力時，，，如圖4-2所示。 已知=4.5，則，， 圖4-1 環(huán)與環(huán)槽的配合間隙及環(huán)槽結(jié)構 圖4-2第一環(huán)岸的受力情況[10] Figure3-1 The ring and the ring groove and ring groove clearance Figure3-2 First Force of the Central Coast 環(huán)岸是一個厚、內(nèi)外圓直徑為、的圓環(huán)形板，沿內(nèi)圓柱面固定，要精確計算固定面的應力比較復雜，可以將其簡化為一個簡單的懸臂梁進行大致的計算。在通常的尺寸比例下，可假定槽底（岸根）直徑，環(huán)槽深為： 于是作用在岸根的彎矩為 （4-1） 而環(huán)岸根斷面的抗彎斷面系數(shù)近似等于 所以環(huán)岸根部危險斷面上的彎曲應力 （4-2） 同理得剪切應力為： （4-3） 接合成應力公式為： （4-4） 考慮到鋁合金在高溫下的強度下降以及環(huán)岸根部的應力集中，鋁合金的許用應力，，校核合格。 4.1.4 活塞裙部的設計 活塞裙部是指活塞頭部最低一個環(huán)槽以下的那部分活塞。活塞沿氣缸往復運動時，依靠裙部起導向作用，并承受由于連桿擺動所產(chǎn)生的側(cè)壓力。所以裙部的設計要求，是保證活塞得到良好的導向，具有足夠的實際承壓面積，能形成足夠厚的潤滑油膜，既不因間隙過大發(fā)生敲缸，引起噪音和加速損傷，也不因間隙過小而導致活塞拉傷。 分析活塞在汽油機中工作時裙部的變形情況。首先，活塞受到側(cè)向力的作用。承受側(cè)向力作用的裙部表面，一般只是在兩個銷孔之間的弧形表面。這樣，裙部就有被壓偏的傾向，使它在活塞銷座方向上的尺寸增大；其次，由于加在活塞頂上的爆發(fā)壓力和慣性力的聯(lián)合作用，使活塞頂在活塞銷座的跨度內(nèi)發(fā)生彎曲變形，使整個活塞在銷座方向上的尺寸變大；再次，由于溫度升高引起熱膨脹，其中銷座部分因壁厚較其它部分要厚，所以熱膨脹比較嚴重。三種情況共同作用的結(jié)果都使活塞在工作時沿銷座方向漲大，使裙部截面的形狀變成為“橢圓”形，使得在橢圓形長軸方向上的兩個端面與氣缸間的間隙消失，以致造成拉毛現(xiàn)象。在這些因素中，機械變形影響一般來說并不嚴重，主要還是受熱膨脹產(chǎn)生變形的影響比較大[11]。 因此，為了避免拉毛現(xiàn)象，在活塞裙部與氣缸之間必須預先流出較大的間隙。當然間隙也不能留得過大，否則又會產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象。解決這個問題的比較合理的方法應該是盡量減少從活塞頭部流向裙部的熱量，使裙部的膨脹減低至最??；活塞裙部形狀應與活塞的溫度分布、裙部壁厚的大小等相適應[12]。 本文采用式裙部，這樣不僅可以減小活塞質(zhì)量，而且裙部具有較大的彈性，可使裙部與氣缸套裝配間隙減小很多，也不會卡死。 把活塞裙部的橫斷面設計成與裙部變形相適應的形狀。在設計時把裙部橫斷截面制成長軸是在垂直與活塞銷中心線方向上，短軸平行于銷軸方向的橢圓形。常用的橢圓形狀是按下列公式設計的： （4-5） 式中、分別為橢圓的長短軸，如圖4-3所示。 缸徑小于的裙部開槽的活塞，橢圓度（）的大小，一般為。 圖4-3 活塞銷裙部的橢圓形狀[9] 1、裙部的尺寸 活塞裙部是側(cè)壓力的主要承擔者。為保證活塞裙表面能保持住必要厚度的潤滑油膜，其表面比壓不應超過一定的數(shù)值。因此，在決定活塞裙部長度時應保持足夠的承壓面積，以減少比壓和磨損。 在確定裙部長度時，首先根據(jù)裙部比壓最大的允許值，決定需要的最小長度，然后按照結(jié)構上的要求加以適當修改。 裙部單位面積壓力（裙部比壓）按下式計算： （4-6） 式中：—最大側(cè)作用力，由動力計算求得，=2410.83 —活塞直徑，； —裙部高度，。 取。 則 一般汽油機活塞裙部比壓值約為，所以設計合適。 2、銷孔的位置 活塞銷與活塞裙軸線不相交，而是向承受膨脹側(cè)壓力的一面（稱為主推力面，相對的一面稱為次推力面）偏移了，這是因為，如果活塞銷中心布置，即銷軸線與活塞軸線相交，則在活塞越過上止點，側(cè)壓力作用方向改變時，活塞從次推力面貼緊氣缸壁的一面突然整個地橫掃過來變到主推力面貼緊氣缸壁的另一面，與氣缸發(fā)生“拍擊”，產(chǎn)生噪音，有損活塞耐久性。如果把活塞銷偏心布置，則能使瞬時的過渡變成分布的過渡，并使過渡時刻先于達到最高燃燒壓力的時刻，因此改善了汽油機的工作平順性[13]。 4.2 活塞銷的設計 4.2.1 活塞銷的結(jié)構、材料 1、活塞銷的結(jié)構和尺寸 活塞銷的結(jié)構為一圓柱體，中空形式，可減少往復慣性質(zhì)量，有效利用材料?；钊N與活塞銷座和連桿小頭襯套孔的連接配合，采用“全浮式”。活塞銷的外直徑，取，活塞銷的內(nèi)直徑，取活塞銷長度，取 2、活塞銷的材料 活塞銷材料為低碳合金鋼，表面滲碳處理，硬度高、耐磨、內(nèi)部沖擊韌性好。表面加工精度及粗糙度要求極高，高溫下熱穩(wěn)定性好。 4.2.2 活塞銷強度和剛度計算 由運動學知，活塞銷表面受到氣體壓力和往復慣性力的共同作用，總的作用力，活塞銷長度，連桿小頭高度，活塞銷跨度。 1、最大彎曲應力計算 活塞銷中央截面的彎矩為 （4-7） 空心銷的抗彎斷面系數(shù)為， 其中 所以彎曲應力為 即 （4-8） 2、最大剪切應力計算 最大剪切應力出現(xiàn)在銷座和連桿小頭之間的截面上。橫斷截面的最大剪切應力發(fā)生在中性層上[14]，其值按下式計算： （4-9） 已知許用彎曲應力；許用剪切應力，那么校核合格。 4.3 活塞銷座 4.3.1 活塞銷座結(jié)構設計 活塞銷座用以支承活塞，并由此傳遞功率。銷座應當有足夠的強度和適當?shù)膭偠?，使銷座能夠適應活塞銷的變形，避免銷座產(chǎn)生應力集中而導致疲勞斷裂；同時要有足夠的承壓表面和較高的耐磨性。 活塞銷座的內(nèi)徑，活塞銷座外徑一般等于內(nèi)徑的倍，取， 活塞銷的彎曲跨度越小，銷的彎曲變形就越小，銷—銷座系統(tǒng)的工作越可靠，所以，一般設計成連桿小頭與活塞銷座開擋之間的間隙為，但當制造精度有保證時，兩邊共就足夠了，取間隙為。 4.3.2 驗算比壓力 銷座比壓力為： （4-10） 一般。 4.4 活塞環(huán)設計及計算 4.4.1 活塞環(huán)形狀及主要尺寸設計 該汽油機采用三道活塞環(huán)，第一和第二環(huán)為氣環(huán)，第三環(huán)為油環(huán)。 第一道活塞環(huán)為桶形扭曲環(huán)，材料為球墨鑄鐵，表面鍍鉻。桶形環(huán)與缸筒為圓弧接觸，對活塞擺動適應性好，并容易形成楔形潤滑油膜。 第二道活塞環(huán)為鼻形環(huán)，材料為鑄鐵，鼻形環(huán)可防止泵油現(xiàn)象，活塞向上運動時潤滑效果好。 第三道是油環(huán)，是鋼帶組成環(huán)，重量輕，比壓高，刮油能力強。 活塞環(huán)的主要尺寸為環(huán)的高度、環(huán)的徑向厚度。氣環(huán)，油環(huán)，取，，?；钊h(huán)的徑向厚度，一般推薦值為：當缸徑為時，，取。 4.4.2 活塞環(huán)強度校核 活塞環(huán)在工作時，因剪應力和軸向力影響較小，所以只計算彎矩?；钊h(huán)的平均半徑與徑向厚度之比一般都大于5，所以可按直桿彎曲正應力公式計算[9]。 1、工作狀態(tài)下的彎曲應力 活塞斷面的最大彎矩為： （4-11） 由此可得最大彎曲應力為： （4-12） 對于斷面均壓環(huán)其開口間隙與活塞環(huán)平均接觸壓力之間有如下關系： （4-13） 將式31帶入式30并整理得： （4-14） 式中：—材料的彈性模量，對合金鑄鐵； —活塞環(huán)的開口間隙，，取為； —氣缸直徑，； —活塞環(huán)徑向厚度， 則 活塞環(huán)工作時的許用彎曲應力為，則校核合格。 2、套裝應力 活塞環(huán)往活塞上套裝時，要把切口扳得比自由狀態(tài)的間隙還大，對于均壓環(huán)，此時的正對切口處的最大套裝彎曲應力為： （4-15） 式中：—與套裝方法有關的系數(shù)，根據(jù)套裝方法的不同，其值為，一般取， 則 因環(huán)的套裝是在常溫下進行的，承受的應力時間甚短，所以套裝應力的許用值大于工作應力的許用值，所以校核合格。 4.5 本章小結(jié) 在活塞的設計過程中，分別確定了活塞、活塞銷、活塞銷座和活塞環(huán)的主要的結(jié)構參數(shù)，分析了其工作條件，總結(jié)了設計要求，選擇合適的材料，并分別進行了相關的強度和剛度校核，使其符合實際要求。 第五章 金銀花采摘機三維造型的設計 5.1 Solidworks軟件簡介 首先我要對Solidworks進行介紹一下，它是一種先進的，智能化的參變量式CAD設計軟件，在業(yè)界被稱為“3D機械設計方案的領先者”，易學易用，界面友好，功能強大，在機械制圖和結(jié)構設計領域，掌握和使用Solidworks已經(jīng)成為最基本的技能之一。 與傳統(tǒng)的2D機械制圖相比，參變量式CAD設計軟件具有許多優(yōu)越性，是當代機械制圖設計軟件的主流和發(fā)展方向。傳統(tǒng)的CAD設計通常是按照一定的比例關系，從正視，側(cè)視，俯視等角度，根據(jù)投影，透視效果逐步繪出所需要的各個