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毕业论文（设计）任务书学生姓名学 号年级专业及班级指导教师及职称学 部毕业论文（设计）题目 无动力滚刀式草坪修剪机 主要内容和要求（宋体五号，行间距单倍行距）由于现代社会的飞速发展，国家推行地域城市化建设，城镇规模越来越大，各高.中档社区如雨后春笋迅猛发展。人们也越来越注重园林草地来美化环境，改善人们居住环境的质量。大量的社区草原需要园林工人管理，其中最常见的工作就是经常修剪草坪，这也是工作强度大，费时费力的工作。通常采用的工具是机动修剪机，但其劳动强度大，噪音大。本设计是一种无动力滚刀式草坪修剪机，充电机架，滚刀手把组成。是一种机构紧凑，方便实用，无污染，成本低的人力型修剪机技术规模参数；1. 修剪幅宽0.4m，修剪高度（离地）5-10cm修剪草高20cm以下；修剪效率200/小时2. 修剪机重量；15kg;扶把高度1.2-1.5m可调3. 滚刀式手动螺旋搅龙式刀片要求；1. 进行修剪机结构设计2. 分析其工作原理，分析修剪受力情况3. 画出整机装机配图，分析零件进行设计计算4. 撰写设计计算说明书一分（1500字）5. 画CAD装配图，零件图（全部3张.0号纸）6. 查阅参考资料文献20篇以上。注：此表如不够填写，可另加附页。主要参考资料（具体格式以规范化要求规定为准）1 草坪机械使用与维护手册 陈传强编著2 人机工程学 丁玉兰编著3 园林机械 王勇进编著4 草坪机械使用与维护手册 陈传强编著5 农机化研究北京 中国农业机械出版社6 2010年草坪割草机产品国家林业局抽查总结报告7 农业机械学镇江农业机械学院主编8 机械设计 西北工业大学机械原理几机械零件教研室 濮良贵编著 9 机械设计手册 成大先 主编 化学工业出版社出版10农业机械设计手册 中国机械化科学研究委员会主编 11农业机械制造工艺学 东北农学院主编 农业出版社出版12畜牧机械装备与维修 王伟 主编 人民机械出版社出版 13农业大学学报14林业大学学报15复合材料工艺学 国防科技大学出版社 肖翠蓉16机械设计手册M徐灏等著 北京：机械工业出版社，2003.17机械设计M. 邱宣怀著 第三版.北京：高等教育出版社，1989.18最新轴承手册 张松林主编 北京:电子工业出版社,2007年.19 中国机械化科学研究委员会.农业机械设计手册M.北京：机械工业出版社，2007.20 现代机械设备设计手册M. 陆元章著 北京：机械工业出版社，2000.工作进度安排（宋体五号，行间距固定值22磅）起止日期 主要工作内容下达任务书查阅文献、收集资料完成开题报告总体方案设计总装图和零件图的绘制撰写设计计算说明书提交毕业设计正稿准备答辩并修改注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。毕业设计( 论文)网: 毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名年级专业及班级指导教师及职称 开题时间 年 月 日毕业论文（设计）题目 无动力滚刀式草坪修剪机设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等） （宋体五号，行间距单倍行距。 ）1.1 选题的研究背景在剪草机问世之前，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剪草机，1902 年英国人伦敦恩斯制造了内燃机做动力的滚筒式剪草机，其原理至今还在使用。在西方发达国家，20 世纪初期，剪草机就得到了快速的发展。我国目前生产的剪草机以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。滚刀式剪草机由带有刀片的滚筒和和不动的床刀组成。它较旋刀式剪草机有更好的修剪质量，是高质量草坪最常用的剪草机型。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剪草机。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。其中以小型汽油机作为动力的较为普遍，而柴油机多用于大型的剪草机械，如牧场的割草机。1.2 无动力手推式割草机国内外的发展状况据调查，国内生产剪草机的厂家大约有 50 家左右。多数为园艺系统的公司以及转产剪草机的机械厂。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 草坪剪草机，占国内市场的 50%，现年产 5000 台。目前正着手进行年产 5 万台剪草机的技术改造，其动力选用日本本田发动机。南通机床厂为转产生产剪草机的厂家。其产品为地草王系列产品；56 厘米自走式草坪剪草机（4.5 千瓦），84 厘米随进式剪草机（7.8 千瓦），84 厘米电启动式剪草机（7.8 千瓦），122 厘米坐骑式剪草机（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。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，目前市场上进口的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，毕业设计( 论文)网: 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，监测快捷，安全性高。（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。目前草地草坪业投入始终严重不足，相对支持力度减缓甚至下降，使得许多割草机械制造企业纷纷转产或停产，再加上我国与欧美等发达国家存在着技术、制造手段、工艺等方面的差距，制造能力和水平进一步拉大了距离。如现有割草机械生产制造企业的产品质量低，使用故障多、可靠性差。往复式割草机工作半天即需刃磨，使用可靠性不到80。国外割草机工作 400 公顷，故障率仅为 4左右，而我国的产品在同样的作业量其故障率为 25左右。在相同作业情况下，我国的割草机完成的工作量比国外同类机型相差一半。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 主要参考文献 1 草坪机械使用与维护手册 陈传强编著2 人机工程学 丁玉兰编著3 园林机械 王勇进编著4 草坪机械使用与维护手册 陈传强编著5 农机化研究北京 中国农业机械出版社6 2010 年草坪割草机产品国家林业局抽查总结报告7 农业机械学镇江农业机械学院主编8 机械设计 濮良贵编著 西北工业大学机械原理几机械零件教研室 9 机械设计手册 成大先 主编 化学工业出版社出版10 农业机械设计手册 中国机械化科学研究委员会主编 11 农业机械制造工艺学 东北农学院主编 农业出版社出版12 畜牧机械装备与维修 王伟 主编 人民机械出版社出版 13 农业大学学报14 林业大学学报15复合材料工艺学 国防科技大学出版社 肖翠蓉16机械设计手册M徐灏等著 北京：机械工业出版社，2003.17机械设计M 邱宣怀著 第三版.北京：高等教育出版社，1989.18最新轴承手册 张松林主编 北京:电子工业出版社,2007 年.19 中国机械化科学研究委员会.农业机械设计手册M.北京：机械工业出版社，2007.毕业设计( 论文)网: 20 现代机械设备设计手册M. 陆元章著 北京：机械工业出版社，2000.研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等） （宋体五号，行间距单倍行距）研究目的；由于现代社会的飞速发展，国家推行地域城市化建设，城镇规模越来越大，各高.中档社区如雨后春笋迅猛发展。人们也越来越注重园林草地来美化环境，改善人们居住环境的质量。大量的社区草原需要园林工人管理，其中最常见的工作就是经常修剪草坪，这也是工作强度大，费时费力的工作。通常采用的工具是机动修剪机，但其劳动强度大，噪音大。研究内容；1 割草机的总体方案设计 2 割草机行走轮设计3 凸轮轮设计 4 割草器的选择5 轴的设计 6 轴承的选择7 键的选择 8 平行四杠机构的设计9 三脚架机构的设计研究方法；采用螺旋式切割，二级传动比结构，快速提升切割效率，又最大简化结构，结构材料使用铝-钢结合，操作轻便、灵活。作品保证割草效果，而且突出了休闲健身的功效。技术规模参数；1. 修剪幅宽 0.4m，修剪高度（离地）5-10cm 修剪草高 20cm 以下；修剪效率 200/小时2. 修剪机重量；15kg;扶把高度 1.2-1.5m 可调3. 滚刀式手动螺旋搅龙式刀片预期成果及要求；1. 进行修剪机结构设计2. 分析其工作原理，分析修剪受力情况3. 画出整机装机配图，分析零件进行设计计算4. 撰写设计计算说明书一分（15000 字）5. 画 CAD 装配图，零件图（全部 3 张。0 号纸）6. 查阅参考资料文献 20 篇以上条件保障；1.汤教授的辛勤指导2.个人的学术基础3.电脑及其相关机械设计软件的支持毕业设计( 论文)网: 工作进度安排起止日期 主要工作内容下达任务书查阅文献、收集资料完成开题报告总体方案设计总装图和零件图的绘制撰写设计计算说明书提交毕业设计正稿准备答辩并修改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 日注：此表意见栏必须由相应责任人亲笔填写。专业名称必须是全称，例如“会计学专业” ，班序号用阿拉伯数字“1” 、 “2”标注。此表如不够填写，可另加页。毕业设计(论文) 网: 开题论证记录学 院： 学生姓名年级专业及班级指导教师姓名论文（设计）题目 无动力滚刀式草坪修剪机设计论证小组质疑：1、 对于不同的草坪高度怎么调整2、 在一般情况下，转速的高低对类型的选择有什么影响3、 怎样处理草屑学生回答简要记录：1. 剪草高度可根据要求调整，适应高度调整范围大，当草坪要求修剪很低能达到要求2. 在一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速教高的时候，才会有比较显著的影响3. 草屑收集干净，或被切割部分细碎性能好（草屑撒在草坪中当肥料时），以便于洒落在草坪下及时腐烂。论证小组成员签名注：此表可从教务处网站下载中心下载。记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。 毕 业 设 计无动力滚刀式草坪修剪机设计THE DESIGN OF NO POWER HOB MOWER IN LAWN学生姓名 学 号: 年级专业及班级: 指导老师及职称: 目 录摘 要 .3关键词 31 前言 .41.1 无动力滚刀式草坪修剪机的背景 .41.2 无动力滚刀式草坪修剪机的发展趋势 .41.3 无动力滚刀式草坪修剪机 .71.4 本课题的设计任务 .72 手推式草坪修剪机的总体设计 72.1 工作原理 82.2 手推式草坪修剪机主要的结构 .82.2.2 剪草机构 92.3 用组合法实现增速 .112.4 刀架高度调节机构 .113 手推式草坪修剪机机械结构设计计算 113.1 传动系统 .113.1.1 齿轮的确定 113.1.2 轴的确定 243.2 剪草机构 303.2.1 底刀的设计 313.2.2 滚刀的设计 314 结束语 32参考文献 .32致 谢 33附录 .33无动力滚刀式草坪修剪机设计摘 要:草坪是现代社会的重要组成部分，也是社会文明及环境的重要标志。近年随着草坪面积的增加，对草坪的护养也随之增加。手推式草坪修剪机通过齿轮传动机构把驱动轮的扭矩传给滚刀使滚刀旋转，利用滚刀与底刀相切形成剪刀原理对草坪进行剪切的。本文对草坪修剪机的工作原理，传动系统和剪草机构等具体结构做了详细介绍，并且重点计算确定了传动系统中齿轮和轴的基本尺寸，对各个标准零件、非标准零件的选取也做了相应的计算。在计算数据的基础上用 Auto CAD 完成无动力草坪修剪机的装配图、部分非标准件的零件二维图,并用 Solid Edge 完成所有零件的三维造型和装配。该机具有无污染、无噪音、无振动等优点，适用于庭院草坪，小面积草坪，园林区域草坪。关键词：草坪；草坪修剪机；滚刀 The Design of No Power Hob Mower in LawnAbstract:The lawn is the important part in the modern society, which is an important symbol of the social civilization and the environment. In the recent years, with the increment of lawn area, the lawn cultivating is also increased. Hand mower in lawn is a machine which transfers the running of the wheel to the spiral hob by the gear wheel box. The spiral hob meshes with the fixed tool, which likes a pair of scissors, and cuts down the grass. In this paper，the work principle of the hand mower in lawn, the transmission part, the cut part and the adjusting part are reviewed. The design of the wheels and axes of the gear box is particularly studied. And the choice of the standard parts and non-standard parts is also particularly discussed. The assembly drawing of the machine and drawings of non-standard parts are finished by Auto CAD. Moreover, the three-dimensional shapes are finished by Solid Edge. The machine has many merits which traditional lawnmower does not have, such as without air pollution, noises, vibration and so on. It is fit for court lawn, small area lawn and riot region lawn. Key words: Lawn； mower in lawn； Hob1 前言1.1 无动力滚刀式草坪修剪机的背景在剪草机问世之前，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剪草机，1902 年英国人伦敦恩斯制造了内燃机做动力的滚筒式剪草机，其原理至今还在使用。在西方发达国家，20 世纪初期，剪草机就得到了快速的发展。我国目前生产的剪草机以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。滚刀式剪草机由带有刀片的滚筒和和不动的床刀组成。它较旋刀式剪草机有更好的修剪质量，是高质量草坪最常用的剪草机型。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剪草机。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。其中以小型汽油机作为动力的较为普遍，而柴油机多用于大型的剪草机械，如牧场的割草机。1.2 无动力滚刀式草坪修剪机的发展趋势从世界上第一台滚刀式剪草机的问世,到现在已经过了100多年 ,原来主要应用于牧场的机械已经发展成为有几十个品种,适用于不同场合的剪草机。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。据调查，国内生产剪草机的厂家约有50家左右。多数为园艺系统的公司以及转产剪草机的机械厂。市场上草坪修剪机的品牌很多，有进口产品，也有国内制造和中外合资的。功率从2.616.2 kW，剪幅从43.2127cm 。国内生产厂家主要有：中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司,生产立特牌NEAT 草坪剪草机，占国内市场50% ，现年产5000台。目前正着手进行年产5万台剪草机的技术改造，其动力选用日本本田发动机。安徽飞彩车辆股份有限公司“十五” 期间将进行技术改造，计划年产 6万台剪草机。其中代表产品之一是手扶式宽幅剪草机系列，年产5万台, 以22161型为例，发动机为4 冲程,418 kW ，剪草宽度53cm,自走式；代表产品之二是驾乘式剪草机系列，年产1 万台,以16238HXL型为例，为4冲程，11.7kW,97cm 循环剪草，带驱动。表1 进口剪草机的主要品牌和售价Table1 Major brands and price of the imported lawnmower国别 型式 价格日本 本田H1011 坐骑式带草袋76 cm 5. 2 万元/ 台H3011坐骑式带草袋71 cm 5. 8 万元/ 台LM5360HX自行可控刀式带草袋53 cm 1. 08 万元 / 台美国 MID(美神) ：LM5360HX自行可控刀式带草袋53 cm 1. 08 万元 / 台B560C 坐骑式带草袋76 cm 2. 98 万元 / 台138C 自行式侧除草53 cm 0. 5 万元/ 台Murray(美丽)：2. 62. 8 kW手推式后草袋型22355 型、22545 型手推式侧排草21386 型手推式、21855 型自行式意大利 花园牌：R484TR 自行式带草箱 46 cm 0. 43 万元/ 台瑞典 R484 手推式带草箱46 cm 0. 38 万元/ 台Husovarna 系列剪草机根据国外有关专家的研究,城市人均应有2530 的草坪才能解决人们的二氧化2m碳和氧气交换的需要。下面是国外一些城市人均草坪面积与中国及北京的对比表如表2所示。表2 国外一些城市和中国及北京人均草坪面积Table2 Some foreign cities and the lawn area per capita in china and Beijing从上表可以看出，我国人均占有草坪面积与发达国家相比,有着较大的差距。全国城镇人均草坪面积为1 ，按中国目前城镇人口3亿人计算，全国现有各类草坪面积约2m为3 万 ，若每公顷需5台剪草机,现有市场容量就达15万台。随着中国经济的快速发2h展,剪草机的市场容量将成倍增长。新建草坪有两种方式,一种是以种草种为主,另一种是移植草皮。据不完全统计,历年进口草种的吨数如下，1995年前约为6000t ,1996年为 2500t，1998年为5000t，1999 年为6000t 。一般 1 需20g 草种，按此计算，1999年种草面积为3万 ，移种面积为9万2m 2hm,共约12万 ，若按每公顷需5台剪草机，仅1999年时就需剪草机60万台。2hh按国家建设部规定，2000年后城市绿化面积需达到30%。目前深圳、珠海、厦门等城市的绿化面积已超过此值。城市人均绿地面积需达到7 以上。专家按此标准测算,22000年至2005年重点绿化目标有24万km 的堤坝,3 亿城市居民公共绿地的建设,6 个飞机场的扩建,80余个高新技术开发区,2000个高标准足球场、网球场,200个高尔夫球场,至少需植草坪30多万 。今后6 年平均每年约需56万 草坪,约需剪草机30万台。2hm2hm在草坪的建设过程中,随之而来的相关园林设备的市场无疑是十分广阔的。1.3 无动力滚刀式草坪修剪机 国内目前生产的剪草机以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。滚刀式剪草机由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成。它较旋刀式剪草机有更好的修剪质量,是高质量草坪最常用的剪草机型。适用于草高380 mm 的草坪,其问题主要是价格贵，维修保养要求严格。而旋刀式剪草机(又称悬刀式) 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，它适于2580 mm 范围内剪草。由于其价格低廉,保养、维修方便，使用灵活，只要将刀磨快，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剪草机。以动力划分可分为机动和人推两类。人推的主要是滚刀名称 面积/ 名称 面积/ 2m2m伦敦 70. 4 巴黎 24. 7纽约 45. 7 堪培拉 70. 5莫斯科 37. 0 中国 1华沙 73. 5 北京 8式，机动的分柴油机、汽油机和电动机三种。其中以小型汽油机作为动力的较为普遍，而柴油机多用于大型的剪草机械，如牧场的割草机。在草坪建设中，草坪修剪机是主要的机械设备之一。目前，大片草坪的修剪，一般是使用小型汽油机为动力的草坪修剪机，其速度快，效率高。但对小面积的草坪，如庭院式草坪，使用机动式草坪修剪机就显得“大材小用。它不仅消耗地球上有限的能源，排出的废气对环境造成污染，工作中发动机产生的高分贝噪音对操作者听力造成伤害，同时也严重干扰了附近居民的正常生活；而且，这种类型的草坪修剪机在工作中常伴有强烈的振动，对操作者的双手和身体都有很大的伤害，普通的家庭妇女和有心帮助父母做家务的青少年也很难对其进行正常操作。无动力滚刀式草坪修剪机正是针对这样的情况而设计的，它不需要能源，具有结构简单、体积小、无噪音、无污染、无振动等优点，适用于小面积草坪，庭院式草坪，防暴区域草坪等的修剪。另外，它还备有由蓄电池驱动的小型电动机，在操作者体力欠佳或不愿意过度疲劳的情况下，可以替代人力驱动滚刀进行修剪。随着人民生活水平的不断提高和庭院式草坪的增加，手推式草坪修剪机将拥有更广阔的市场，成为对庭院式草坪进行修剪养护的理想机具。1.4 本课题的设计任务本课题要求通过手推式草坪修剪机构造及工作原理的了解分析，深入理解其整体系统的结构原理，进行系统总体设计、附件的详细设计、并对其部分零件进行强度校核。这次课题设计的手推式草坪修剪机，主要设计参数如下：1)修剪幅宽 0.4m，修剪高度（离地）5-10cm 修剪草高 20cm 以下；修剪效率 200/小时2)修剪机重量；15kg;扶把高度 1.2-1.5m 可调3)滚刀式手动螺旋搅龙式刀片2 手推式草坪修剪机的总体设计手推式割草机的动力是来源于行走轮驱动，即靠人的推力来驱动。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。设计扶手以及支架的尺寸，并且根据不同性别和不同年龄将扶手的高度和倾斜角度设计成可以调节的。站立工作时操作的有关尺寸，以及人体需要的可能活动空间。由人机工程手册 查得，人体身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推杆距地面的高度取为1000毫米,且可在850-1300毫米之间调节，符合人体作业适应度。设计原则：工作场地的高度取决于作用力、操作者的身高、操作者操作物件的尺寸、以及视野范围。(1)精密工作，靠肘支撑工作。（设计尺寸针对男性：105115 毫米 针对女性：100110 毫米）(2)轻手工工作（男性：95100 毫米 女性：9095 毫米）(3)用劲大的工作（男性：8095 毫米 女性：7590 毫米）本设计属于(3)范围内的设计。又因为该割草机是手推式的，动力来源于人的行走以及推力。应考虑到其结构尺寸方面的因素，因而外轮直径不宜过大。如果轮子直径过大，则推行起来比较容易，比较省力，但是达不到往复式切割的速度要求，其速度要求要大于0.8m/s,如果小于这个速度,那么草将被撕裂和扯断,而不是被切割了;如果轮子直径过小,则推行比较费力,不能达到设计要求,要满足人的推力在200N左右都能推动这部割草机才行。2.1 工作原理无动力手推式草坪修剪机结构如图 1 所示。其底部装有四个轮子，可随意移动。剪草时，手扶手把向前推动剪草机，两个前轮（即驱动轮）沿地面向前滚动。前轮内镶有内齿轮，通过三级增速传动机构，将前轮的转动传给滚刀轴，从而带动滚刀向前旋转。螺旋状的滚刀刃与底刀刃相切作用形成剪刀原理，构成一对剪刀，将由滚刀揽至的草茬剪断，剪断的草将沿滚刀旋转方向被带入集草袋，或因草屑很短，将其留置草坪中，成为肥料。考虑到剪草劳动强度比较大，对操作者的体能有一定的要求，在未镶有内齿轮的另一前轮内安装了由蓄电池驱动的小型直流电动机，用套筒联轴器将其转动轴与滚刀轴联结。当操作者不使用前轮滚动来驱动滚刀时，可将蓄电池接上，滚刀便由直流电动机驱动。滚刀的转动反传给带超越离合器的齿轮，由于该齿轮的转速大于与之联结的轴的转速，这样在超越离合器作用下该齿轮将相对轴做超越运动，和由前轮传给轴的转动不发生干涉。因此,当推动剪草机向前运动时滚刀正向旋转,相反当拉动剪草机向后运动时滚刀因超越离合器的作用而静止不动,从而可以获得平坦光滑的草坪。图 1 剪草机视图Fig1 Lawnmower view2.2 手推式草坪修剪机主要的结构手推式草坪修剪机的总体机构可分为两大部分：传动系统和剪草机构。2.2.1 传动机构传动系统是修剪机传动与变换动力的装置。(1)传动的重要性。工作机一般都要靠原动机供给一定形式的能量（绝大多数为机械能）才能工作，但是把原动机和工作机直接连接起来的情况是很少的，往往需要在二者之间加入传递动力或改变运动状态的传动装置。其主要原因是：1)工作机所要求的速度，一般与原动机的最优速度不相符合，故需增速或减速（实用中多为减速） 。此外，原动机的输出轴通常只作匀速回转运动，但工作机所要求的工作形式却是多种多样的，如直线运动，间歇运动等。2)很多工作机都需要根据工作要求而进行速度调整，但依靠调整原动机的速度来达到这一目的往往是不经济的，甚至是不可能的。3)在有些情况下，需要用一个工作机带动几个工作速度不同的工作机。4)为了工作安全及维护方便，或因机器的外廓尺寸受到限制等其他原因有时不能将原动机和工作机直接连接在一起。由此可见，传动装置是大多数机器或机组的主要组成部分。实验证明，传动装置在整台机器的质量和成本中占有很大比例。机器的运转性能和运转费用在很大程度上决定了传动系统的优劣。因此，不断提高传动装置的设计和制造水平具有极其重要的作用。2.2.2 剪草机构(1)剪切装置。剪切装置由滚刀和底刀组成，滚刀和底刀结构如图 2 所示。底刀用六角螺栓固定在底刀架上，剪草时位置不动，刀刃为直线型。滚刀的刀片形状为螺旋曲面，刀刃为螺旋线，五片刀片均匀分布固定在刀架上。剪草时，滚刀向前转动，刀刃由一端开始与底刀刃逐点组成剪口，草随着滚刀刀片螺旋面的旋转被卷进剪口内，并被剪断。上下刀刃剪草过程始终为点接触。图2 滚刀和底刀外形图Fig2 The outline of the hob and the bottom knife(2)刀刃间隙调整装置。滚刀和底刀间的间隙，对剪草机构的性能影响很大。间隙太大，草茬不容易被切断；间隙太小，刀刃容易磨损，且切削负载加大。因此要调整好此间隙的大小。刀刃间隙是通过调整底刀架相对滚刀的位置实现的。调整时，左右螺栓必须均匀地进行。首先拧松底刀的固定螺栓，旋转手轮，使螺栓旋转，进而使底刀架前后移动，根据剪草需要选择底刀和滚刀的间隙。以滚刀能用单手轻轻拨动，两刀刃口在全刃内微微相檫，均匀切合，并能剪去 0.1mm 厚的纸片时为最佳的调整位置。选好后将固定螺栓拧紧，即完成底刀和滚刀刀刃间的间隙调整。(3)剪草高度调整装置。剪草高度调整装置由装配图中的调节高度块、支架、螺栓、螺母组成。调整底刀刀刃距地面的高度，即可以调整草坪保留的高度。调节高度块上开有三个圆孔，最下面一个 13mm 的圆孔与后轮轴联结，只要将上面两个 11mm 的圆孔之一与支架上三个同直径的圆孔之一对齐，用螺栓将其联结，就可以达到调整剪草高度的目的。把螺母拧下，将螺栓取出，根据剪草高度需要选择调节高度块上合适的圆孔之一与支架上圆孔之一配合，用螺栓固定，然后将螺母拧紧，就可完成对剪草高度的调整。(4)离合器装置。离合器装置是为了使剪草机正向剪草反向停止旋转而特意设置的工作装置，它是由齿轮和其内的弹簧和钢球组成。剪草时，钢球在弹簧的作用下压紧齿轮内壁迫使起和其他齿轮啮合，从而带动滚刀旋转然后与底刀相切剪草的，当手扶手拉动剪草机向后运动时，由于该齿轮的转速大于与之联结的轴的转速，这样在超越离合器作用下该齿轮将相对轴做超越运动，使得滚刀轴静止不动，不与齿轮轴发生干涉。2.3 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，这样在剪草机动力输入构件轮子和执行构件滚刀之间，可以采用链传动，带传动和齿轮传动。由此，设计了以下几种传动方案。为了让设计的剪草机结构紧凑，可以采用齿轮传动。而齿轮传动有直齿圆柱齿轮传动，斜齿圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。由于蜗轮蜗杆传动的传动效率低，一般是蜗杆为主动轮，且轴线空间交错，用来做剪草机，会使得支撑结构复杂。圆锥齿轮传动的轴线相交，且其中一个齿轮需悬挂，也会使剪草机机构复杂。直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的轴线互相平行，支撑结构较简单，同时剪草机的速度不高，载荷也不大，因此，可以选择直齿圆柱齿轮作为增速机构。由于齿轮传动的传动比不能太大，增速不够明显，因此采用直齿轮加链轮传动的组成方案。机构组成方案如图 3 所示。图 3 传动简图Fig3 Transmission diagram2.4 刀架高度调节机构我们还希望所设计的剪草机能实现剪草高度的调节。要实现此功能，还需要增加一个能使刀架（包括活动刀片和固定刀片）沿垂直方向移动的移动副，同时又要保证两链轮之间的中心距保持不变，因此选用曲面滑块,如图 4 所示 。18图 4 曲面滑块Fig4 Surface slider3 手推式草坪修剪机机械结构设计计算3.1 传动系统手推式草坪修剪机的传动系统由齿轮、轴、轴承和离合器等组成，下面着重介绍齿轮和轴的确定、计算和校核。3.1.1 齿轮的确定(1)选定齿轮的类型，精度等级，材料以及齿数1)按照图 21 所示的传动方案，因为齿轮受轴向力很小，故选用直齿圆柱齿轮传动，制作比较简单可以降低成本。2)该剪草机工作时的速度较低，所以选择 8 级精度（GB10095-88） 。3)材料选择。由轮齿的失效形式可知，设计齿轮时，应该使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合以及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断的能力。因此，对齿轮的材料性能基本要求为：齿面要硬、齿芯要韧。一般齿轮材料有钢，铸铁，以及非金属材料。齿轮材料的选择原则：齿轮材料必须满足工作的要求；应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型的方法以及热处理和制造工艺：如正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可以用于制作在中等冲击载荷平稳下工作的齿轮；合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下的齿轮；飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢；金属制作的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为 3050HBS 或更多。由剪草机的工作条件可知对齿轮材料要求不高，而且大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，因此可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。根据齿轮材料选择的原则以及常用材料的力学特性选择大小齿轮的材料为 ZG310-570，采用表面淬火。由原始数据选定电动机型号为 Y160M-4。滚刀轴转速为 1000r/min。初步估计轮子直径 320mm，内齿轮直径 270mm；根据需要滚刀每秒次数为 20 转左右，定传动比为。由此可以得出转矩 T 为： T= =11042N mm12318i 69.510pn齿轮 1，2 的确定及计算1)初步计算转矩 根据以上数据计算得 =11042N mm 1T 1T齿宽系数 由参考书 表 12.13，取得 =1.0d2 d接触疲劳极限 由参考书 图 12.17d =1250MPalimH lim1H参考书 图 12.17c =710MPa2 li2初步计算的许用 0.91Hlim1接触应力 =0.9 1250 =1125 MPaH1H0.92Hlim2=0.9 710 =639MP2H值 由参考书 表 12.16，取 =85 =85dA2dAdA初步计算齿轮 1 的直径 1d（1）321HdTA1其中： 为转矩；1T为齿宽系数；d为接触应力。 H=85 （2）321HdTA3210431.69=28.1mm 取 =30mm1d初步齿宽 = =1.0 30 =30mm bbd1 b2)齿轮 1，2 的校核计算圆周速度 = v v1n60d（3）= m/s3016 .57精度等级 由参考书 表 12.6 选 8 级精度2齿数 和模数 初取 ； zm17z1375uz/0/.6d由参考书 表 12.3，取 mm mm2.m1.75则 ，圆整取 13/17.5zz2u2齿轮 1 直径 mm mm1d1.29.dmz 19.75dmm mm075bb使用系数 由参考书 表 12.9 AK2 .2AK动载系数 由参考书 图 12.9 V 15V齿间载荷分配系数 由参考书 表 12.10，先求H2N （4）10472.39.5tTFdN/mm （5）.12AtKbN/mm021.83()cosz175.61.634.630.893Z0.89Z由此得 221HK 1.26HK齿向载荷分布系数 由参考书 表 12.11H（6）bCdbBA3210)(6.01231.0960.1.0129.75其中： 。1.36HK载荷系数 （7）AVHK1.25.6132.46K弹性系数 由参考书 表 12.12 EZ 189EZMPa节点区域系数 由参考书 图 12.16 H2 .5H接触最小安全系数 由参考书 表 12.14 minS min0S总工作时间 预期使用寿命 10 年，每年 100 个工作日，每个工作日时ht间为 2h，则：h102ht20ht应力循环次数 （8）LN6Lhrnt01.LN821/.2/3LNu7240接触寿命系数 由参考书 图 12.18 NZ 1.5NZ2许用接触应力 MPa Hlim11n250.1HNZS1369HMPali2 7.28验算 （9）21HEKTZbdA2.46103189.50.975MPa72H计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。(3)确定齿轮 1、2 传动主要尺寸实际分度圆直径 mm mmd1.75129.mz129.75dmm mm288中心距 mm mma12().75(1)59.mza59.a齿宽 mm 取 mmb1.09.db13bmm20其它尺寸 ： mm *1()fachm(.25)1.7.85mm*mm1129.73ffdmm5215aahmm*2()(0.).2.87fcmmm*1.7amm22895.14.5ffdhmm.927aa(4)齿轮 1、2 齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 0.750.5.2.164Y0.71Y齿间载荷分配系数 由参考书 表 12.10， FK/FK.4FK齿向载荷分布系数 /3/(.).bh由参考书 图 12.14 2 1.5F载荷系数 AVF1.5.4153.04K齿形系数 由参考书 图 12.21 FaY2 1295FaY.应力修正系数 由参考书 图 12.22 Sa2 13Sa2.7弯曲疲劳极限 由参考书 图 12.23c MPalimF2 lim10FMPali26弯曲最小安全系数 由参考书 表 12.14 inFS2 in.5FS应力循环次数 LN 810LN724弯曲寿命系数 由参考书 图 12.24 NY2 10.95NY28尺寸系数 由参考书 图 12.25 X2 .X许用弯曲应力 (4)Flim11nFNXYSMPa60.9521456Flim2nFNXMPa4.815 23F验算 （10）11FFaSKTYbd23.042.95130.77MPa1F1F221aSY.37095MPa26F2F传动无严重过载，故不作静强度校核。(5)齿轮 3、4 、5 的确定计算。齿轮 3 用 20Cr，渗碳淬火+低温回火处理，硬度为5662HRC，平均取 59HRC；齿轮 4 用 40Cr，调质处理，硬度 241HB286HB，平均取260HB；齿轮 5 用 45 钢，调质处理，硬度 229HB286HB，平均取 240HB。计算步骤如下：1)初步计算转矩 N mm3T3213042T3126TA齿宽系数 由参考书 表 12.13，取得 d d.0接触疲劳极限 由参考书 图 12.17d limH2 lim35MPaH参考书 图 12.17c li471初步计算的许用 H3lim30.9接触应力 H125H325PaH4lim4.0.971H4639MPa值 由参考书 表 12.16，取 =85 =85dA2dAd初步计算齿轮 3 的直径 ： 3d123HdTA（11）3216859mm 取 mm43d45初步齿宽 mmb31.045dbb2)齿轮 3 校核计算圆周速度 m/s （12）v336nv0.785v精度等级 由参考书 表 12.6 选 8 级精度2齿数 和模数 初取zm34318;186zuzmm/5/.d由参考书 表 12.3，取 mm mm22.5m2.5m则 3/4/.18z318z436u46mm32.5*7.d使用系数 由参考书 表 12.9 AK 1.25AK动载系数 由参考书 图 12.9 V2 V齿间载荷分配系数 由参考书 表 12.10，先求HN 3164735tTFd（13）N/mm.20.94AtKbN/mm1341.8()cosz1.832()cos061.6489Z0.89Z由此得 221.60.HK 1.26HK齿向载荷分布系数 由参考书 表 12.11（14）231.6()10HbABCbdA231.090451.36HK载荷系数 KAVHK.251.632.6弹性系数 由参考书 表 12.12 EZ 189EZMPa节点区域系数 由参考书 图 12.16 H2 .5H接触最小安全系数 由参考书 表 12.14 minS min0S总工作时间 ht 2ht应力循环次数 LN732410L7341LN43/2uA740接触寿命系数 由参考书 图 12.18 NZ2 31.2NZ4许用接触应力 MPa Hlim33n1250.HNZS340H（15）MPa li44mn7.105HN481H验算 （16）23EKTZbdA2.631189.50.45MPa67HH计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。3)确定传动主要尺寸实际分度圆直径 mmd32.518mz345dmm43690中心距 mma().()a67.a齿宽 mm 取 mmb31.05db435bmm4其它尺寸 ： mm*3()(.2).12fachmmm*12.5amm334.138.75ffdmm0aahmm*4()(.2).2fcmmm*1.5amm442903.18.75ffdhmm29aa4)齿轮 3 齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 0.750.75.2.16Y0.71Y齿间载荷分配系数 由参考书 表 12.10， FK/FK.4齿向载荷分布系数 （17）F/45/(2.)8bh由参考书 图 12.14 1.40F载荷系数 KAVFK1.25.4102.7K齿形系数 由参考书 图 12.21 FaY 39FaY4.应力修正系数 由参考书 图 12.22 Sa2 315Sa4.6弯曲疲劳极限 由参考书 图 12.23d MPalimF2 lim3720F参考书 图 12.23c MPali4弯曲最小安全系数 由参考书 表 12.14 minFS2 min1.25FS应力循环次数 LN 7340LN弯曲寿命系数 由参考书 图 12.24 NY2 3.98NY40尺寸系数 由参考书 图 12.25 X2 1.X许用弯曲应力 Flim33nFNXYSMPa70.981253564Flim44nFNXMPa6.1470F验算 （18）332FFaSKTYbd.72.91530.745.MPa312F3F443aSY.762915MPa40F4F传动无严重过载，故不作静强度校核。5)齿轮 4、5 齿面接触疲劳强度校核计算转矩 N mmT43216TA4625TA齿数 和模数 zm508zu5108z.m分度圆直径 mm mmd52.17527d齿宽 由 mm 取 mmb4b 40b齿宽系数 d/0/9.4d .d圆周速度 m/sv 0.785v精度等级 由参考书 表 12.6 选 8 级精度2使用系数 由参考书 表 12.9 AK 1.2AK动载系数 由参考书 图 12.9 V2 V齿间载荷系数分配系数 由参考书 表 12.10，先求：H2N （19）465147390tTFdN/mm1.2AtKbN/mm451.83()cosz120681.8213Z0.5Z由此得 22.380.5HK 1.38HK齿向载荷分布系数 由参考书 表 12.11（20）bCdbBAH 3210)(6.1223.090.4140HK载荷系数 KAVHK1.25.38142.16弹性系数 由参考书 表 12.12 EZ 89EZMPa节点区域系数 由参考书 图 12.16 H2 .5H接触最小安全系数 由参考书 表 12.14 minS min10S总工作时间 ht 2ht应力循环次数 LN 74LN754/10/3Lu51.30接触寿命系数 由参考书 图 12.18 NZ2 42NZ51.2NZ许用接触应力 H48HMPlim55n801.25NZS5690验算 24bdKTzHE2.16531189.50.90MPa 3H5F计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。6)齿轮 3、4 齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 0.750.75.2.218Y0.6Y齿间载荷分配系数 由参考书 表 12.10， FK/1.8FK152FK齿向载荷分布系数 /4/(.).bh由参考书 图 12.14 2 .4F载荷系数 AVF1.5.142.38K齿形系数 由参考书 图 12.21 FaY2 47FaY5.应力修正系数 由参考书 图 12.22 Sa2 416Sa5.80弯曲疲劳极限 由参考书 图 12.23c MPalimF2 lim4FMPali5弯曲最小安全系数 由参考书 表 12.14 inFS2 in1.2FS应力循环次数 LN 740LN5.3弯曲寿命系数 由参考书 图 12.24 NY2 498NY50.尺寸系数 由参考书 图 12.25 XY2 1.0XY许用弯曲应力 Flim44nFNXYSMPa60.9812547Flim5nFNXMPa4.1536F验算 442FFaSKTYbd.38652.71640.0.Mpa417F4F554aSY2.80716MPa53F5F传动无严重过载，故不作静强度校核。3.1.2 轴的确定(1)轴的材料选择。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中最常用的是45 号钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。必须指出：在一般工作温度下（低于 200） ，各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可以选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压等） ，对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。高强度铸铁和球墨铸铁容易作成复杂的形状，且具有价廉，良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可用于制造外形复杂的轴。根据轴的常用材料及其主要力学性能，结合此处的实际的情况，所受载荷小而且转速低所以三个轴均选择用 45 钢（调质） 。(2)轴 1 的计算 。材料选用 40Cr，轴以传递转矩为主，所以只要进行许用切应力计算即可。1)估算轴径（21）6319.502TPdn3.T31042.5mm 取 mm。715d2)轴的结构设计。轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置以及形式；轴上零件的类型，尺寸，数量以及和轴联接的方法；载荷的性质，大小，方向以及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构因素较多，而且结构形式又要随着具体情况的不同而不同，所以轴没有标准的结构形式。设计时必须针对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应该满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来保证的。轴肩 分为定位轴肩和非定位轴肩两类，利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。另外，轴肩过多时也不利于加工。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。套筒定位 结构简单，定位可靠，轴上不需开槽钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之间的定位。如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的质量及材料用量。因套筒与轴的配合较松，如轴的转速较高时，也不宜采用套筒定位。圆螺母 定位可承受大的轴向力，但轴上螺纹处有较大的应力集中，会降低轴的疲劳强度，故一般用于
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