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编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目： 手推式割草机设计 机电工程 学院 机械工程 专业学 号： 11423018学生姓名： 高 禹 指导教师： 冯鲜 （职称：讲师 ） （职称： ）2018年5月27日II无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 手推式割草机设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械1401 学 号： 1423018 作者姓名： 2018 年 5 月 27 日 摘 要割草机是标准服务农业的一种常用机械,但是适用面积小、形状不规则或地形复杂的地段且操作使用便捷、灵活的小型推移式割草机却很少见。因此,在研究我国广泛应用的一些割草机技术的基础上,设计了实用简单的手推式割草机,其特点是结构简单、轻便、工作头前伸和支架高度可调;本文介绍了手移式割草机的总体结构、工作原理、电机选择及传动比的计算相关机构的校核。本次设计的手推式割草机具有操作简便、使用和携带方便、转向灵活等优点,可以有效降低劳动强度。关键词：结构设计；运动仿真；手推式割草机；AbstractMowing - machine is a type of machine in normal service agriculture. But hand-push minimowing - machine which is suited close - quarter or irregularity area or complex land form and easy application is absence. Based on technic of mowing- machine which extensive used at our country, a type of simple and utility portable hand-push mowing - machine was designed. The features are simple structure and lightweight and protrusive working parts and adjustable support element. This paper explanted gross structure of hand-push minimowing - machine and operating principle and selecting motor and calculation drive ration and design cutting knife. The result of testing indicate that hand-push minimowing - machine operated easy and transported convenience and turned quickly, decreased amount of labour. Key words: Mowing Machine；Design；Hand-push1 绪论1.1 割草机的发展历史 在割问草机世之前，草坪的修剪主要工具是镰刀，放牧牛羊也是保持草地平整的重要方法。随着高尔夫球、网球及足球等运动的兴起，人们拥有平整美观的草地做运动场地的要求越来越迫切。1805年英国人普拉克内特发明了第一台收割谷物并能切割杂草的机器，由人推动机器，通过齿轮传动带动旋刀割草，这就是旋刀割草机的雏形。1830年，英国纺织工程师比尔.布丁取得了滚筒割草机的专利，1832年兰赛姆斯农机公司开始批量生产滚筒割草机，1902年英国人伦敦恩斯制造了内燃机做动力的滚筒式割草机，其原理至今还在使用。在西方发达国家，20世纪初期，割草机就得到了快速的发展。 随着社会的进步和经济的发展，人们对生存环境的要求也越来越高，城市环境的保护得到越来越多的重视。我国草坪建设也得到了迅速的发展。草坪美化环境，固土护坡，净化空气多种功能已经成为人们的共识。 从第一台滚刀式割草机的问世，到现在已经过了100多年了，原来主要应用于牧场的机械已经发展成为有几十个品种，适用于不同场合的割草机。我国生产割草机起步较晚，生产企业的规模普遍较小，产品用途较为单一，均没有形成规模批量，所以长期以来，割草机均以进口为主。据统计，到1999年底我国有各种园林机械10万台，1999年的割草机销售量在3万台左右，其中80%为进口。我国割草机进口主要来自于日本、美国、意大利、瑞典等国家，进口价格在0.38万元到5.8万元。改革开放以来，我国的草坪业由兴起到长足发展，只有十几年的时间，却为草坪机械业的发展带来了勃勃生机 。首先是机械先进，90%以上为进口产品，其次外从草坪建植到养护生产环节机械配套齐全，基本上实现了全程机械化，其三是产品品种多、系列化程度高。而在草坪机械中割草机发展最快，我国引进使用的割草机有美国和日本等十几个国家的几十种机型，我国也已经开始生产割草机，目前国内外所用的割草机种类繁多，其分类方法也多样化。我国目前生产的割草机以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。滚刀式割草机由带有刀片的滚筒和和不动的床刀组成。它较旋刀式割草机有更好的修剪质量，是高质量草坪最常用的割草机型。适用于草高3-80毫米的草坪，其问题主要是价格贵，维修保养要求严格。而旋刀式割草机是由横向悬挂在直立轴上的刀片高速旋转打切草的上部叶片，它适合于在25-80毫米范围内的剪草。由于其价格低廉，保养、维修方便、使用灵活，只要将刀片磨快，剪草效果还是可以的。因此，一般要求的草坪都选用它，成为目前国内外最流行的割草机。以动力划分可以分为机动和人推两类。人推的主要是滚刀式，小巧灵活，适于家庭庭院中小型草坪使用。机动的又分为柴油机、汽油机和电动机三类驱动。以动力划分可以分为机动和人推两类。机动的又分为柴油机、汽油机和电动机三类驱动。1.2 我国割草机的发展1.2.1 发展状况据调查，国内生产割草机的厂家大约有50家左右。多数为园艺系统的公司以及转产割草机的机械厂。市场上草坪修剪机的品牌很多，有进口的产品，也有国内制造和中外合资的，从功率2.6-1.2千瓦，剪幅从43.2-127厘米。国内的生产厂家主要有：中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司，生产立特牌-NEAT草坪割草机，占国内市场的50%，现年产5000台。目前正着手进行年产5万台割草机的技术改造，其动力选用日本本田发动机。南通机床厂为转产生产割草机的厂家。其产品为地草王系列产品；56厘米自走式草坪割草机（4.5千瓦），84厘米随进式割草机（7.8千瓦），84厘米电启动式割草机（7.8千瓦），122厘米坐骑式割草机（13.4千瓦）。该厂生产除发动机以外的零部件，发动机多选用美国产品，1999年已经有产品出口美国。 山东省莱州市仲院宇峰铡草机厂研制出全新微型电动铡草机，该机以0.75-1.1kW单相照明电为动力，无电地区或停电时用165、175、180等型号柴油机为动力，适宜铡切玉米秸、麦秸、稻草及青贮饲料，每小时铡草量300-400kg，切草长度为1.5-2cm。整机结构紧凑，体积小，重量轻，全机重仅32kg，移动方便，并具有切碎均匀、出料顺畅、扬程远、噪音低等特点。目前，我国已经研制开发出来草坪割草机试验台，草坪割草机为现代城市绿化的重要设备，目前市场上国产的机器均有一定的市场，但质量参差不齐。对于草坪割草机的安全指标，仅有检测方法，没有现成的撞击试验专用设备。为了对其进行科学的测试，北京市农机试验鉴定推广站研制成功草坪割草机专用试验台。该试验台自动化程度高，采用了气动传动技术、机电安全锁定机构及气动调速技术，可对国内各型草坪割草机进行安全性能试验，能够完成草坪机的撞击试验和刀片护罩强度试验。试验结果表明，该专用试验台达到国内先进水平，检测快捷，安全性高。1.2.2 存在问题国内割草机械市场发展缓慢，我国草坪机械产品全线接受检验，应用中暴露出些质量问题。对此，有关专家认为，当前我国畜牧机械产品质量水平低的原因有以下几个方面。产品品种不全，成套性差。美国约翰迪尔公司的割草机械有13个品种49个机型；纽荷兰公司现生产12个品种25个机型，可供各种经营规模的用户选择。我国的用户不能根据自己的经营规模选择合适的机具，机具使用效益不高。产品技术水平低。割草机械产品技术水平高低是衡量该行业整体科学技术水平的重要标志之一。一段时间内，由于资金投入严重不足，技术创新的原动力、研发能力、技术模仿步伐放缓甚至停顿。我国已定型的割草机械大部分属国外上世纪的技术水平，20多年来基本没有什么大的改进与创新。缺乏应有的售后服务体系。 专家分析认为，造成割草机械产品质量水平低的原因有多方面，但缺乏资金投入和人才短缺是造成研发能力和生产制造工艺水平低的关键所在。1.3 推移式割草机的使用1.3.1 设计用途目前，大型生态园的绿地设计已是房地产开发团中一个重要环节，草地是绿化的一种重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油机作动力，采用尼龙绳甩打草叶；或者是使用电动、柴油机的割草机，这种割草机体积大、噪音大，适用于空旷大草坪，易夹草出故障，遇到石块可能使刀片断裂，发生事故。随着国内人们生活水平的提高，人们对居住的绿化水平要求越来越高，尤其带花园的别墅不断增加，更需要开发一种适合小面积草地、无噪音的手推式割草机。本次设计的推移式割草机是专为家庭庭院及私人花园设计的，不适用于公共设施、公园、运动场、道路、农场和林场等场合【2】。1.3.2 注意事项 1）不可以将手动割草机用于割除攀藤植物、屋顶或阳台上的青草等，那样有可能伤害到身体。2）每次使用之前都需要进行一次检查，确认所有的螺栓、螺母、工具都没有磨损或损坏，对于磨钝或损坏了的刀片应当更换。3）再检查一下要割草的草坪表面，要清除干净石头、木块、电线等其他坚硬的物体，这些物品碰到刀具时会飞甩出去而无法控制。 4）旁边有人，尤其是儿童和动物的时候，不要使用该割草机。 5）割草时一定要穿用防滑底做成的结实靴子。 6）旋转的刀片转筒可能会造成人身伤害，刀片转筒和操作人员之间的安全距离是通过导杆隔开的，一定要一直保持这个安全距离。在堤岸或斜坡上割草时尤其要注意，一定要顺着斜坡的方向割。 7）当后退拉动割草机时要特别小心，有绊倒的危险。 8）任何时候都不要将手或脚放在运动部件的上方或下方。 9）如果刀具或割草机遇障碍或坚硬的物体时，一定要适当全面地检查割草机。10）只有在能见度好，视野清晰的时候才可以进行工作【2】。2 总体方案设计本次设计的推移式割草机由汽油机、行走轮、支架、扶手架和割草机构组成，割草机构是一种割刀动力旋转工作头，它是在形似两个淋浴莲蓬头对合而成的a、b壳体内，由连接螺栓作为中心死轴，轴上装带有深沟球轴承的双面圆弧锥齿轮副；一面为齿轮副I，同轴安装在壳体a内，齿轴与小型汽油机的驱动轴花键连接，壳体端口连接支承管；另一面为齿轮副II，同轴安装在壳体b内，齿轴伸出端口外；圆盘割刀由开有花键槽的托盘和压盘夹住，套装在齿轴上，用螺母逼紧固定，头部装上割刀。2.1 手推式割草机的工作原理本次设计的手推式割草机以汽油机作为动力，由汽油机驱动传动齿轮和割草装置。行走机构采用手推车架。汽油机转动带动长轴，长轴转动传递到弧形齿轮，两个呈角度的弧形齿轮改变转动的方向，最后转动传递到割草装置，割草装置通过安装在轴上的割刀盘带动割刀旋转完成割草作业。下面结合附A0图纸对本割草机进行更详细的描述：工作时，使用者首先根据自身身高调节车架（3）高度，使工作时处于一个舒适的状态，然后手扶车架最上部，启动动力汽油机（4），汽油机的转动将会带动长轴（11）转动，长轴的转动传递到弧齿锥齿轮1（23），此时与弧齿锥齿轮1啮合的弧齿锥齿轮2（17）也会进行转动，弧齿锥齿轮2的转动传递到轴1（22），从而带动被托盘（19）和压盘（21）夹住的刀片（5）进行旋转割草工作，调节调节轮（1），可以改变割草高度，从而达到预期的割草目的。本设计方案的特点是：（1）操作容易、使用和携带方便；（2）转向灵活,能有效降低劳动强度；（3）整机重量较低。（4）传动部分结构简单，维护方便。（5）割草动作没有撕扯，对草坪更有益。（6）割草高度可进行调整，实用范围广。图 1 割草部件图 2 整体示意图本次设计的手推式割草机是由人手推动的。查阅人机工程手册，人步行速度约为35千米/时，即4864米/分，考虑到要推动割草机进行切割，选取人的步行速度为48米/分，即0.8米/秒。确定割草机的各项技术规模参数： （1）修剪幅宽0.4m,修剪高(离地)5-10cm 修剪草高20cm以下；修剪效率200m/小时。 （2）修剪机重量：15kg；扶把高度1.2-1.5m可调。 3.2 动力机的选择选用的汽油机1E139F参数如下：汽油机型号 1E139F 汽油机型式 单缸、风冷二冲程 最大功率 1.4KW/6500r/min 噪声 101dB(A) 最高稳定转速 9000r/min 排量 33.6cc 油箱容积 1.0L 点火方式 无触点 化油器型式 膜片式 起动方式 反冲起动 传动轴型式 硬轴 背带型式 双肩背带 净重 7.7kg 汽油机包装箱尺寸（mm）3303023004 割草机传动部分设计本次设计的手推式割草机的传动部分主要是长轴带动锥齿轮转动，锥齿轮带动另一锥齿轮转动并且改变方向，最后传到到割刀转动，将草坪上多余高度的草割断。传动部分的设计主要是对齿轮的设计。4.1 齿轮传动的类型 齿轮传动就装置形式分： 1）开式、半开式传动在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，故只宜用于低速传动。齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它工作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。 2）闭式传动而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工且封闭严密的箱体(机匣)的，这称为闭式齿轮传动(齿轮箱)。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。本次设计的推移式割草机割草总成部分尺寸比较小，传动齿轮尺寸和质量比较小，转速比较高，且没有防护罩，如果选用开式容易损坏其寿命，因此齿轮传动选用闭式传动【7】。4.2 锥齿轮的计算4.2.1 选定齿轮的类型、精度等级，材料及齿数 1）按传动方案简图所示传动方案，选用锥齿圆柱齿轮传动。2）割草机为一般工作机器，速度、精度要求不高，故选用8级精度。3）材料选择。由机械设计原理表10-1选择小齿轮材料为40Cr硬度为280HBS,大齿轮材料为45号钢，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 4）选小齿轮齿数Z1=24,则大齿轮齿数取Z2=52。4.2.2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算， 即 （1） 确定公式内的各计算数值:1）试选载荷系数2）由机械设计基础图10-30选取区域系数3）由机械设计基础图10-26查得。4）许用接触应力 其余参数与齿轮相同。4.2.3 计算参数 1）试算小齿轮分度圆直径d1t,由计算公式（1）得 2）计算圆周速度v 3）计算齿宽b 4）计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 b/h=57.62/5.24=10.99 5）计算载荷系数根据V=0.4m/s，7级精度，由机械设计基础图10-8查得动载荷系数1.02，表10-3查得，表10-2查得使用系数，表10-4查得锥齿轮与直齿轮的计算公式相同，故 将数据代入后得由b/h=10.99，Khp=1.323查图10-13得Khp=1.3;故载荷系数 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 7）计算模数m 4.2.4 按齿根弯曲强度计算 由机械设计基础式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 （2） 计算式中各参数： 1）计算载荷系数K： 2）根据纵向重和度可得螺旋角影响系数 3）计算当量齿数 4）查取齿形系数由表查得 5）查取应力校正系数 由表可查得 6）计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。由公式（2）设计计算： 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲强度计算的模数， 取mn=2,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳算得的分度圆直径 d1=57.62来计算应有的齿数。于是有:，取大齿轮齿数 ，取Z2=60。 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费【8】。4.2.5 几何尺寸计算1）计算中心距将中心距圆整为91mm。 2）按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数等不必修正。计算大、小齿轮的分度圆直径=58mm=125mm计算齿轮宽度4.3 齿轮的设计准则齿轮传动是靠齿与齿的啮合进行工作的，轮齿是齿轮直接参与工作的部分，所以齿轮的失效主要发生在轮齿上。主要的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等。齿轮传动的失效形式不大可能同时发生，但却是互相影响的。例如齿面的点蚀会加剧齿面的磨损，而严重的磨损又会导致轮齿折断。在一定条件下，由于上述第一、二种失效形式是主要的，因此设计齿轮传动时，应根据实际工作条件分析其可能发生的主要失效形式，以确定相应的设计准则。对于软齿面(硬度350HBS)的闭式齿轮传动，润滑条件良好，齿面点蚀将是主要的失效形式，在设计时，通常按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。 对于硬齿面(硬度350HBS)的闭式齿轮传动，抗点蚀能力较强，轮齿折断的可能性大，在设计计算时，通常按齿根弯曲疲劳强度设计，再按齿面接触疲劳强度校核。开式齿轮传动，主要失效形式是齿面磨损。但由于磨损的机理比较复杂，目前尚无成熟的设计计算方法，故只能按齿根弯曲疲劳强度作为设计准则，为了延长开式、半开式齿轮传动的寿命，可用增大模数10-20的办法来考虑磨损的影响【9】。 由于本次设计的推移式割草机的齿轮传动属闭式传动且属于高速传动的硬齿面，因此需按齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。4.4 齿轮的材料选择及其热处理 齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。齿轮传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命长。在机械零件产品的设计与制造过程中，不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。如果齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早损伤，甚至失效。因此如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作【10】。为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种： 1) 表面淬火 常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为4055HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好。由于齿心部末淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。 2) 渗碳淬火 常用于低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。 3) 渗氮 渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、铜、铅等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAlA。4) 调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为220280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。5) 正火 正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理【11】。 一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。为了减小胶合的可能性，并使配对的大小齿轮寿命相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30-50HBS。这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄，强度低于大齿轮。为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。综上所述，选择大小齿轮材料均为20CrMnTi，渗碳后淬火处理，强度极限为1100Mpa，屈服极限为850Mpa，齿芯部硬度为300HBS。4.5 按齿根弯曲疲劳强度进行设计齿坯基本参数的确定：1）轴交角与传动比i，是根据齿轮副的传动要求确定的。2）根据齿轮副所要传递的功率、扭矩，利用经验公式或图表确定小轮外端的节圆直径d和小轮齿数z1（不小于5）。弧齿锥齿轮的外端模数m可以根据公式确定。3）大轮的齿数Z=iz1计算后圆整，且大轮与小轮的齿数之和不小于904）齿面宽b的确定。查表，一般选择为外锥距。5）根据大轮和小轮的旋转方向确定齿轮的旋向。齿轮的旋转方向是根据传动要求确定的，它的选择要保证齿轮副在啮合的过程中有互相推开的轴向力。6）为了保证齿轮副具有一定的重合度，应选择合适的螺旋角，一般选择位35度。可以根据经验表格来选取适当的螺旋角，并可根据公式计算相应的重合度。B为齿宽，Re为外锥距，R为中点锥距，Ri为内锥距，MF为端面重合度。 （3） （4）7）压力角的确定。压力角一般有16、19、20、21.5、22.5、25度等，弧齿锥齿轮一般用20度。压力角太小减小了齿轮的强度，并容易发生根切，但柔性增大；压力角太大容易使得齿顶变尖，降低重合度。小轿车为了降低噪声、运转平稳，采用小压力角。载重汽车一般用大的压力角，以增大齿轮的强度。 8）齿顶高系数、顶隙系数与侧隙。查表，一般当小轮齿数12时，齿顶高系数为0.85，顶隙为0.188，则工作齿高系数为1.7，全齿高系数为1.888。侧隙查表选取。9）变位系数的选择。根据传动比与齿轮的齿数。 参数确定如下：(1）选用弧齿锥齿轮传动;齿轮精度为8级;(2）计算齿轮传递的转矩。由于汽油机的最高转速n1=6500 r/min，根据传动比i=2.13，则小齿轮的转速为n2=6500/2.13=3050r/min，大齿轮功率近似P=1.4kw。4.6 割草机行走车轮设计割草机的行走轮由内齿轮和轮胎组成。内齿轮根据前面的设计要求材料选取45钢。轮胎在此不仅仅与内齿轮轮配合，也是与地面抓合产生动力的关键所在，因此轮胎的大小尺寸应与割草机的整体形状和尺寸紧紧相连。轮胎的外径是=260mm,而其具体形状是参照现代机械设备设计手册中驱动轮的形状尺寸，外圈材料为橡胶。【12】选取外轮直径：=260mm,由公式n=v/D得：外轮的转速 n=48103/2603.1458r/min。行走轮的具体结构及尺寸如下图3:图3行走轮齿轮的材料选择依据：45号钢为优质碳素结构用钢,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板、梢子、导柱等,但须热处理。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。随着现代工业的飞速发展,仪器设备的功率越来越大,转速越来越快,振动和噪声的危害也越来越突出。振动和噪声不仅影响产品质量和操作精度、缩短产品寿命、危及安全性,而且污染环境，影响人身健康【13】。因此,掌握振动与噪声控制技术是各国工业发展面临的重大课题。消除振动和噪声的有效方法之一是减少振动源的振动和隔离振动的传递。目前广泛使用的方法是利用橡胶材料与骨架材料(如金属、纤维、工程塑料等)复合制成的功能装置或特殊的橡胶粘弹性高阻尼材料来消除振动源的振动冲击和吸收噪声。这种橡胶减震功能装置已广泛应用于飞机、舰船、汽车、火车和建筑工程等方面以及仪器仪表的振动隔离。橡胶材料减震主要承受压缩应力、剪切应力和扭转力矩以及两种或两种以上应力的复合作用,在保证机车的高速性、舒适性和安全性方面起着重要作用。5 割草机各部分机构的设计推移式割草机的割草机构如图4和5所示 图4 刀片 图5 托盘压盘割草机割草机构由压盘、托盘和刀片组成，刀片在压盘和托盘间由螺母扭紧固定。5.1 刀片材料的选择割草机刀片必须采用高强度优质钢材，经过特殊热处理工艺保证刀片有较高的强度、锋利度、耐磨性、抗冲击韧性。刀架及刀片外形应该符合空气动力学要求，尽量减少运动时的空气阻力，以降低功率消耗。装配、调整刀具时，必须保证两端力矩平衡，以减少振动和噪声。刀片材料选用优质合金钢。在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能【14】。5.2 刀片的切割过程在刀片割草的过程中，刀片和草是一对矛盾。要弄清切割过程的实质，必须先了解这两方面的性质和特点，才能进一步分析它们的相互作用。草的横截面呈扁平或槽型。非均匀体在不同方向上的机械性能并不相同（称为各向异性），这是与均匀材料（各向同性）显著不同的特点。草的刚度很小，极易弯曲，到一定挠度时，就会失去稳定而弯折。利用工具所施加的压力来破坏材料相互之间联系使之分离的机械加工过程，都称之为“切”。刀片的切割过程同刀具切削金属的过程及冲模冲剪材料的过程本质是不同的。刀片的断面呈薄的楔形，前后两个刃磨面组成的楔角的顶部就是刃口。刀片的“切割”过程同“切削”及“冲剪”之不同，在于前者是利用刃口对材料产生很大的单位应力，使刃口穿透入被切材料之中来破坏材料。齿刀片的切割过程是，刀片以齿尖刺穿草面，将其断面分割开；随着齿尖的继续插入，由于草的强度各向异性的特点，纤维之间很容易沿横向被撕开，因而受到削弱。草被齿尖刺入后也不会再沿刀刃向外滑出，所以被割断。6 轴的设计6.1 轴的概述轴是组成机器的主要零件之一。一切做回转运动的传动零件都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此，轴的主要功用是支撑回转零件及传递动力和运动。按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既能承受弯矩又能承受扭矩的称为转轴。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。还有很多种不同的分类方法，在此就不一一列出。6.2 工作轴的设计6.2.1 轴的结构设计已知轴的最小直径为：9.7mm将此值圆整为标准值。取为10mm,查机械设计手册选取轴承安端的直径为10mm。具体尺寸如图示： 图6 割刀轴结构图6.2.2 按轴的扭转强度计算这种方法是只按轴所承受的扭矩来计算轴的强度；如果还受有不大的弯矩时，则用降低许用扭转切应力的办法以考虑。在作轴的结构设计时，通常用这种方法以初步估算轴径。轴的扭转强度条件为： （5）式中：T 扭转切应力，单位为MPa； T 轴所受的扭矩，单位Nmm； WT 轴的抗扭截面系数，单位为mm3； n 轴的转速，单位为r/min； p 轴传递的功率，单位为KW； d 计算截面处轴的直径，单位为mm； T 许用扭转切应力，单位为MPa；查机械设计手册得t=155MP，由公式（5）得:t= =2.64MPat=155MP 轴的直径合格6.2.3 按弯扭合成强度条件计算通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上零件的位置，以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。一般轴用这种方法计算即可。其计算步骤如下： 轴的计算简图（即力学模型） 轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中心点算起。通常把轴当作置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关，深沟球轴承支反力的作用点就在轴承的中心线上与轴垂直。 在作计算简图时，应先求出轴上受力零件的载荷（若为空间力系，应把空间力分解为圆周力、径向力和轴向力，然后把它们全部转化到轴上），并将其分解为水平和垂直分力，然后求出各支承处的水平反力和垂直反力【16】。 a)作出弯矩图 根据上述简图，分别按水平和垂直面计算各力产生的弯矩，并按计算结果作出水平面上的弯矩MH图和垂直面上的弯矩MV图；然后按下式计算总弯矩并作出M图； (6) b)作出扭矩图 如下图9所示 c)校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴径可能不足的截面）作弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力 (7)通常由弯矩所产生的弯曲应力是对称循环变应力，而由扭矩所产生的扭矩切应力则常常不是对称循环变应力。为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数，则计算公式 (8) 式中的弯曲应力为对称循环应力。当扭矩切应力为静应力时，取=0.3；当扭转切应力为脉动循环变应力时，取=0.6；若扭矩切应力亦为对称循环变应力时，则取=1；对于直径为D的圆轴，弯曲应力，扭转切应力，将和代入上式，则轴的弯扭合成强度条件为： (9) 式中：ca轴的计算应力，单位为MPa； M轴所承受的弯矩，单位为Nmm； T轴所受的扭矩，单位为Nmm； W轴的抗弯截面系数，单位为mm3； -1对称循环变应力时轴的许用弯曲应力；查表选取；轴主要是承受是扭矩，承受很少的弯矩，受力简图如下图7所示图7 轴受力简图根据轴的计算简图作出轴的弯矩图8与扭矩图9： 图8 弯矩图 图9 扭矩图 Mmax=37.68Nmm Tmax=140.52Nmm6.2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最在弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。根据上式（9）及上求数值，并取=0.6，轴上的计算应力 =52.52MPa-1前已选取轴的材料为45钢，调质处理，由书机械制造基础表15-1查得-1=60MPa。故安全。6.2.5 按轴的疲劳强度条件进行精确校核这种校核计算的实质在于确定变应力情况下轴的安全程度。在已知轴的外形、尺寸及载荷的基础上，即可通过考虑分析确定出一个或几个危险截面（这时不仅要考虑弯曲应力和扭转切应力的大小，而且要考虑应力集中和绝对尺寸等因素的影响程度），求出计算全安系数Sca并应使其稍大于或至少等于设计安全系数S，即 （10） 仅有法向应力时，应满足: （11） 仅有扭转切应力时，应满足: （12） 设计安全系数数值可按下述情况选取。S=1.31.5，用于材料均匀，载荷与应力计算精确时；S=1.51.8，用于材料不够均匀，计算精确度较低时；S=1.82.5，用材料均匀性及计算精确度很低，或轴的直径大于200mm时。 轴的直径最小处在两端装齿轮和带轮的地方，因为轴的直径最小所以最有可以成为危险截面【17】。 第一个危险截面处右侧抗弯截面系数 ：W=0.1d3=0.1253=1562.5mm3抗扭截面系数 ：W T=0.2d3=0.2263=3125mm3截面左侧的弯矩为：M=37.68NM截面上的扭矩为：T=140.52NM 按第三强度理论：-1 轴的材料为45钢，调质处理。-1=275Mpa B=640Mpa -1=155MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计基础附表3-2查取。因r/d=1/26=0.038 ,D/d=30/26=1.15,经插值后可查得 = 2.14 = 1.7又由机械设计基础附图3-1可得轴的材料的敏性系数这 q =0.6 q=0.65故有效应力集中系数按式 由机械设计基础附图3-2得尺寸系数 =0.8 ；机械设计基础附图3-3得扭转尺寸系数=0.95。轴按精车加工，由机械设计基础附图3-4得表面质量系数为 =0.8轴未经表面强化处理，即q=1，则按式得综合系数值为 又得碳钢的特性系数 =0.1 =0.05 于是计算安全系数Sca值按式则得 故其可以安全。6.3 长轴的校核长轴只受到扭转的作用，因此需按扭转应力来校核轴的强度。长轴的扭矩：由强度条件， （13）最小截面为边长为5的正方形截面。查材料力学P96表得a=0.208 对于钢材来说，许用剪应力一般按（0.6-0.8）b/n，n为安全系数查机械设计实用手册P770表得40Cr的b=750Mpa计算得：，满足强度条件。 故长轴安全。7 轴承的选择及校核7.1 轴承的选择根据轴承中摩擦性质的不同，滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗小，机械效率高，易起动；尺寸标准化，具有互换性，便于安装拆卸，维修方便；精度高，转速高，磨损小，使用寿命长，生产效率高等优点，因此在一般机器中应用较广，但滚动轴承也有噪音大、径向尺寸过大、轴承座的结构比较复杂、成本较高等缺点。而且深沟球轴承是最常用的滚动轴承。它的结构简单，使用方便。主要用来承受径向载荷，但当增大轴承径向游隙时，具有一定的角接触球轴承的性能，可以承受径、轴向联合载荷。在转速较高又不宜采用推力球轴承时，也可用来承受纯轴向载荷。与深沟球轴承规格尺寸相同的其它类型轴承比较，此类轴承摩擦系数小，极限转速高。但不耐冲击，不适宜承受重载荷。但恰好推移式割草机割草时所受冲击小，在这里用十分适合【18】。7.2 轴承的校核按照轴承样本或设计手册选择6000Q，其额定动载荷=15.0kN, 额定静载荷=10.0kN。轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，查机械设计基础314页表16-5、6、7取取。求相对轴向载荷对应的e值与Y值 按机械设计基础表13-5注1，对深沟球轴承取=11.3，则相对轴向载荷为 ，在表中介于0.1720.345之间，对应的e值为0.190.22，Y值为2.301.99。用线性插值法求Y值：Y=1.99+ 故 X=0.56 Y=2.203 求当量动载荷P P= = 验算6200深沟球轴承的寿命，因此所该轴承符合求。运动仿真UG 的发展与简介UG NX软件是美国电子数据系统开发的CAD/CA/PDM/PLM集成软件集成系统。现在已经广泛应用于当前模具设计和汽车制造中，具有比较好的操作环境，并且逻辑运算功能非常强大，具有更全面的数据库，因此使用非常普遍。新建运动仿真为了形成可移动机构，必须以一定的方式连接两个相邻的构件（包括框架、移动器和从动件）。这种连接必须是可移动的连接，而不是相对的连接。固定运动（如焊接或铆接）。在保持某些相对运动的同时，接触两个部件的任何可移动连接称为运动对。这两个部件在给定连杆的特性后，可以通过一对运动连接起来，形成一个运动机构。关节的作用是将机构中的连杆连接成一个有机整体，而不是表面静态连接。为了使组织能够采取必要的行动，有必要利用体育恶习来连接和协调运动。在定义运动对之前，组织中的链接被悬挂在空间中，例如天空中的平面。在连杆上没有约束，所以它可以在任何方向上在空间中移动。UG的运动仿真模块提供了15种不同自由度的运动副。这些都是无法提供驱动程序的类型。根据是否有驱动和使用频率分为：驱动：转动副、滑动副、圆柱副、螺旋副、球面副、平面副、万向节对。不包含不常被驱动的模型。在NX8内的各种运动所建立的步骤几乎是相同的。创建一对运动的步骤分为三个步骤：选择当前运动对所需的链路。如果不是链接，则不能选择链接。指定运动对的起源和方向。在运动对的第一个链接上设置相关参数之后，如果仍然需要与其他链接相关联的运动，则可以选择第二个链接来进行咬合。设置运动对的驱动器。这一章解释了用常用的旋转对创建运动对的步骤。（1）启动NX80，打开1BASE。Sim /移动。如果你想直接打开运动仿真文件，在打开文件时选择仿真文件。SIM。（2）首先创建一个链接。在菜单中单击插入 -连接，选择齿轮作为链接对象，然后单击“确定”按钮。首先选择软件菜单栏中的“应用模块”进入“运动仿真”状态。右键单击运动导航器中的程序集文件，命名为“手推割草机”，并创建一个新的运动仿真文件。选择名为“环境”对话框中的“动力学”按钮，然后点击“确定”按钮。UG软件默认运动仿真文件的名称是“MOTYSTY1”。单击弹出式“机器运动助理向导”对话框中的“取消”按钮，然后手动定义链接和动作对。定义连杆与运动副结论与展望结论本次设计本次毕业设计的主要功能和特点如下：手推式割草机采用固定刀片的剪切和活动刀片相对滑动的工作原理，结构紧凑，体积小，重量轻，噪音低，无污染，使用灵活方便。小面积草坪进行切割作业，安全可靠，维护方便，具有良好的导向性。使割草机在车进行切割作业时容易转动，外观美观。满足对于家庭用户的审美要求，使用双刀作往复式运动，切割草坪的效果理想，而且成本较低。这次设计的草坪割草机的主要创新点是：它具有节能环保、切割时产生的噪音小、采用绿色设计，齿轮，轴传动机构，可以提高工作效率，并且解决了使用者的高负荷工作强度的问题。本次设计的外观新颖，适合操作者使用。本章介绍了手推式割草机的结构设计和控制。试验表明，本次设计的手推式割草机安全可靠，操作稳定，重量轻，便于携带，操作方便。对于不同密度的草坪区，可以控制不同的刈割速度，以达到节约燃料的效果，从而达到经济和环保的目的。综上所述，本次设计的手推式割草机在解决方案方面是可行的，在市场上也具有较高的推广和推广价值，值得深入研究和探索。不足之处由于毕业设计的时间有限，相关知识的参考资料不足，本毕业设计存在一些不足。对于整机的结构，在尺寸的确定方面还有改进的余地，而外观的设计更是优化的空间，如用户的舒适度、刀片切割时产生的噪声、扶手的振动等。值得更详细的探索和研究。未来展望随着我国人民物质生活水平的提高，村镇绿化建设逐渐受到人们的关注。取得了很大的进步。人们越来越关注草坪美化、空气净化和环境保护。特别是随着私家园林别墅数量的不断增加，城市市民广场的数量不断增加，草坪绿地面积进一步扩大，因此开发一种低噪音、易操作的手推式割草机更是必要。然而，在中国的草坪割草机，目前的发展还不是很成熟。这种类型不够丰富，所以这次选择推式割草机作为毕业设计的主题。目前市场上购买手推割草机的要点是剪草和切高调整。然而，我认为采集草料剪枝不仅是由于高速割草时刀片难以高速切割的草屑造成的。面包屑被收集起来，因为割下的草屑本身也是一种营养增强的草坪肥料。所以我没有安装引导和收集设备。我刚在工作台的前端安装了一个草耙。对于刈割高度调整问题，我采用两轮驱动。使用者可以根据扶手伸长的长度和长度来调整切割高度。这可以更灵活，针对手推车割草机今天市场上。就数量而言，我没有考虑如何在停止时放置割草机。所以我使用了前轮辅助支架设计。使用可制动的万向轮，可以顺利地放置割草机。今天，步行割草机逐渐取代了步行割草机。特别地，可以实现零转弯半径，并且用户可以容易地操作它。一种可使用的全液压草坪拖拉机，深受用户欢迎。预计在不久的将来将会有更多的自动和更舒适的草坪机械。但在二十一世纪，中国主要的割草机仍然走着割草机，这是在上世纪80年代，发达国家的水平，这是一种产品，在国外已经淘汰。因此，我们应该学习和追随西方园林机械发展的历史，借鉴他们的经验教训，以缩小西方国家之间的差距，实现产品创新和本土化。随着进入21世纪，中国的国民经济的快速发展，中国的除草机行业已经连续多年保持快速增长。自从中国加入WTO，国内企业对除草剂行业的出口水平也是可喜可贺的，2在2008年，全球金融危机的爆发，中国的除草机行业的发展也遇到了狠毒困难，国内市场的割草机需求一直在下