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桔园除草机设计【11张图纸】【优秀】

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关键词：: 桔园除草机设计优秀优良

资源描述：

桔园除草机设计

34页 11000字数+说明书+任务书+开题报告+11张CAD图纸【详情如下】

中期检查表.doc

任务书.doc

固定刀片A2.dwg

垫板A4.dwg

大轮子A3.dwg

大齿轮A2.dwg

导架体A3.dwg

小轮子A3.dwg

拨杆A3.dwg

桔园除草机设计开题报告.doc

桔园除草机设计说明书.doc

活动刀片A2.dwg

装配图A0.dwg

轴A3.dwg

选题审批表.doc

齿轮轴A2.dwg

摘要1

关键词1

1 前言1

1.1设计的意义2

1.2产品的用途及使用范围2

2 桔园除草机的设计原理和参数2

2.1主要工作原理2

2.2主要技术指标和重要技术参数3

2.3已经考虑过的若干方案的比较3

2.3.2桔园除草机的工作设计方案4

2.3.3其他工作设计方案的比较4

2.4关键问题及其解决办法5

2.4.1 增速机构的设计选择5

2.4.2 几种增速方式的实现比较6

3 桔园除草机的整体设计8

3.1 整体设计方案8

3.1.1桔园除草机的设计原理8

3.1.2 方案的选择9

4 桔园常见杂草切割阻力研究9

4.1 试验台构成及原理9

4.2研究结果11

5 齿轮的计算部分11

5.1齿轮设计思路及要求12

5.2齿轮设计过程13

6 轴的计算部分15

6.1桔园除草机中轴II的设计15

6.2桔园除草机中轴I的设计18

7 刀具的设计计算部分21

7.1 刀具的概述21

7.2 刀具的运动分析22

7.3 刀具的结构尺寸及相关参数23

8 端面齿轮及拨杆的设计部分24

8.1端面齿轮和拨杆的概述24

8.2 端面齿轮和拨杆的运动分析24

9 结论28

参考文献28

摘要:本设计中，桔园除草机主要利用滚动的轮子带动机械运动，结构简单，连接平稳，噪音极小，并且操作十分容易，既给使用人带来方便，也给周围的人带来舒适，安静的环境,能更好的满足客户的需要。本文基于机械设计和相关的理论研究，设计了桔园除草机的传动部分，并且用凸轮和推杆的设计方法设计了端面齿轮和拨杆。此次设计的桔园除草机的左右两侧对称，其特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小，弯曲性能好,不易出现堵塞，具有很强的适应性。

关键词:桔园除草机;除草;减速器;凸轮 Abstract:This design, orchard weeding machine mainly use the scroll wheel drive mechanical motion., has simple structure, low noise, smooth operation, and very easy to use, bring convenience to people around, comfortable and quiet environment. To better meet the needs of the client. Based on the mechanical design and relevant theory research and design, orchard weeding machine transmission part, and the design method of CAM and putting the end gear and dial design. The design of orchard weeding machine, its characteristic is the symmetry of simple structure, smooth operation, small bending, friction, good performance, do not appear to jam, strong adaptability.

　Keyword:Hand orchard weeding machine;Cut grass;reducer;Cam

2 桔园除草机的设计原理和参数

2.1 主要工作原理

本次设计的桔园除草机主要利用轮子运动传动变速箱中的齿轮实现刀具的往复运动的功能。桔园除草机由变速齿轮、端面齿轮、拨杆和剪刀等构件组成，端面齿轮和拨杆是一对工作组合。端面齿轮通过自身的转动将旋转方向的力传动给拨杆，引起水平方向的往复运动，从而使刀具自身往复运动。由于除草机变速变矩范围不够大，因此在刀具的选择上尤其注意以提高除草机自身效率为重要原则。

除草机工作时由人推动机器行走，从而使除草机的后轮1传动，带动与其同在一根轴上的大齿轮2传动，通过齿轮2与齿轮3组成的增速机构使速度得以提

升，并带动端面凸轮4（为了实现几何形状封闭和便于调整，采取两个端面凸轮以背靠背形式装配）回转，端面凸轮4带动拨杆5运动，通过端面凸轮4与拨杆5组成的转换机构将回转运动变为直线往复运动，使固定其上的活动刀片与固定在机架上的固定刀片形成相对交错运动，完成除草动作。如图1所示：2.2 主要技术指标和重要技术参数

2.2.1 该除草机的总体设计参数

　　　外形尺寸：

　　　输入功率：

　　　轮子转速：

　　　力矩：

　　　净质量：

　　　变速要求：单级刀具，一固定刀片和一活动刀片相互运动

2.2.2 该除草机的刀具设计参数

表1 刀具设计参数

Table1 Tool design parameters

项目切割器的形式切割幅宽刀片间距刀片运动形式刀片往复频率刀片形状配套动力操作人数净重

桔园除草机往复切割240mm20mm单动860r/min平形149.1W

113r/min1人30kg

2.3 已经考虑过的若干方案的比较

2.3.1 常见几种除草机械除草原理

（1）滚刀式除草机[15]。其由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成。滚刀的形状像一个圆柱形鼠笼，切割刀呈螺旋形安装在圆柱表面，滚刀旋转带动草茎相对于底刀产生一个逐渐切割的滑动剪切而将草茎剪断。滚刀式除草机剪草的质量取决于滚刀上刀片数和滚刀的转速，滚刀上刀片数越多，单位长度行进中切割的次数就越多，切下的草也越细，滚刀的刀片数一般为3～12片不等；滚刀的转速越高，切下的草也越细。滚刀式除草机其价格贵，维修保养要求严格。

（2）旋刀式除草机(又称悬刀式)[15]。它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。其工作装置为一长条形除草刀或多把除草刀在水平刀盘上，高速旋转的刀刃与草茎碰撞而将其割断，为无支承切割。刀刃的后面是类风叶形状，在高速旋转下，对地面形成一定的真空将草茎吹成直立状态，便于切割并与罩壳相结合，形成涡流将割下的碎草送人集草装置或从罩壳出口喷出洒出来，是国内外目前最流行的除草机。

（3）甩刀式除草机[15]。其切割装置由多把垂直于地面的刀片铰接在旋转组成的旋转轴上，当高速旋转时，在离心力作用下，其刀片像垂直于轴芯的甩刀，端部刀刃不断地冲击切割草茎。由于刀片与刀轴或刀盘为铰接，当碰到坚硬冲击不断的物体时可以避让而不致损坏机器。

（4）甩绳式除草机[15]。其工作装置是由一个内装尼龙绳的打草盘、背向人的护罩组成。当打草盘高速旋转时，露在外面的尼龙绳在离心力作用下，像一束伸直的刀刃快速撞击草茎而切割断草。

QQ截图20130802190846.gif

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内容简介：: 湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学部：理工学部学生姓名杨欣学号200841914516年级专业及班级20 08 级机制设计、制造及其自动化专业（ 5 ）班指导教师姓名李明指导教师职称副教授毕业论文题目桔园除草机设计毕业论文工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题1.开题报告2.桔园除草机传动机构的设计3.桔园除草机刀片的设计1.力的计算2.切割方式的完善3.桔园除草机刀片的设计指导教师意见指导教师签名： 2012 年 3 月 30 日检查（考核）小组意见检查小组组长签名：年月日湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）任务书学生姓名杨欣学号200841914516年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(5)班指导教师及职称李明副教授学部理工学部20 年月日填写说明一、毕业论文（设计）任务书是学院根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必须针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（二）主要参考文献与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（三）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目桔园除草机设计主要内容和要求（宋体五号，行间距单倍行距）本次设计的桔园除草机主要利用轮子运动传动变速箱中的齿轮实现刀具的往复运动的功能。桔园除草机由变速齿轮、端面齿轮、拨杆和剪刀等构件组成，端面齿轮和拨杆是一对工作组合。端面齿轮通过自身的转动将旋转方向的力传动给拨杆，引起水平方向的往复运动，从而使刀具自身往复运动。1.主要技术指标：（1）外形尺寸：586369200mm （2）输入功率：149.1W （3）轮子转速：113.04r/min （4）力矩：T=12334.57Nmm （5）净质量：M30kg2.需要提交的文稿：（1）完成3张A0图纸（折合），并要求利用计算机绘图软件绘出装配原理图及各零部件图，正文一份。（2）实验方案正确，实验数据正确，分析合理，结论基本正确；（3）提交草稿、正稿、正稿电子文档各一份。要求计算合理、数据可靠，格式按湖南农业学报（自然科学版）的规定。主要参考资料1 陈国兰.浅谈我国园林机械R. 中国建研院建巍机械化研究所,1997.2 王振东，涂洪森. 桔园除草机高度调节机构对作业质量影响分析及其优化设计R. 哈尔滨: 哈尔滨林业机械研究所,2004.3 卢希诚,尚树堂. 旋刀式除草机旋刀装置的减噪措施R. 北京林业大学,1995.4 赵鸣,李伦良. 论剪草R. 兰州: 兰州昭明草坪技术咨询研究所,2002.5 熊永森,王金双,徐中伟.小型往复式果园除草机设计R. 金华: 金华职业技术学院, 2007.6 张守海，高云江. 转向传动装置运动校核J. 农业装备与车辆工程,2006,180(7), 517 张晓辉，李其才，法德，李修渠. 往复式切割器割刀惯性力平衡实用计算公式R. 农机化研究,1997.8 欧向明. 收割机的新刀具循环式切割器J.湖南农机，2005，22(3).9 胡兴会. 电机车走行传动装置的改进J. 燃料与化工,2008, 39(4): 31. 工作进度安排（宋体五号，行间距固定值22磅）起止日期主要工作内容2011910前选题2011910-915下达任务书2011916-930开题2011101-415设计20124.16-420中期考核2012416-430完善与总结课题2012430前提交正稿与预审201251-525答辩与修改要求完成日期：20 12年4 月 30 日指导教师签名：接受任务日期：20 11 年9 月 20 日；学生本人签名：注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名杨欣学号200841914516年级专业及班级2008 级机制专业（ 5 ）班指导教师及职称李明（副教授）开题时间2011年 12 月 24 日毕业论文（设计）题目桔园除草机设计一研究意义在高速发展的今天，环境不能满足自由净化的地步了，远远超过它的净化底线，目前，由于人类过分追求发展所带来的满足和发展的速度而忽视或淡薄了其所带来的负面效应，致使在极大满足自身物欲的同时，也给自身未来的发展埋下了诸多隐患，这些问题随着时间的推移暴露越来越明显，直至威胁到人类自身的生存，如温室效应的出现、水污染等问题。为了号召国家“节能减排，低碳生活从我做起”的政策，研究一种无空气污染，无废水污染，无噪音污染的桔园除草机已经迫在眉睫。二国内外研究现状2.1 国外研究现状国外从20世纪50年代就开始了对桔园机械除草技术的研究。经过多年的研究改进，目前已经形成了一整套成熟的除草机械。这些除草机经过多年的生产运行，能较好地满足作业要求。目前国外的除草机多为滚刀式除草机，其工作部件随着机器前进，带动刀轴转动，滚切刀外缘的刀刃切断草根，实现除草目的，除草效率高，消耗动力小，机具的作业部件为滚动部件，因此不会发生堵塞；日本的除草机械种类较多，但多为悬刀式，它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；目前东南亚采用多为甩绳式除草机和甩刀式；甩绳式其工作装置是由一个内装尼龙绳的打草盘，背向人的护罩组成。当打草盘高速旋转时，露在外面的尼龙绳在离心力的作用下，向一束伸直的刀刃快速撞击草茎而切割断草，甩刀式，其切割装置由多把垂直于地面的刀片铰接在旋转组成的旋转轴上，当告诉旋转时，在离心力的作用下，其刀片像垂直于轴心的甩刀，端部刀刃不断地冲击切割草茎。国外除草机有很少一部分已经在开发无污染能源的除草机了。2.2 国内研究现状我国近年大力倡导“节能减排，低碳生活人人有责”。但是废气废水污染仍然很严重，很多人已经已经认识到环境污染给周围生活环境带来的巨大危害，想尽力去改变生活，但是人们日常生产劳作的机械仍有很大的污染，但是目前市场上绝大部分除草机械都是引擎驱动，有些产品是大引擎驱动，除草效率很高，但是保养，维修费用较高，同时动力引擎桔园除草机主要依靠刀片的高速旋转把草排出，因此，对整机的安全性要求较高，且操作时也会给人带来强烈的震动，使操作很不舒适；市场上的桔园除草机价格较高，一般的用户较难承受；无污染或者低污染低排且价格低廉的果园除草产品少之又少。三主要参考文献1 陈国兰.浅谈我国园林机械R. 中国建研院建巍机械化研究所,1997.2 王振东,涂洪森. 桔园除草机高度调节机构对作业质量影响分析及其优化设计R. 哈尔滨: 哈尔滨林业机械研究所,2004.3 卢希诚,尚树堂. 旋刀式草坪割草机旋刀装置的减噪措施R. 北京林业大学,1995.4 赵鸣,李伦良. 论剪草R. 兰州: 兰州昭明草坪技术咨询研究所,2002.5 熊永森,王金双,徐中伟.小型往复式果园割草机设计R. 金华: 金华职业技术学院, 2007.6 张守海，高云江. 转向传动装置运动校核J. 农业装备与车辆工程,2006,180(7), 517 张晓辉，李其才，法德，李修渠. 往复式切割器割刀惯性力平衡实用计算公式R. 农机化研究,1997.8 欧向明. 收割机的新刀具循环式切割器J.湖南农机，2005，22(3).9 胡兴会. 电机车走行传动装置的改进J. 燃料与化工,2008, 39(4): 31.研究方案：一、研究目的通过大学四年所学机械知识，学以致用！并且根据实验学习，总结出一种能达到预定功能要求、具有性能好、成本低、价值最优，能满足市场需求的桔园除草机。在参观实验中能将自己所学机械知识融会贯通，温故而知新，达到对所学机械知识的整个系统的复习与总结！二、内容1、从书本、网络搜集关于除草机相关资料，对除草机的原理及其设计方案进行学习并总结，改进并构思一套合理实用的设计方案。2、根据所实验所收获的，了解尺寸规格和强度要求，并撰写设计说明书。三、方法通过借鉴书本和网络相关资料对其进行学习、整理、改进并设计一套合理的方案，使用CAD和Pro-E等所学软件绘出桔园除草机的装配图和零件结构图，并计算出各结构的尺寸和强度要求四、预期成果桔园除草机成本低，效率高，不易赌塞，无污染。五、条件保障充足的实验参观学习时间，辅导老师的指导和相关资料和文献时间进程安排2011年11月16日至25日开题阶段（收集并整理设计所需的资料，撰写开题报告并答辩）2011年11月26日至元月方案确定阶段（系统方案设计，进行方案论证）2012年3月初步设计阶段（绘制草图）2012年4月详细设计阶段（详细设计，绘制图纸，工艺审查，改进设计）2012年5月中旬答辩准备阶段（打印图纸，编写设计说明书，作答辩准备）2012年5月底答辩阶段（毕业答辩）开题论证小组意见组长签名：年月日专业委员会意见专业教研室主任签名：年月日湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计桔园除草机设计 THE DESIGN OF THE CITRUS ORCHARD WEEDER 学生姓名：杨欣学号：200841914516 年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化（5）班指导老师及职称：李明副教授学部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业设计作者签名：年月日目录摘要1关键词11 前言1 1.1设计的意义2 1.2产品的用途及使用范围22 桔园除草机的设计原理和参数2 2.1主要工作原理2 2.2主要技术指标和重要技术参数3 2.3已经考虑过的若干方案的比较3 2.3.2桔园除草机的工作设计方案4 2.3.3其他工作设计方案的比较4 2.4关键问题及其解决办法5 2.4.1 增速机构的设计选择5 2.4.2 几种增速方式的实现比较63 桔园除草机的整体设计8 3.1 整体设计方案8 3.1.1桔园除草机的设计原理8 3.1.2 方案的选择94 桔园常见杂草切割阻力研究9 4.1 试验台构成及原理9 4.2研究结果115 齿轮的计算部分11 5.1齿轮设计思路及要求12 5.2齿轮设计过程136 轴的计算部分15 6.1桔园除草机中轴II的设计15 6.2桔园除草机中轴I的设计187 刀具的设计计算部分21 7.1 刀具的概述21 7.2 刀具的运动分析22 7.3 刀具的结构尺寸及相关参数238 端面齿轮及拨杆的设计部分24 8.1端面齿轮和拨杆的概述24 8.2 端面齿轮和拨杆的运动分析249 结论28参考文献28 30桔园除草机设计学生：杨欣指导老师：李明（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘要:本设计中，桔园除草机主要利用滚动的轮子带动机械运动，结构简单，连接平稳，噪音极小，并且操作十分容易，既给使用人带来方便，也给周围的人带来舒适，安静的环境,能更好的满足客户的需要。本文基于机械设计和相关的理论研究，设计了桔园除草机的传动部分，并且用凸轮和推杆的设计方法设计了端面齿轮和拨杆。此次设计的桔园除草机的左右两侧对称，其特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小，弯曲性能好,不易出现堵塞，具有很强的适应性。关键词:桔园除草机;除草;减速器;凸轮The Design of the Citrus Orchard WeederStudent:Yang Xin Tutor:Li Ming(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract:This design, orchard weeding machine mainly use the scroll wheel drive mechanical motion., has simple structure, low noise, smooth operation, and very easy to use, bring convenience to people around, comfortable and quiet environment. To better meet the needs of the client. Based on the mechanical design and relevant theory research and design, orchard weeding machine transmission part, and the design method of CAM and putting the end gear and dial design. The design of orchard weeding machine, its characteristic is the symmetry of simple structure, smooth operation, small bending, friction, good performance, do not appear to jam, strong adaptability.Keyword:Hand orchard weeding machine;Cut grass;reducer;Cam1 前言1.1 设计的意义除草机械至今已有200多年的历史，桔园除草机多使用内燃机作动力，排气污染量和噪声危害严重。国家大力提倡“节能减排”的今天，随着国家“十二五政策”的宣传落实执行，节能产品必将受到越来越多消费者的青睐。保护环境，减少空气污染，从我做起，人人有责，让天空多一点蓝色，减少碳排放，为地球降温，让自己和下一代拥有更健康绿色环境。设计一个无废气污染无噪音污染无废水污染的除草机有着很好的前景。此设计中的桔园除草机主要利用滚动的轮子带动机械运动,结构简单，连接平稳，噪音极小，并且操作十分容易，既给使用人带来方便，也给周围的人带来舒适，安静的环境。1.2 产品的用途及使用范围由于动力引擎除草机有动力装置，保养，维护费用较高；同时动力引擎除草机主要依靠刀片的高速旋转把草排出，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，使操作很不舒适。虽然，动力引擎桔园除草机除草效率较高，除草效果较好，但是，其价格也较昂贵，就目前来说，一般的用户难以接受。通过市场调研，我决定设计一种无引擎驱动，无污染，轻便简洁，操作方便和美观实用适用于一般用户的桔园除草机，无需引擎，可谓绿色环保的除草机。对提倡环保的地域，是理想的除草工具。2 桔园除草机的设计原理和参数2.1 主要工作原理本次设计的桔园除草机主要利用轮子运动传动变速箱中的齿轮实现刀具的往复运动的功能。桔园除草机由变速齿轮、端面齿轮、拨杆和剪刀等构件组成，端面齿轮和拨杆是一对工作组合。端面齿轮通过自身的转动将旋转方向的力传动给拨杆，引起水平方向的往复运动，从而使刀具自身往复运动。由于除草机变速变矩范围不够大，因此在刀具的选择上尤其注意以提高除草机自身效率为重要原则。除草机工作时由人推动机器行走，从而使除草机的后轮1传动，带动与其同在一根轴上的大齿轮2传动，通过齿轮2与齿轮3组成的增速机构使速度得以提升，并带动端面凸轮4（为了实现几何形状封闭和便于调整，采取两个端面凸轮以背靠背形式装配）回转，端面凸轮4带动拨杆5运动，通过端面凸轮4与拨杆5组成的转换机构将回转运动变为直线往复运动，使固定其上的活动刀片与固定在机架上的固定刀片形成相对交错运动，完成除草动作。如图1所示：图1 机器的运动简图Fig.1 Machine movement diagram 2.2 主要技术指标和重要技术参数2.2.1 该除草机的总体设计参数外形尺寸：输入功率：轮子转速：力矩：净质量：变速要求：单级刀具，一固定刀片和一活动刀片相互运动2.2.2 该除草机的刀具设计参数表1 刀具设计参数Table1 Tool design parameters 项目切割器的形式切割幅宽刀片间距刀片运动形式刀片往复频率刀片形状配套动力操作人数净重桔园除草机往复切割240mm20mm单动860r/min平形149.1W113r/min1人30kg2.3 已经考虑过的若干方案的比较2.3.1 常见几种除草机械除草原理（1）滚刀式除草机15。其由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成。滚刀的形状像一个圆柱形鼠笼，切割刀呈螺旋形安装在圆柱表面，滚刀旋转带动草茎相对于底刀产生一个逐渐切割的滑动剪切而将草茎剪断。滚刀式除草机剪草的质量取决于滚刀上刀片数和滚刀的转速，滚刀上刀片数越多，单位长度行进中切割的次数就越多，切下的草也越细，滚刀的刀片数一般为312片不等；滚刀的转速越高，切下的草也越细。滚刀式除草机其价格贵，维修保养要求严格。（2）旋刀式除草机(又称悬刀式)15。它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。其工作装置为一长条形除草刀或多把除草刀在水平刀盘上，高速旋转的刀刃与草茎碰撞而将其割断，为无支承切割。刀刃的后面是类风叶形状，在高速旋转下，对地面形成一定的真空将草茎吹成直立状态，便于切割并与罩壳相结合，形成涡流将割下的碎草送人集草装置或从罩壳出口喷出洒出来，是国内外目前最流行的除草机。（3）甩刀式除草机15。其切割装置由多把垂直于地面的刀片铰接在旋转组成的旋转轴上，当高速旋转时，在离心力作用下，其刀片像垂直于轴芯的甩刀，端部刀刃不断地冲击切割草茎。由于刀片与刀轴或刀盘为铰接，当碰到坚硬冲击不断的物体时可以避让而不致损坏机器。（4）甩绳式除草机15。其工作装置是由一个内装尼龙绳的打草盘、背向人的护罩组成。当打草盘高速旋转时，露在外面的尼龙绳在离心力作用下，像一束伸直的刀刃快速撞击草茎而切割断草。2.3.2除草机的工作设计方案我们所设计的桔园除草机首先要通过一个传力构件将人力传递出去。为了让操作者在正常行走速度下操作，传递出去的力通过增速机构继续传递。因执行除草动作刀片的相对运动方向与人行进的方向垂直，经前面增速机构传递过来的运动都需要再经过一级转换机构传递到执行构件。通过分析得到除草机的组成框图，如图2所示。图2 桔园除草机的组成框图Fig.2 Hand push type citrus orchard and weeding machine composition diagram2.3.3 其他工作设计方案的比较能实现手推式除草功能的技术原理较多，但各有利弊，具体分析如下：（1）用脚驱动。用脚驱动时，一般操作者都需站在或坐在被驱动的机器上用力，这样所设计的修草机，除了要完成剪草动作外，还要承受操作者的自重，且要有方向控制装置，使机器结构复杂，尺寸较大，对桔园杂草生长的分布不适合，不适合在桔园使用。（2）用手驱动。用手驱动，可避免用脚驱动时存在的问题，使所设计的机器小巧，且可灵活操作。因此，我们选择设计手动式除草机。（3）用割的方式。即用刀将草截断。但草柔软，且一端自由，采取割的方式将草截断较难实现。（4）用打的方式。即用刀片或打草绳将草打断。用此法修草时所需的速度非常高，以其在草还没被打倒之前将草打断，这样的除草产品已有，但效果不好。（5）用剪的方式。即用刀将草剪断，用两个刀片作相对运动的原理较易将草剪断，且不需要很高的速度。因此，我们选择设计成手动桔园除草机。手动的形式又用手摇动和用手推动两种。机械容易实现的是简单的转动和往复直线运动，如果用手摇动手柄实现执行构件的往复移动，由于除草机还要靠人力推着向前行进，操作者要完成的动作过多，操作不方便。要使操作者只通过简单的操作即可完成除草动作，可以用手推除草机向前行驶，靠除草机轮子的转动将转动运动转变成往复移动而输出到执行构件。显然设计成手动式桔园除草机是合理而可行的。根据所查资料，可选用组合变异法构成初步方案。由前面的分析可知，手动式桔园除草机只需要一项运动形式变换功能（即转动变直线往复移动），所以，不必列出矩阵表后构型。实现转动到直线往复移动变换功能最简单的机构为曲柄滑块机构，直线推杆盘状凸轮机构和齿轮齿条机构。2.4 关键问题及其解决办法2.4.1 增速机构的设计选择增速机构是传递动力及变速的核心机构。它的速度变化直接改变刀具的剪切运动。我的桔园除草机采用圆柱凸轮传动机构。可以利用圆盘侧面的形状特征，为此圆盘旋转时通过侧面推动固定在滑块上的拨杆（可横向调整）左右运动，这样就得到了一种新型的凸轮端面凸轮，其工作原理如图3所示：图3 圆柱凸轮传动机构Fig.3 Cylindrical cam mechanism2.4.2 几种增速方式的实现比较用组合法实现增速。为了让操作者在正常行走速度下操作，传递出去的力应通过增速机构继续传递。由于转换机构的运动输入构件作定轴转动，这样在除草机动力输入构件轮子和转换机构的运动输入构件之间，可以采用链传动，带传动和齿轮传动。为了使所设计的除草机结构紧凑，可以采用齿轮传动。而齿轮传动有直齿原著齿轮传动，斜齿圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。但是蜗轮蜗杆传动的效率低，一般是蜗杆主动，且轴线空间交错，应用到除草机械中，会使支撑结构复杂。圆锥齿轮传动的轴线相交，且其中一个齿轮需悬置，也会使除草机支撑结构复杂。直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的轴线相互平行，支撑结构较简单，同时除草机的速度不高，载荷也不大，因此，可选择直齿圆柱齿轮作为增速机构。机构组成方案如图所示： 1)带动齿轮增速的曲柄滑块机构: 图4 带动齿轮增速的曲柄滑块机构Fig.4 Slider-crank mechanism driven by geared2)带齿轮增速的直动推杆盘状凸轮机构:图5 带齿轮增速的直动推杆盘状凸轮机构Fig.5 Geared straight push Disk Cam3) 带齿轮增速的齿轮齿条机构:图6 带齿轮增速的齿轮齿条机构Fig.6 Geared with the gear rack mechanism以上为机构简图。由于异变法刀具的剪切运动方向与除草机行进方向垂直，图3中1）和2）所示的机构组成方案不能最终满足设计要求，还需对机构进行进一步构型。方案1 利用梅花凸轮（凸轮廓线呈梅花状）和连杆机构来实现滑块在导轨上的往复运动，工作原理如图4所示。图7 梅花凸轮传动机构Fig.7 Plum cam transmission mechanism 方案2 利用圆柱凸轮机构将凸轮轴的旋转运动转化为滑块的往复运动，其工作原理如图5所示。图8 圆柱凸轮传动机构Fig.8 Cylindrical cam mechanism 在图6所示的梅花凸轮机构中，为把凸轮的转动变为执行构件的往复移动需增加一个支点和一个构件两个低副（或一个构件一个高副），这样会增加整个机构的复杂性，且设计时应该比短（否则必然会增大梅花凸轮的尺寸，或者引起梅花凸轮边缘曲线过度较急），这样将减少传送到滑块上的力。图3，图6所示的圆柱凸轮机构和端面凸轮机构的结构简单，可以考虑作为所设计的除草机的运动转换机构。2.5 机构的功能及特点该机采用固定刀片与活动刀片相对错动的剪切原理，结构紧凑，体积小，质量轻，噪音小、无污染，使用方便、灵活；无需引擎驱动，使用安全、可靠，便于维护；采用耐用的铸铝底盘和结构件，具有永不生绣、永不卷曲变形的特点；前轮采用万向轮，具有良好的导向性，后轮的一个轮子装上寿命长的球轴承，使除草机转弯时易于推动；金属手柄易于折叠，以减少包装尺寸，手柄长度可伸缩，对于不同身高的操作者同样适用；底盘独特的设计可防止草堵塞出口通道；外观造型美观，更适合家庭用户的审美要求；除的效果较理想，且成本低。3 桔园除草机的整体设计3.1 整体设计方案3.1.1 除草机的设计原理该机构由轮子带动，通过一对单级减速器进行传递转矩，再由端面齿轮和拨杆组合变化运动方向，最终输出往复剪切运动。总体方案设计如图21所示：图9 总体方案设计Fig.9 The overall scheme design3.1.2 方案的选择方案一:采用齿轮机构实现增速，提高整机的工作效率，解决了手动除草机工作效率不高的问题；采用端面凸轮机构（运动形式转换机构），将转动转变为直线往复运动，从而满足除草运动要求，形状类似冠轮，解决了端面凸轮加工难的问题。方案二：用蜗轮蜗杆传动，直接带动割草圆盘，采用割草的方式。机构更加简单，刀具拆装方便。但草柔软，且一端自由，采取割的方式将草截断较难实现，除草的数目不多。要想割的效率快，必须采用大功率。方案一的除草机方案结构比较简单，与之相比轴的位置较为容易定位，而蜗轮蜗杆传动的除草机一水平一竖直的轴造成了机架结构的复杂。并且增速机构采用端面齿轮和拨杆的运动组合，结构简单，运动实际为一凸轮推杆的运动组。同时除草的数量较多，在功率一定得情况下，剪得方式始终比割得方式效率高。蜗轮蜗杆传动的除草机机构方案简图如图10所示。通过比较我选择方案一，选择方案一能够更好的实现运动传递。4 桔园常见杂草切割阻力研究为了确定桔园除草机切割杂草方案可行，进行了桔园常见杂草切割阻力的研究以确定桔园除草机在对杂草进行切割时的切割力。4.1 试验台构成及原理试验台如图11所示：电机为PC-B型带传动试验台主电机，功率335W，额定转速1500r/min，通过调速开关可实现转速01500r/min。夹持装置固定于电机轴线竖直平面，得到杂草切割阻力最大值。切割装置刀柄自制半径80mm。压力测量装置由压力传感器与压力显示仪组成，量程5kg，最小读数0.001kg。图10 蜗轮蜗杆传动的割草机Fig.10 Worm gear drive mower图11 试验台Fig.11 Test bench 电机外壳固定与支座轴承上，可与绕转子重合的轴线摆动。当电动机启动后，刀柄（阻力力臂L2）转动，由于定子与转子之间磁场的相互作用，在刀片切割杂草茎秆时，电动机外壳将向与转子旋转的相反方向旋转，其扭矩通过固定在定子外壳上的传力臂（扭力力臂L1）传送到压力传感器上，与数字显示控制仪上的读数平衡。在一般工程计算中，可忽略空载转矩T0，即可认为电磁转矩T与转轴上的输出转矩TD相等10,11。即：轴上输出转矩：TD=10-2FCL1(;电磁转矩:T=10-2Q1L2式中FC为切割阻力;Q1为数字显示控制仪的读数；L1为切割阻力力臂（L1=80mm）；L2为扭力力臂（L2=120mm）。切割阻力FC可由式（1）计算得出:FC=Q1L2/L1=1.5Q14.2 研究结果取桔园常见杂草狗尾草与牛筋草为研究对象1，得出：图12 杂草直径与切割力关系Fig.12 The weeds diameter relationship with the cutting force 通过实际运用中除草机械的分析与杂草生长特性分析，取除草F=250N.5 齿轮的计算部分由实验得出除草F=250N；端面齿轮上所受力的大小为：轮子提供转矩带动剪刀，进行机械运动。假设轮子的直径为；轮子周长为。假定人的正常行走步数为。假定刀具所受的力全部来自轮子的转矩所引起的运动。则轴I上的所传递的功率大小为：轴II上的所传递的功率大小为：;轮子所传递的功率大小为： (1)5.1 齿轮设计思路及要求除草机中的齿轮设计要求（1）合理选用模数：在现代变速箱设计中，各档齿轮模数的选择是不同的。但为了经济性和用途的要求，初选模数：。（2）合理选用压力角：对于同一分度圆的齿轮而言，若其分度圆压力角不同，基圆也就不同。当压力角越大时，基圆直径就越小，渐开线就越弯曲，轮齿的齿根就会变厚，齿面曲率半径增大，从而可以提高轮齿的弯曲强度和接触强度。合理选用螺旋角：为了保证齿轮传动的平稳性、低噪声和少冲击，所有齿轮都要选择较大的螺旋角，一般都在30左右。（3）分析齿顶宽：对于正变位齿轮，随着变位系数的增大，齿顶高也增大，而齿顶会逐渐变尖。所以必须对齿轮进行齿顶变尖的验算。（4）除草机中齿轮强度的计算方法概述8:我国的国家标准局所发表的渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法是参照国际标准化组织的计算方法所制定的，该方法比较全面地考虑了影响齿轮承载能力的各种因素，现已成为目前最精确的、综合的齿轮强度计算方法。影响轮齿载荷的各种因素大致可归纳为四个方面，分别用四个系数来修正名义载荷，这四个系数分别为使用系数、动载系数、齿向载荷分布系数、齿间载荷分配系数。各种齿轮强度计算方法所采用的动载系数Kv在形式上有很大的差别，考虑的因素也不相同。各种齿轮强度计算方法所采用的齿向载荷分布系数的计算方法各不相同。各种齿轮强度计算方法所采用的齿间载荷分配系数的处理上有很大差别。由于汽车变速箱的工作特性，使得轮齿的载荷是波动的，对于这种不稳定载荷的情况。从以上四点可看出国际标准化组织ISO的齿轮强度计算方法是一种比较合理、精确的方法，所以在本论文中齿轮的设计计算采用此种方法。齿轮在传递动力时，轮齿处于悬臂状态，在齿根产生弯曲应力和其它应力，并有较大的应力集中，为使齿轮在预定的寿命期内不发生断齿事故，必须使齿根的最大应力小于其许用应力。5.2 齿轮设计过程（1）输出转矩设计：转速轴I上的转速计算轮子传递的转矩可得：轴I上的转矩为: (2) （2）齿轮的参数设计：选择齿轮材料、热处理、精度等级及其齿数除草机为一般工作机器，齿轮选择常用材料及热处理，8级精度。小齿轮：40Cr(调质)，齿面硬度280HBS；大齿轮：45钢（调质），齿面硬度240HBS。二者硬度相差40HBS。选择小齿轮齿数：z1=23，大齿轮齿数：（3）基本参数的选择试选载荷系数：选择的齿宽系数为：查得弹性系数为： (3)按齿面硬度查取接触疲劳极限：小齿轮：, 大齿轮：；（4）计算应力循环次数N 假定工作机载荷有轻微冲击，每个月左右除草一次，每次工作2h，预期使用寿命为50年。小齿轮的应力循环次数为：可得：大齿轮的应力循环次数为： (4) (5)计算接触疲劳许用应力查得接触疲劳寿命系数：小齿轮, 大齿轮接触疲劳强度安全系数有公式：（5）（6）试算小齿轮分度圆直径（7）可得：为了保证制造工艺简单，取模数：取标准模数小齿轮分度圆直径：大齿轮分度圆直径：大齿轮齿宽,圆整取；小齿轮齿宽 (加宽5mm) 中心距小齿轮齿全高大齿轮齿全高（6）计算载荷系数K 查得使用系数圆周力，查得动载荷系数查得齿间载荷分配系数, 查得齿向载荷分布系数,一般经仔细跑合，取计算载荷系数（7）修正计算：已取,符合接触疲劳强度条件。（8）齿轮齿根弯曲疲劳强度校核过程确定设计参数载荷系数K= 小齿轮传递的转矩查得齿形系数, ;应力修正系数，查得弯曲疲劳寿命系数：小齿轮,大齿轮按齿面硬度查得弯曲疲劳极限：小齿轮, 大齿轮计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳强度安全系数由公式,可得由公式，可得齿根弯曲应力结论:计算可得弯曲疲劳强度足够。6 轴的计算部分6.1 桔园除草机中轴II的设计（1）选择轴II的材料。该轴无特殊要求，选择45钢调质处理，初步估算轴径：按扭转强度估算输入端的最小轴径。按45钢，取根据公式，取（2）轴II的结构设计。轴II上零件的轴向定及位周向定位。从左轮子连接处向右取：。考虑轴的结构工艺性：考虑到轴的结构工艺性，在轴的左端和右段均制成倒角。（3）轴II的强度演算。经结构设计之后，各轴段作用力大小和作用点位置、轴承跨距、各段轴径等参数均已知。齿轮上作用力的大小转矩：齿轮端面分度圆直径：圆周力：径向力：轴向力： (8) 受力简图如13所示：图13 垂直面上受力简图 Fig.13 Vertical surface force diagram 垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩：截面C处的弯矩为：垂直面上截面的弯矩如下所示：图14 垂直面上截面的弯矩Fig.14 The moment of the vertical plane cross-section 水平面上轴承的支反力及主要截面的弯矩：截面C处的弯矩为：水平面上截面的支反力如14图所示：图15 水平面上截面的支反力Fig.15 Reaction force horizontal plane cross-section 截面C处的合成弯矩为：水平面上截面的弯矩及合成弯矩：图16 水平面上截面的弯矩及合成弯矩Fig.16 Horizontal plane cross-section of the moment and synthetic moment 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大弯矩和扭矩的截面强度，取，该截面上的计算应力： (9) 通过查表可知：材料为45钢，调质处理的许用应力为，由于，故安全。6.2 桔园除草机中轴I的设计（1）选择轴I的材料。该轴无特殊要求，选择45钢调质处理，初步估算轴径：按扭转强度估算输入端的最小轴径。按45钢，取根据公式，取（2）轴I的结构设计。轴I上零件的轴向定位周向定位。大齿轮在轴I上为对称定位，左右两端靠套筒定位，装拆，传力较为简单；两端轴承常用同一尺寸，以便于加工、安装和维修；为便于拆装轴承，轴承处轴肩不宜太高。齿轮与轴的轴向固定采用普通平键联接。根据轴的直径查得齿轮处的键截面尺寸为，配合为，滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制。确定各段轴径和长度通过确定定位轴肩高度，从左轮子连接处向右取14mm16mm18 mm22mm18mm16 mm14mm考虑轴的结构工艺性：考虑到轴的结构工艺性，在轴的左端和右段均制成倒角。轴I的强度演算经结构设计之后，各轴段作用力大小和作用点位置、轴承跨距、各段轴径等参数均已知。齿轮上作用力的大小转矩：=3911Nmm齿轮端面分度圆直径：圆周力：径向力：轴向力：轴I垂直面上受力简图：图17 轴I垂直面上受力简图Fig.17 Axis I vertical plane by the force diagram 垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩：方向相反截面C处的弯矩为：轴I垂直面上截面的弯矩图18 轴I垂直面上截面的弯矩Fig.18 Axis vertical plane cross-section of the Moment 水平面上轴承的支反力及主要截面的弯矩：截面C处的弯矩为：轴I水平面上截面的支反力：图19 轴I水平面上截面的支反力Fig.19 Axis horizontal plane cross-section of the reaction forces截面C处的合成弯矩为：轴I水平面上截面的弯矩及合成弯矩如图19。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大弯矩和扭矩的截面强度取该截面上的计算应力： (10)通过查表可知：材料为45钢，调质处理的许用应力为，由于，故安全。图20 轴I水平面上截面的弯矩及合成弯矩Fig.20 Axis horizontal plane cross-section of the moment and synthetic Moment 7 刀具的设计计算部分7.1 刀具的概述桔园除草机采用刚性切割式，运动方式选择往复式运动。往复式切割装置由上、下两组刀片组成，分动和双动两种运动方式。本设计采用单动运动方式。单动切割器是动刀片在定刀上作往复运动；其特点是：，刀片的行程与上、下刀片的距离均相等。剪切机的上、下刀片形状相同，剪切时，草两侧同时受到切割，在一个行程中，运动速度的大小有变化，合理切割的方法是利用较大的速度来剪切。刀片的速度图如图21所示。剪刀自点向右运动时，其速度自零逐渐增加，在没有达到之前，因切刀不相接触，不发生切割。刀片到达时，两刀刃开始接触，这时称为始切速，然后刀片继续向右运动而进入切割，直到刀片到达时，两刀刃相向接触完毕，这以后不再切割，这时称为终切速。由到为切割速度的变化范围。由图21可知，大于终切速。切割速度的变化：图21 切割速度的变化Fig.21 Cutting speed of change 在切割过程中，有些草是在被一刀刃顶斜着推向另一刀刃和剪切机前进而向前倾斜状态下切割的。7.2 刀具的运动分析刀片一个行程时间内机器前进的距离称为切刀的进程，以H表示，切刀一秒钟内运动的绝对距离为：式中：机器的前进速度刀具水平运动的距离轮子的周长一个行程所需要的时间为：一个行程运动的绝对距离：可得切刀的进程H为：由于端面齿轮旋转一周刀具往复运动6次，刀具行程运动呈现对称的加速减速运动，速度由变化，从0到达的所需的时间与到达0的时间均为。运动分析可知，刀具呈现匀加速运动，运动方程式为：可得：切刀的平均速度：将切刀的平均速度与机器的前进速度的比值称为刀机速比： (11)据类似的茶树修剪机和采茶机的试验分析，可得动力转速较小的桔园除草机传动的效率较高。7.3 刀具的结构尺寸及相关参数刀片是切割装置的主要部件，由于使用条件和运动参数的不同，使刀片的参数随不同的机型而有些差异。表2 桔园除草机的主要参数Table2 Hand thrust lawnmowers main parameters项目切割器的形式切割幅宽刀片间距刀片运动形式刀片往复频率刀片形状配套动力操作人数净重桔园除草机往复切割240mm20mm单动860r/min平形149.1W113r/min1人30kg切割角的增大使切口变得不整齐。当刀片行程在时，刀片的切割角和楔角不影响剪草的质量。往复式刀刃的切割角和楔角如图22所示。往复式刀刃的切割角和楔角如图22. 往复式刀片的主要技术参数如表4所示.图22 往复式刀刃的切割角和楔角Fig.22 Reciprocating blade cutting angle and wedge angle 表3 往复式刀片的主要技术参数Table3 A reciprocating blade and the main technical parameters项目刀片刀间距刀高切割角刀角硬度（HRC）往复式刀片动刀片20mm定刀片8 端面齿轮及拨杆的设计部分8.1端面齿轮和拨杆的概述桔园除草机中端面齿轮和拨杆一对运动组合类似于凸轮和推杆，而拨杆的运动直接影响其刀具的往复运动。由拨杆在端面齿轮凹凸曲面上的规则运动，从而带动刀具的运动。8.2 端面齿轮和拨杆的运动分析图23 端面齿轮的形状Fig.23 Face gear shape 对拨杆的运动要求为：当端面齿轮转过时，推杆上升20mm；端面齿轮再转过时，拨杆下降20mm；推杆继续转过时，拨杆又停止不动。运动状态如图214所示。图24 运动分析图Fig.24 Analysis diagram of motion拨杆在端面齿轮处安装，图中a与b为拨杆上升对应的端面齿轮所旋转的角度，c为。在端面齿轮上拨杆与端面齿轮接触点旋转的角度所对应的行程为：式中d为拨杆与端面齿轮接触点在端面齿轮上离中心位置的直径大小。图25 端面齿轮的轮廓曲线Fig.25 Face gear profile curve假设在端面齿轮上的运动行程为,接触点上下运动的位移为,可得运动轨迹方程为：在式中各参数：为端面齿轮旋转的角度；k为与端面齿轮运动行程与接触点上下运动的位移的相关参数。代入特殊值，可得：从而得出接触点上下运动位移的轨迹方程为： (12)推程阶段: 远休止阶段: 回程阶段 : 近休止阶段 : 通过上述运动分析可以求出拨杆在端面齿轮上的工作轮廓线。由于端面齿轮为六个相同的近似于凸轮的结构。故只需研究拨杆一个往复运动的工作轮廓线即可。计算结果可得端面齿轮的工作轮廓线对应的值表4 端面齿轮的工作轮廓线Table4 End face gear contour line （mm）(mm)002.2690.1184.5380.4746.8071.0669.0761.89511.3452.96013.6144.26315.8835.80218.1527.57820.4219.59122.69011.84124.95914.32827.22817.05129.49720.000通过上述表中参数，我们可以近似加工出端面齿轮的工作轮廓线。度数越分的密，端面齿轮的形状越精确。工作轮廓线如图216所示。图26 端面齿轮的工作轮廓线Fig.26 End fa

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