背负式山地灌木切割机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南农业大学东方科技学院 全日制普通本科生毕业论文 背负式山地灌木切割机 生姓名 ： 全伟 学 号： 200741914317 年级专业及班级： 2007 级机械设计制造及其自动化 (3)班 指导老师及职称： 全腊珍 教授 湖南长沙 提交日期： 2011 年 5 月 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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 设计 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。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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 1 2 设计思想 3 体方案设计 4 体结构 4 动路线 5 要技术参数 6 3 动力选取 6 4 传动部分的设计 6 轮的设计 7 计功率 7 定带型 7 定带轮的基准直径并验算带速 8 定 8 角计算 8 带根数计算 8 算单根 6 算压轴力 7 工作图 9 齿轮设计 10 算小齿轮分度圆直径 10 定公式内的各计算数值 10 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 算圆周速度 11 算齿宽与齿宽齿高之比 11 算载荷系数 11 实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 11 齿根弯曲强度设计 11 锥齿轮的强度校核 13 材料、热处理方法、定 精度等级 13 步设计 13 核接触强度 17 核齿根弯曲强度校核 18 轮各检验项目及公差值的计算 19 择联轴器 20 型选择 20 荷计算 20 号选择 21 轴器的强度效核 21 的设计与强度校核计算 22 作用在齿轮上的力 22 扭转强度条件效核 23 择轴承 25 步计算当量动载荷 26 基本额定动载荷 26 动轴承的验算 26 轴的设计 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 扭转初步估算轴径 26 的结构设计 26 上受力分析 26 支反力 26 的强度效核 28 5 支撑杆的设计 29 撑杆的扭转强度校核 30 弯矩强度条件校核 30 6 轴上键的选择及键联接强度校核 31 的选择准则 31 轮轴键的选择 32 择键的联接的类型和 尺寸 32 核键联接强度 32 7 润滑 32 动轴承的润滑 32 8 背架的设计 33 9 其他部件的选择 33 10 结论 33 参考文献 34 致谢 35 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 背负式山地 灌木切割机 学 生：全伟 指导老师：全腊珍 （湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128） 摘要 ： 为实现切割工作的现代化，国内外研制了不少切割机。 然而在切割机系列中，对灌木切割机的研究尚处于薄弱环节 ， 为了减轻广大山林工作者的工作强度 ， 提高工作效 率， 研究一种用动力代替人工清除的山林灌木切割机具有重要的意义。 为了解决以上的问题，我们以汽油机为动力源，动力通过轴传给锥齿轮然后带动圆盘锯切割灌木，切削力度大，可剪 40的灌木；采用支撑杆，效果好。 关键词 ： 背负式；灌木切割机 ； 灌木 ； 设计 ； 高效率 of 10128) To of at in of to So a of to to we to to 40 is 前言 在当今社会，追求效率已经是市场经济主宰下的一个普遍的现象 。正如工厂会追求效率以求达到最大的利润，政府会追求政府官员办事效率以求在最短的时间内满足群众的需求来塑造一个服务性政府所以，在效率至上的社会中，节省办事所耗费买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 的时间就是金钱，就是生命。在现实生活中，维护 山林 的绿化正是一件耗费大量人力物力的事情，同时也是一件复杂无比的工作。 灌木切割，除虫等， 这些过程是一个都不能省的，因此，如何在这些过程中 提高灌木切割机机、等工具 的科技含量，工作效率，操作性能等，这些都是当今时代所重点研究的课题。 为实现切割工作的现代化，国内外研制了不少切割机。这些切割切机可以应用于公共绿 化场所、宾馆机关、学校、企业、高尚住宅等。然而在切割机系列中，对灌木切割机的研究尚处于薄弱环节，而现代化灌木切割要求越来越强烈。一是因为树木本身生长的需要，二是因为灌木有些影响总体美观，对山林工作者的工作造成了一定的影响，故这些灌木必须除去。而现有的灌木清除技术仍不够效率，人工劳动强度大，清除效果也不太好（容易残留一些灌木）。由此可见，研究一种用动力代替人工清除的山林灌木切割机具有重要的意义。 通过调查，在切割机械中，动力机械的销售，形势年年看好，销售额逐年上升，就长沙而言，今年可望达到 150 万元，其他地区 的销售形势也非常可观，因此灌木切割机具有广阔的是市场前景。 就灌木切割机的研制而言，现在尚未发现国外的定型产品及有关研究资料。国内某些园林实业公司曾生产过一些切割机，使用性能欠佳，达不到使用要求，没有被广泛使用，现在厂家已经停产。 本设计在一定程度上更加提高了切割 机 的科技含量，因此，该 切割机 的设计目的，一方面，是为了能够尽可能的进一步将物理原理和传感、人工智能等的新科学技术应用到各种行政领域和密切的我们的日常生活。这样，在普通的生活中，我们就能够与新科技更加接近，这样在一方面也能促进更多的人进行科学研究，有一 定的教育意义。 本人从切割 机 出发，是因为切割 机 是我们生活中十分普通的一件机器，但在现实中，却往往忽略了最大化地去发挥切割 机 的功能， 为实现切割工作的现代化，国内外研制了不少切割机。这些切割切机可以应用于公共绿化场所、宾馆机关、学校、企业、高尚住宅等。然而在切割机系列中，对灌木切割机的研究尚处于薄弱环节，而现代化灌木切割要求越来越强烈。一是因为树木本身生长的需要，二是因为灌木有些影响总体美观，对山林工作者的工作造成了一定的影响，故这些灌木必须除去。而现有的灌木清除技术仍不够效率，人工劳动强度大，清除效果也不太好 （容易残留一些灌木）。由此可见，研究一种用动力代替人工清除的山林灌木切割机具有重要的意义。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 为了解决以上的问题， 我们以汽油机为动力源，动 力通过轴传给锥齿轮然后带动圆盘锯切割灌木 ，切削力度大，可剪 40 的灌木；采用支撑杆， 效果好。 2 设计思想 这里所设计的 灌木切割 机首先要通过一个 动力源 将 动力传递出去。为了让圆锯片达到所需要的速度 ，传递出去的 动力应通过减速机构继续传递。 经前面 减速机构传递过来的动力需再经过 转换机构传递 到执行构件。通过分析得到灌木切割 机的组成框图，如图所示 图 1 灌木切割机 的组成框图 1 of 机可用的方案有电瓶电机、 汽油机作动力两大类，而电瓶电机又可分为电机置于工作杆 上和置于背架上两种，汽油 动力源式可分为软轴类传动和轴类传动，因此该机器有以下几种可能的方案可供选择。 a 电瓶电机 组合，且电瓶 电机 都 置于 背架上 的方案 ,如图 2； 由于电瓶电机由于电瓶的能量密度不高不适于较长时间的工作，且电机的尺寸又受重量限制因此扭矩的大小也因此而受到限制，从而影响切削的进行。 b 电瓶电机 组合，将 电机置于背架上的软轴传动方案 , 如图 3； 由于软轴传动效率不如轴，且国内外软轴应用较少，所以此方案不合适 c 动力源采用 汽油机 ，将汽油机置于背架上的 轴传动方案如图 4； 汽油机由于功率大、体积小、质量小且能输出大的扭矩。相对电瓶电机的动力源有明显的优势，考虑到使用时的方便性，采用轴传动的方案。将减速器置于背架上的以汽油机为动力源的方案为最优的方案。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 图 2 电瓶电机 轴传动 组合 图 2 3 电瓶电机 软轴 轴传动 组合 图 3 4 汽油机轴传动 组合 图 4 1 总体方案设计 2 体结构 总体结构由以下几个方面组成（结构示意图如下所示）： （ 1）动力源：指汽油机 （ 2） 减 速机构： 指减速器 ; 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 （ 3）转换机构：由 联轴器，轴，锥齿轮轴 组成； （ 4）执行机构：指圆盘锯 （ 5）支撑件：主要指 切割机机身及背架 ； （ 6） 切割机高度调节机构：由控制杆和背架带 组成 ； （ 7）传动机构： 主要是转动轴； 六角开槽螺母 图 5 结构示意图 5 传动路线 背负式山地灌木切割 机的传动路线如图 6 所示 ，由 （ 汽油机 ） 产生的 动力经过带传动到（ 减速机 ）上 ，在经（联轴器） 传递到主 轴上， 再经过 一对（锥 齿轮 ） 传动 将动力传递到执行机构 （圆锯盘） 上。 从此种传动方案上可以看出有以下几种优点： （ 1）传 动路线简单，紧凑，而且还能很好的保证大小齿轮的传动比，从而保证切割 的速度。 （ 2）使用齿轮机构，传动效率高。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 图 6 传动简图 6 要技术参数 剪切力 F= 剪切最大直径 40 效率： 2亩 /小时 3、 动力 选取 切割过程中的功率 ： 本机采用汽油机为动力，圆盘踞锯片，最高转速约在 1000r/ 总效率7654321 =,7654321 为从动力源到圆锯片之间传动机构和轴承 效率 ，由 2 查的 V 带传动 。滚动轴承 ，圆柱齿轮传动 ，圆锥齿轮传动 。 故 =资料选择 汽油机选择型号为 1冷单缸二冲程） 汽油机转 速在 3000此传动比选 3 4为合适 计算传动装置传动比和分配各级传动比 1）、传动装置总传动比 410004000 wm m i 0 044 0 0 012 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 各轴输出功率 按汽油机额定功率 Po= 2P = 1=P= 2=P = 3P 76 =轴的转矩 0 5 09 5 5 0 000 0 5 09 5 5 0 111 0 5 09 5 5 0 222 0 5 09 5 5 0 333 0 5 09 5 5 0 444 轮设计 汽油机与减速器之间用普通 V 带传动，汽油机额定功率为 速0001 ,减速器的输入转速 ，冲击较小，每天工作 8 小时 。 计功率 根据工作情况由 1 表 8的工况系数 K ， （ 4 定带型 根据 0001 ，由 1 图 8定 Z 型 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 计算传动比 i 1/ 21 定带轮 的 基准直径 1验算带速 V 小带轮基准直径 1 1 表 8 1 表 8小带轮基准直径 01 带速 d 0060 4 0 00501 0 0060 11 （ 4 大带轮基准直径 0 确定 V 带的中心距 a 和基准长度 初定轴间距 )(2)(1021 （ 4 )5050(2)5050( a 取 000 所需 V 带基准长度 050(210024)()(2202122100(4查 1 表 8取 00实际轴间距 2 3574001002 00 (4 包角计算 211 1 8 0 5 7 . 35 0 5 01 8 0 5 7 . 3 1 8 02 0 1 . 5 (4 带根数计算 单根 V 带的基本额定功率 ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 根据 1 50dd 和 1 4 0 0 0 /n r m 由 1 表 8 4a 得 Z 型 V 带的 定功率的增量 1P 根据 1 4 0 0 0 / m i 和 1i 由表 8 4b 得 Z 型 V 带的 1 0P 根据 1 180 查 1 表 8 1K 根据 00查 1 表 8 K=以 V 带的 根数 Z 11 K K (4= 所以 取 3 根 . 计算单根 V 带的初拉力得最小值 20 2 . 55 0 0 1 m vK z v (4由 1 表 8得 Z 型带 0 /m K g m ，所以 20 2 . 55 0 0 1 m vK z v (4=165N 算压轴 力 轴力的值为 =990N 工作图 图 7 带轮工作图 7 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 齿轮 设计 该机一天工作 8 小时，工作年限为 10 年，锯切工作较平稳，转向不变 。齿轮传动有直齿和圆锥齿 。 切割机 为 圆 锯切，冲击较小，工作速度不是很高，故可选用 7 级精度 。 根据 2 选择直齿圆柱齿轮为号钢。硬度为 240圆锥齿轮的材料为 20经调质及表面淬火，齿面硬度为 56度等级为 7 级。按硬度下限值， 由 2中 图 10d）中的 质量指标查的 l i m 1 l i m 2 600 P a；由 2 图 10d）中的 质量指标查 得 12 420E F E F M P a ， l i m 1 l i m 2 200 P a 选小齿轮齿数 1Z =18，大齿轮齿数 2Z =4 18=72 试算小齿轮分度圆直 径 由 1 中 设计计算公式（ 10 9a） 进行试算。既 (4确定公式内的各计算数值 1) 试选载荷系数) 小齿轮传递的转矩 0 5 09 5 5 0 111 3) 由 1 中 表 10取齿宽系数d=116 0 6 0 4 0 0 0 1 ( 8 3 0 0 1 0 ) 5 . 7 6 1 0hN n j L (4由 1 图 10得接触疲劳系数 1 ， 2 4) 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由 1 式（ 10 1 l i m 11 0 . 9 0 6 0 0 5 4 0H N M P 2 l i m 22 0 . 9 5 6 0 0 5 7 0H N M P = (4买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 计算圆周速度 V=4000/60 1000=s (4计算齿宽与 齿宽 齿高之比 b=数 m=8= (4齿高 h=b/h= 计算载荷系数 根据 V=s， 7 级精度，由 1 图 10得动载荷系数齿轮 K,由 1 表 10得使用系数 由 1 表 10得 7 级精度 ，小齿轮相对于支承非对称布置时， b/h= 1 图 10载荷系数 K= 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 由式 1 （ 10 m=d1/8= (4按齿根弯曲强度设计 由式 1 （ 10弯曲强度的设计公式为 13212 F a s (4确定公 式内的各计算数值 1）由 1 图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 1 420 P a ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2 420 P a ； 2）由 1 图 10得弯曲疲劳寿命系数 1 ； 2 ； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 3） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=式（ 10 111 0 . 8 7 4 2 0 2611 . 4F N F S 222 0 . 9 0 4 2 0 2701 . 4F E F S 载荷系数 K=） 查取齿形系数 1 ； 2 ； 5）查取应力校正系数 由 1 表 10得 ； 6）计算大、小齿轮的 并加以比较 111 2 . 9 1 1 . 5 3 0 . 0 1 9 5 6261F a S 222 2 . 2 3 6 1 . 7 5 4 0 . 0 1 4 5 3270F a S 小齿轮的数值大 设计计算 13212 F a s (4=合分析考虑，取 m= 7出小齿轮齿数 1Z =d1/m=27/8 大齿轮的齿数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 2Z =u 18=72 这样设计出来的齿轮传动，即满足了接触疲劳强度，又满足了齿根疲劳强度 。 几何尺寸计算 计算分度圆直径 11 1 8 1 . 5 2 7d z m 22 7 2 1 . 5 1 0 8d z m 计算中心距 12( ) 2 ( 2 7 1 0 8 ) 2 6 7 . 5a d d 计算齿轮宽度 1 0 . 5 2 7 1 3 . 5 1B =15 2B =20 验算 1T / 1d =2 1380/27=b=2 ,该轴 5 支撑杆的 设计 切割过程圆锯片的切削力为纵向锯切，影响切削力有多个因素：于灌木种类、每齿进给量 路宽度 b ，锯齿的锐利程度 切削角度 ，斜挫角 ，以及灌木含水率 w 等有关，纵向锯切功率 P=0 102 以黄杨为例 手工进给取 m/ P=削力 ， 600工作杆的全长， 杆的直径 D=30文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 30 00手握点 距 活动点的距离， C 点 处 有 夹紧装置 。 在切割工作时，圆锯片所受的径向力与切削力基本相等，则工作 杆受力如图 图 14 受力分析图 14 支撑杆的扭转强度校核 杆所受的扭矩为 T=L=180=中空心杆的抗弯截面系数 3 4 3 41 0 . 2 116T = (51 1直径 d 大圆直径 扭转应力为 T =5 扭转强度完全可以保证 按弯矩强度条件效核 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 31 作出轴的计算简图 支撑杆在 0 和 90 之间变动时，在 0 时 工作头和支撑杆的重力所产生的弯矩最大 而此时 的弯矩图如图 图 15 支撑杆弯矩图 15 弯矩图中可以看出危险截面为肩带 处，此处的弯矩为 M=弯截面系数为 34 3 44331 0 . 1 132200 . 3 0 1 2 1 6 6 . 6 630 (5满足弯曲强度要求 6 轴上键的选择及键联接强度校核 键的选择准则 键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点、使用要求和 工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来选定。键的主要尺寸是其截面尺寸（一般以键宽 B键高 H 表示 ）与长度 L。键的截面尺寸 B 由标准中选取定。键的长度 L 一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 32 略短于轮毂的长度；而导向平键则按轮毂的长度及其滑动距离而定。一般轮毂的长度可取为 L=（ ） d，这里 d 为轴的直径。所选定的键长亦应符合标准规定的长度系列。普通平键和普通楔键的主要尺寸可以查阅机械设计手册 1。 齿轮 轴键的选择 选择键的联接的类型和尺寸 齿轮 轴上 四 处有键 槽，键槽用于齿轮的定位 。 一般 8 级以 上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键联接， 故选用圆头普通平键 A 型。 低速轴 的轴径为 D=30机械设计手册中可以查的截面尺寸为： 8 10，即宽度 10度为 8轮毂长度并参考键的长度系列，取键长 L=25 告诉 的轴径为 D=16机械设计手册中可以查的截面尺寸为： 8 8，即宽度为 8度为 8轮毂长度并参考键的长度系列，取键长 L=18 校核键联接强度 1) 安装 低速 齿轮的键的强度校核 键、轴的材料为钢，齿轮的材料也为钢， 故查 2 得： p =100 120平均值， p =110的工作长度 l=25键与轮毂键槽的接触高度 K=8=4式得： m p am p ak l (6故合格 2）安装 高速齿轮 处的键的强度校核 键、轴的材料为钢，轮毂为铸铁，所以以铸铁的许用挤压应力计算，查机械设计手册得： p =50 60平均值， p =55的工作长度 l =18键与轮毂键槽的接触高度 K=8=8式得： m p am p ak l 故合格 7 润滑 滚动轴承的润滑 根据 1表 10 : 速轴 d 高速轴 5 4000 104 (7买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 33 速轴 = d 低速轴 0 1000=104 (7 选定轴承的润滑方式为 脂 油 润 ,润滑 脂 选用钙基润滑油脂（ 2号。 本次我所设计的 背负式山地灌木切割机 所有运动副均可采用钙基润滑脂，特别是轴承部分采用钙基润滑脂 2 （参照 具体的钙基润滑脂代号为 2 号。该润滑脂抗水性好，适用于农业机械设备的轴承润滑，特别是适用于 高温的工作 场合。 8 背架的设计 根据减速器和汽油机得尺寸来初步确定背架的外型。 具体尺寸见背架 焊接图。 9 其他部件 的 选择 1) 保护罩 为了起安全和避免木屑的飞溅，在圆盘锯的外围加上一工程塑料的保护罩 。 2) 齿轮罩 为了防止灰尘和避免油污弄脏衣物，在齿轮外围加上一工程塑料的齿轮罩。 3) 背带 为了使工作者能舒适的使用此机器，在工作杆上加一背带，工作者可以通过背带将整个机器背负肩上。 4) 控制架 为了便于操控工作杆，特在其上加以控制架，并置一开关在控制架上，用来控制汽油机的工作与否 。 5) 离合器的设计 采用电磁离合器，通过开关来控制汽油机的工作 。 6) 锯片的选择 选择 直径为 200 10 结论 毕业 设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程 。“ 千里之行始于足下 ” ，通过这次 毕业 设计，我深深体买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 34 会到这句千古名言的真正含义 。 我今天认真的进行 毕业 设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 。 说实话， 毕业 设计真的有点累 。 然而，当我一着手清理自己的设计成果， 慢慢 回味这 几个月 的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消 。 虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生 的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中 “ 春眠不知晓 ” 的感悟 。 通过 毕业 设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致 。 毕业 设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有 几次 次因为不小心我计算出错，只能毫不 留情 地重来但一想起 全腊珍教授 平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种高 度负责，认真对待的良好习惯 。 这次 毕业 设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练 ， 短短 几个月的毕业 设计，使 我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知 道自己并不会用 。 想到这里，我真的心急了，老师却对我说，这说明 毕业 设计确实使 你有收获了 。 老师的亲切鼓励了我的信心，使我更加自信 。 最后，我要感