环保型剪草机设计【割草机含SOLIDWORKS】（含CAD图纸和说明书）
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1 环保型剪草机设计说明书 目 录 目录 1 中文摘要 3 3 第 1章 绪论 3 第 2章 环保型剪草机的概述 . 2 保型剪草机的组成 . 2 保型剪草机的主要机构及其功能 . 错误 !未定义书签。 第 3章 环保型剪草机方案 7 7 7 第 4章 传动系统的设计 7 动的设计 8 定 和 及精度等级 11 11 1确定中心距 11 2 确定模数 11 3确定齿数 11 4计算主要的几何尺寸 12 12 13 15 15 15 定齿轮副的检验项目与公差值 15 定齿坯的精度 16 17 17 第 5章 滚刀 的设计 18 设计 18 19 19 21 21 碎 速度 23 的结构 24 第 6章 生产能力分 析 25 切割能力 25 保型剪草机 的 生产能力 25 2 25 第 7章 环保剪草机的三维建模 . 计总结 26 鸣谢 26 参考文献 26 3 摘要 本文论述了 草坪 机械 环保型剪草机设计说明书 的工作原理、主要技术参数、传动系统、典型零件的结构设计及生产能力分析。 课题设计的环保型剪草机 ， 不仅可以用来 剪切公园草坪里的 ，还可以用来 剪切球场，荒地等地方的草，该设备采用无动力 驱动，结构设计合理，能满足 指定场所的剪草需求。 。 关键词： 环保型剪草机设计说明书 ， 剪草，无动力驱动。 he of of be be by of 绪 论 中国草坪的发展最初是从秦汉开始的，据史记记载，司马相如写的上林赋一文中 “ 布结缕，攒泪荷 ” 就是种植结缕草的意思。据记载，我国古代大面积使用（建植）草地，是清朝在河北承德 “ 避暑山庄 ” 热河泉以北的 “ 万树园 ” 。欧美等国家的草坪历史晚于中国， 但发展较快。二战后，美国经济发展迅速，草坪用途进一步扩大，栽培面积急剧上升，揭开了草坪发展业的新篇章，许多大学和科研单位开展草坪的研究和育种工作，发展突飞猛进。国内外草坪发展趋势及存在问题 目前的草坪品种对管理要求非常严格，美国、英国等国家正在培育耐修剪、低矮和抗病性强的品种，至今我们国家还没有自己生产的较优良的冷暖季型草坪种子。由于混播能发挥草种各自的优势，抵抗各种不利因素，增强抗逆性，因此不同草坪品种混播建植仍是草坪建植的发展趋势。近年来，草坪混播的情况越来越多，也出现了很多问题，多数情况下不能达到所 期望的目的。如习惯上采用早熟禾、紫羊茅和多年生黑麦草混播，在强光照地区以早熟禾为主，遮阴区以紫羊茅为主。多年生黑麦草可迅速覆盖地面，起保护作用。但最后结果，常常是以黑麦草为主的草坪，有时草坪中几乎看不到早熟禾的存在。 根据其工作原理和形式可分为滚刀式、悬刀式和扫雷式三种类型。我国生产剪草机起步较晚 ,生产企业规模普遍较小 ,产品用途较为单一 ,均没有5 形成规模批量 ,所以长期以来 ,草坪剪草机均以进口为主。据统计 ,到 1999 年底我国有各种园林机械保有量达 10 万台 ,1999 年的剪草机销售量在 3 万台左右 ,其中 80 %为进口。 冷季型草夏季病虫害发生严重，越冬困难，养护管理压力大，而马尼拉、结缕草、狗牙根等暖季型草坪具有绿色期短、冬季枯黄等缺点。上海市园林科学研究所提出，采取在暖季型草坪矮生百慕达中追播冷季型草坪一年生黑麦草，充分利用矮生百慕达夏季生长良好和一年生黑麦草冬季生长良好的特点，达到四季长绿的目的。但冷季型草坪一般难与暖季型草坪混播。夏季暖季型草生长良好，并要求施用足够氮肥，此时冷季型草则处于不适期，一般不可施用过量氮肥。即冷暖季型草坪草从生理上要求有很大差异。多数情况下，会出现斑块分离现象。因此，目前许多 国家已经开始研究以结缕草为主的暖季型草坪，试图从中培育出绿期长的品种。 我国草坪业发展的对策 第一，加强科研投入，制定发展计划。目前，我们应用的冷暖季型草种大部分靠进口，这需要大量的资金，因此我们要投入大量资金，有计划地在某些农业院校和科研机构进行草坪新品种的培育和开发，生产出自己的优良草坪品种。 第二，在发展不同草种混播的同时，推广同类草坪草不同品种之间的混播建植草坪形式。对于单一种植，人们所关心的是它的环境适应性。在同一草坪上，不同位置光照、湿度、温度、施肥、土壤通气性和耐践踏性等变化很大，任何一 种草坪草在某一地方超过了适应范围，草坪的质量就会不可避免的下降。由于草种的遗传特性是异质的，因而疾病对单一草坪质量有严重的影响。为了解决这一问题，最好用草坪种内不同品种之间的混播。单一草种不同品种混播时应注意：选择品种之间在发病率、潜6 在发生病害和对环境的适应性上要有较大差异的品种；不同品种比例适当；至少要选择一个适用于当地条件的品种，至少要有三种以上的品种参与混合。 第三，加强草坪管理，定期修剪，提高肥水管理质量，提高病虫草害综合治理水平，使用腐熟有机肥，创造一个有利于草坪草生长而不利于草坪重要有害生物生 长发育的环境。草坪修剪高度 3 5厘米，可以提高草坪的生长势及其品质，以及抗虫性、抗病性、抗热性。草坪中的重要杂草，一般较草坪植株高，每次修剪，均可剪除其生长点部分，致使杂草不能正常生长和抽穗结实，杂草的生长力和繁殖率均可明显下降。修剪是草坪区别于其它一些植物的特殊要求，草坪业的迅猛发展，意味着草坪剪草机械的大量需求 。 我国绿化环境使剪草机行业的迅速发展势在必行 ,为此必须防止为争夺这一市场一哄而起、在低水平低质量上重复建厂生产的不良局面 ,建议有志于开发这类产品的企业联合起来开发产销对路的产品。在创名牌 ,上规模 ,上品种 ,上档次等方面进行有益的竞争 ,抓住这个商机 ,充分利用原有的厂房设备 ,适当地进行技术改造进行一定规模的生产。根据市场调查发现，剪草机必须符合当今人类对环境保护方面的需求 ,目前市面上的剪草机大多都是动力引擎这会产生较大的噪音，带来环境污染，在办公和学习的地方，这种动力引擎的剪草机非常不受欢迎。由于动力引擎剪草机有动力装置，保养维护费用较高 ;同时动力引擎剪草机主要依靠刀片的高速旋转把草割断，通过旋转气流把草排出，因此，对整机的安全性要求较高，操作时也会给工作人员带来强烈的震动，使得操作很不舒服。虽然动力引擎 剪草机剪草效率较高，剪草效果较好，但是价格也较昂贵，对于一般的用户难以接受。所以研究一种无引擎驱动且造价较低的剪草机势在必行！ 第 二章环保型剪草机概述 7 保型剪草机 的组成 环保型剪草机 主要由两两相互啮合的齿轮传动机构、切割机构 等组成，如图 21所示。 图 2 1 环保型剪草机设计说明书 结构 保型剪草机的主要机构及其功能 构 包括 大齿轮 1、小齿轮 2 和传动轴 1。其作用通过后面大轮的转动传递动力给前面的滚刀，并使剪草机在人力的作用下能够向前行驶。 包括 滚刀 5,传动轴 3，其作用是整个设备的核心部件，剪草的功能就是靠滚刀来实现的， 滚刀部分设计成上下可调型，通过丝杆来调节滚刀和高低。 第 3章 环保型剪草机方案 保剪草机方案布局图 8 图 3 1 环保型剪草机方案一 带轮 9 10 综观以上两个方案，我们发现两个方案有着彼此的共同点，都是通过人力推动橡胶轮子转动，从而使两两互相啮合的齿轮转动，进而使滚刀转动，但两个方案也有着彼此的不同，从而剪草精度与平稳性方面考利，带传动没有齿轮传动的传动效率高，精度好，例外， V 带会严重影响经过修剪后的草的排除，而用齿轮传动，就可以很好地避免那些要求， 保证设备运转时的平稳性。所以，综上所述，我们选择方案二为最优方案。以下都是围绕着方案 二进行的设计。 第 4 章 传动系统的设计 11 由于滚刀只有一种工作转速，则从大齿轮至滚刀 的运动路线为定比传动，其总的传动比可 通过核算各级传动的速比来 得到。 滚刀 的转速 不易太高，因为人的行走能力有限，况且滚刀剪草也需要一定的时间。当速度达到一定值以后，效率反而下降，且速度过高，滚刀容易磨损，导致剪草的 质量 不高 ， 这样就容易发生漏剪现象，因此滚刀 的转速一般在 10较适宜。在本机选用 15r/ 定 和 及精度等级。 参考 8 3 24 和表 8 3 25 选择两齿轮材料为：大、小齿轮均为 45#钢 ，并经调质及表面淬火，齿面硬度为 45 50度等级为 6级。 按硬度下限值，由 8 3 8（ d）中的 质量指标查得M P 1 2 02 ；由 8 3 9（ d）中的 质量指标查得M 0021 ； M P 502 。 a（按 8 3 27 公式进行设计 ） 3 21 )1( 式中：配对材料修正系数 1（由 3 28查取） 螺旋角系数 476（由 3 29 查取） 载荷系数 K 考 3 27 推荐值） 小齿轮额定转矩 )(齿宽系数a 考 3 4推荐值） 齿数比 u=i=用接触应力 M P 0 0 81 1 2 l i m （参考 3 27推荐值） 则 , 0 76 32 取 a 80 确定模数 m (参考 8 3 4推荐表 ) m=()a=310, 取 m=5确定齿数 13 12 1( = 取 72 18=36 取 6 重新确定螺旋角 7530(r c c o (a r c c o s 21 a n 3 5 进行计算） 分度圆的直径 m z1/=5 72/=360mm m z2/=5*36/=180顶圆直径 2 70mm 2 90面压力角 s r c r c tg (查 3 4) 基圆直径 d1 350mm d2 348 165顶圆压力角 1at=2端面重合度 a=21 ） + z2() =宽 b=a0 32 取 50 50宽系数 d=1 3 纵向重合度 量齿数 311 zz v 322 zz v 校核齿面接触强度（按 8 3 10校核） 强度条件： H H 计算应力： 1H =B Z 11= 1H义切向力 12000d T=2044N 使用系数 1（由 3 31查取） 动载系数 B 式中 V= 0 060 0 060 11 A= B= C= 向载荷分布系数 KH= 3 32按硬齿面齿轮，装配时检修调整， 6级精度 KH 对称支称公式计算） 齿间载荷分配系数 3 33查取） 节点区域系数 3 11查取） 重合度的系数 Z（由 3 12查取） 螺旋角系数 Z（由 3 13查取） 弹性系数 （由 3 34查取） 14 单对齿齿合系数 1 1H = 2H 4 用应力： H = 式中：极限应力 =1120小安全系数 3 35 查取） 寿命系数 3 17查取） 润滑剂系数 3 19查取，按油粘度等于 350 速度系数 ,95.1 由 3 20查取） 粗糙度系数 3 21查取） 齿面工作硬化系数齿面硬度 45 3 22 查取） 尺寸系数 1（由 3 23查取） 则： H = 20 =826足 H H 3 30校核） 强度条件： 1F 1F 许用应力： 1F = 112212Y 式中：齿形系数1 2 8 3 15（ a）查取） 15 应力修正系数 3 16（ a）查取） 重合度系数 Y=旋角系数Y= 3 14查取） 齿向载荷分布系数中 N= 3 30计算） 齿间载荷分配系数 3 33查取） 则 1F =F = 1F =用应力： F = （按 值较小齿轮校核） 式中：极限应力 =350全系数 3 35 查取） 应力修正系数（按 3 30查取） 寿命系数 3 18查取） 齿根圆角敏感系数 3 25查取） 齿根表面状况系数（按 3 26查取） 尺寸系数 1（按 3 24查取） 则 F = M P 0 满足， 2F 1F F 验算结果安全 齿轮） 定齿厚偏差代号 确定齿厚偏差代号 为： 688（参考 3 54查取） 定齿轮的三个公差组的检验项目及公差值（参考 8 3 58 查取） 第公差组检验切向综合公差 11iF=F =按 3 69计算，由 3 60，表 8 3 59查取 )； 16 第公差组检验齿切向综合公差 11.6（） =按 3 69计算，由 3 59查取）； 第公差组检验齿向公差F= 8 3 61查取）。 定齿轮副的检验项目与公差值（参考 8 3 58 选择） 对齿轮，检验公法线长度的偏差齿厚偏差的代号 据表 8 3 53的计算式求得齿厚的上偏差1212 厚下偏差1616 法线的平均长度上偏差F 20 20 a =偏差+F =20 +20 =表 8 3 19 及其表注说明求得公法线长度跨齿数 K=10，则公法线长度偏差可表示为： 对齿轮传动，检验中心距极限偏差f，根据中心距 a=80表查得 8 3 65查得f= ；检验接触斑点，由表 8 3 64 查得接触斑点沿齿高不小于 40%，沿齿长不小于 70%；检验齿轮副的切向综合公差据 3 58的表注 3，由 3 69， 3 59及 3 60计算与查取）；检验齿切向综合公差根据 3 58 的表注 3，由 8 3 69， 8 3 59计算与查取）。 对箱体，检验轴线的平行度公差， 8 3 63查取）。 定齿坯的精度要求按 3 66和 8 3 67查取。 根据大齿轮的功率，确定大轮的孔径为 33尺寸和形状公差均为 6 级，轮的径向和端面跳动公差为 （如图 4 17 图 4齿轮简图 的设计 用实心轴 33 5 式中 :d轴的直径， 轴传递的转矩， 轴传递的额定功率， kw n轴的转速， r/ 轴材料的许用切应力， 系数，见【 1】表 4 1 8，这里取 120 根据上面公式计算，齿轮轴的最小直径 d 30齿轮轴的最小直径 d 30据结构，设计如图 18 图 4 5齿轮轴 第 5章 滚刀 设计 滚刀 的作用是切割 草料。它的内边为圆柱状，刀刃的安装方向应与滚动 旋向相同。滚刀 的规格有 2刃、 3 刃、 4刃、 6刃、 8刃。 滚刀 用 n 材料制造，淬火硬度为 60，刃口要锋利，与样板配合平面应平整、光滑。 19 刀 的设计 滚刀 的几何参数对所绞出 草 的颗粒度以及产品质量有着很大的影响，现对十字刀片的各主要几何参数进行设计。 十字刀片如图 (5 1)所示。其每一刃部的 搅碎 (指切割 草 的 )线速度 分布亦如该图所示。从图上可以看出其刃部任一点位置上只有法向速度v。 图 5 滚刀 片示意图及每一叶刀片上速度分布 其值为： 30000nv p （ ） 式中：刀片刃部任一点的线速度 m s； n刀片的旋转速度 刀片刃部任一点至旋转中心的距离 r刀刃起始点半径 m m ； R 刀刃终止点半径 再从任一叶刀片的横截面上来看 图 (5 A 截面 ，其刃部后角 较大，而前角 及刃倾角 都为零。 因此，该刀片的几何参数 (角度 )不尽合理。故再将以一叶刀片的与网眼扳相接触20 的一条刀刃为对象，分析刀片上各参数的作用及其影响，设计各参数。 刃的起讫位置 搅碎 时， 环保型剪草机设计说明书 的十字刀片作旋转运动。从式 I可以看出，在转速一定的条件下，刀刃离旋转中心点越远，则 搅碎 (指切割 草 的 )线速度越快。并且在螺杆进科速度也一定的条件下，假定 搅碎 时刀片所消耗的功全部转化为热能，则任一与网眼板相接触的刀刃，在单位时间内产生的热量为： 式中： Q单位时间内任一与网眼板相接触的刀刃切割 草 所产生的热量（ J s） F铰 草 时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力（ N）（参见第二部分刀刃的前角式 4) 任一刀刃切割 草 的线速度（ m s） 所以， 搅碎 (切割 草 )的线速度越快，则所产生的热量也越大，因此 搅碎 的线速度不能很高。 根据经验，我们知道一般 搅碎 时刀刃切割 草 的钱速度处在 30 一 90m 此由这些数据可估算出刀刃的起讫位置，即刃的起点半径 和终点半径 R。 根据式 1得： 3 我们已知十字刀片得转速 n 326r/ 时， ， r 30m/s 63 00 0 0/ 当 时， R ， 0 R 63 00 0 0/ 圆整后取 :r=15 R=45刀刃的前角 当十字刀片 搅碎 时，其任一与网限板相接触的刀刃上的受力情况如图 (5示。 21 图 5与网眼板相接触的刀刃的受力分析 根据图 5 其值为： s o ss o 因为刀刃与网眼板的摩擦力为： 前刀面的摩擦力为： c o s)1()( 2 4 式中： F铰 草 时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力（ N） F 刀片 搅碎 时 草 的剪切抗力（ N） 刀刃与网眼板的摩擦系数 草 被剪切时与前刀面的摩擦系数 刀片的前角（ 900 ） 眼板作用于刀刃上的压力（ N） 草 被切割时作用于前刀面的压力（ N） 由于 式中： 草 的抗剪应力，与 草 的质地有关 22 A 草 被剪切的面积，与网眼板的网眼直径有关 所以 的质地及网眼的直径有关，故选定网眼板之后，令1。 由于以看为刀片的预紧压力，是常量，故令2。 时， 草 对前刀面的压力与速度 令F 。 简化式 4得： c o s)1()( 221 5 从式 5和式 2可知，刀刃前角 的大小，直接影响着 搅碎 过程中的切割力，以及切割 草 时所产生的温度。 在刀片旋转速度以及螺杆进料速度都一定的情况下，前角大，切割 草 所需的力和切割 草 所产生的热都小；反之，则大。但前角很大时，则因刀具散热体积小而使切割草 时所产生的温度不能很快冷却。因此，在一定的条件下，前角有一合理的数值范围： 一般取： 4025 (草 质软取大值，反之取小值 ) 刀刃后角的目的：一是减小后刀面与网眼板 (包括三眼板 )表面的摩擦；二是在前角不变的情况下，增大后角能使刀刃锋利。 刀片磨损后将使刀刃变钝，使 草 在 搅碎 (切割 )过程中变形能增加，同时由于磨损后刀片的后角基本为零，加大了刀片与网眼扳的摩擦，两者都使 搅碎 过程中产生的热量增多。 另外，在同样的磨钝标准 V 角大的刀片由新用到钝所磨去的金属体积较大 如图 5。这说明增大后角可提高刀片的耐用度，但同时也带来的问题是刀片的 N 反映在刀体材料的磨损过大这一方面 )，并且刀刃极度也有所削弱，故后角也有一合理的数值范围： 一般取： 53 (草 质软取大值反之取小值 ) 图 5 后角与 刃的刃倾角 从分析由前刀面和后刀面所形成的刀刃来得知刀倾角 对刀片性能的影响情况。 23 在任一叶刀片的法剖面内，当把刀刃放大看时，可以把刀刃看成是一段半径为图 5 4，由于刀刃有刃倾角 ，故在线速度方向剖面内的刀刃将变成椭圆弧 (斜剖刀刃圆柱所 得 ) 图 5刃倾角与刀刃锋利度 椭圆的长半径处的曲率半径，即为刀刃实际纯圆半径 其关系为： ne 6 由此可见，增大刀倾角 的绝对值，可减小刀刃的实际钝圆半径就说明增大刃倾角就可使刀刃变得较为锋利。 一旦刀刃的起讫半径 确定后，其最大初始刃倾角可确定了 参见图5 图 5r /a 7 初始刃倾角按下式计算： 见图 524 图 5初始刃倾角计算用示意图 )/(220 8 式中： r刀刃起始点半径 ( R刀刃终止点半径 ( b叶刀片外端宽度（ ; 0初始刃倾角； 刃上任一点位量上 搅碎 速度 由于有了刃倾角，故刀刃上任一点相对于网眼板的速度v，将可以分解为垂直于刃的法向速度分量平行于刃的切向速度 分量 。 参见图 5即： n 其值为： )(30 000 图 5 7 刀刃上任一点的速度示意图 又因为： / 25 R 所以：30000s 22 R 整理得 30000/s 22 n 30000/s （ ） 式中：刃上任一点位置的法向速度分度 m s； v刀刃上任一点位置的切向速度分量 m s； 刀刃上任一点至刀片旋转中心距离 刀刃的初始刃倾角； 与刀刃相切的圆计算半径 R刀刃的终点半径 r刀刃的起点半径 片的结构 根据以上对 滚刀 各个几何参数的分析，得出 滚刀 的结构图（图 5此 滚刀 的特点： 1、 后角 取 4 ，刀片的寿命 较长； 2、 前角 取 30 ，以减小 搅碎 所需的力及功率； 3、 增加刃倾角，以提高刀刃的锋利度； 4、 采用全圆弧形的前刀面结构，以改善刀刃的强度； 5、 采用可换式刀片结构，以节约刀体材料并可选用不同几何参数刀片。 26 R 6 5?40815 5? 0R 6 5?40 8 2刃、 4刃、 8刃 滚刀 第 6章 生产能力分析 刀 的切割能力 切刀的切割能力，可用下式计算： )/(460 22 式中： F 滚刀 切割能力（ ）； n 滚刀 转速（ r/ ;326r/挤 草 样板外径（ 168 孔眼总面积与样板面积之比，一般取 滚刀 刃数；取 保型剪草机设计说明书 的生产能力 G 生产能力 G（ kg/h） ： 式中： 1F 被切割 1值与孔眼直径有关（ ）； 27 A 滚刀 切割能力利用系数，一般为 率消耗 N 功率消耗 (式中： W切割 1料耗用能量，其值与孔眼有关（ h/ 传动效率； 由生产能力计算可知，在 N、 滚刀 的刃数越多，生产能力越大。但是不同刃数的 滚刀 应与不同 孔径的挤 草 样板相匹配，才能得到较为 合理的生产量和功率消耗。在使用能 过程中，可根据附表中推荐的值来选 用。 样板孔径 3 8、 10 16 滚刀 刃数 8 4 2 生产能力 kg/h 800 1000 1400 28 第 7章 环保剪草机的三维建模 29 30 31 总结 漫长而又倍感充实的毕业设计阶段即将结束，通过这几十天的学习，我觉得自己的专业知识和独立思考问题的能力有了很大的提高，对我走向社会从事专业工作有着深远的影响。现在谈谈对本次毕业设计的认识和体会。 首先，我感触最深的就是：实践的重要性。这次设
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