旋刀式割草机的改进设计【旋刀式割草机的设计】【全套含有CAD图纸三维建模和说明书】
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毕业论文（设计）任务书 学院 机械电气化工程学院 班级 学生姓名 学号 课题名称 旋刀式割草机的改进设计 起止时间 （共 14 周） 指导教师 职称 讲师 课题内容 根据国内现有的 旋刀式割草机 设计适用于 草坪修剪和小型草场收获 的 改进型割草机 ，要求结构简单， 灵活性好， 不缠草，地面仿形能力好 。 具体要求如下： 适配套 动力，设计 工作 装置 和 行 走 仿形 装置。 制三维图 。 拟定工作进度（以周为单位） 第 1 2 周 查阅相关文献，撰 写开题报告。 第 3 4 周 根据现有 的 小型草坪修剪机 和现有 割草机 确定 旋刀式割草机 的 总体 设计方案 ，绘制总体结构简图 。 第 5 6 周 根据工作要求，计算并查阅相关手册，选择和设计各零部件。 第 7 9 周 运用 件，绘制二维零件图和装配图。 第 10 11 周 运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模 并进行运动仿真 。 第 12 周 从工艺性能，经济性能，实用性能等方面对产品进行综合评价、校核、修正。 第 13 周 完成 设计 说明书。 第 14 周 整理材料，准备 答辩。 主要参考文献 （说明：自己填上 8 个主要的） 任务下达人（签字） 同意按此计划进行设计 年 月 日 任务接受人意见 任务接受人签名 年 月 日 注： 1、此任务书由指导教师填写，任务下达人为指导教师。 2、此任务书须在学生毕业实践环节开始前一周下达给学生本人。 3、此任务书一式三份，一份留学院存档，一份学生本人留存，一份指导教师留存。 前 言 割草作为草坪修整的一项最基本作业，人们希望使用简单高效经济适用的割草机械来完成草坪修建作业，并轻松完成割草作业任务。同时，要考虑环境保护和可持续发展的要求，设法减轻工作中对环境的影响，尽量降低其噪音污染，不给周围环境造成负面影响。割草的主要作用是保持草坪上草的可控性正常生长，并通过割草机的修剪，保持人们预期的生长高度以及生长形态，使草坪美化环境的功能和其他功能得到充分发挥。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、简单灵活的手推式割草机。 本设计 讨论分析了 旋刀式割草机 机的基础参数，参考 已有旋刀式割草机 的参数，既要保证 工作 要求，又要尽量减小 噪音污染并提高刀片的时候用寿命 。 设计出一款经济适用，成本低廉，可大范围推广的割草机械，为人们的居住环境的美化提供良好的实现工具。 旋刀式割草机的改进设计 姓 名： 一、课题背景及其意义 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。割草机作为草坪养护的基本工具，已经实现了大规模的生产和使用。一些最新的科学理论、最新的科研成果和最新的科学技术都在这些机械设备上有体现。控制系统方面，单片机、可编程控制器 业控制机控制 些发达国家如美国已经发明机器人割草机，实现了自动化作业。 二、 整机总体设计方案 旋刀式割草机主要万向轮、下机架、发动机、上机架、推杆、工作轴、工业走轮和刀片等组成。汽油发动机提供动力，其输出轴和工作轴通过花键连接，带动旋刀工作，使其实现割草动作，发动机有油门控制旋钮，通过旋转旋钮控制发动机的转速以及停止，从而实现控制旋刀的工作转速， 使其能够在操作者的要求之下工作。机具的行走通过操作者推动割草机来实现，割草机的前轮是万向轮，可以实现割草机的灵活转向。 在割草机工作时，行走的操作者为割草机提供行走动力，并控制使其按人的要求转向；发动机带动刀片旋转实现割草作业。翼片可将刀壳内的空气排出，这时刀壳内形成负压，当草长的较高，割草机前进时，刀壳前部下缘会把草按倒；当草长得茂盛而发生倒伏时，刀壳外的空气刀壳内时，可对倒伏的草起到提升的作用。翼片旋转形成的气流可将刀刃切下的草屑悬浮到气流中，经排草口排除刀壳，就地洒落。 三、主要零部件设计和创新点 销轴调整 可通过使在机架上的销轴插入不同高度的孔来调整旋刀的离地高度，从而实现割草高度的调整。 通过调整改变花键的配合尺寸，从而达到调节旋刀的离地高度，从而实现割草高度的调节。工作轴与传动轴由螺纹管连接，可以固定调整后的高度。 花键连接调节原理 两种方案都可以通过简单的结构实现割草高度的调节，同时简化了机具结构，使得机具的使用和维护都变得简单易行。 方案一的调节更加简单可靠，在使用过程中不容易出现各种故障。 方案二的调节操作更加简便，但是由于机具结构紧凑，不便于频繁操作调节割草高度。 两种方案使用一种就可以达到调节割草高度的使用要求，操作时应避免两种方案同时进行。 片 刀片选材及其结构 参考旋刀式割草机刀片研究的最新进展，刀片材料选用 65温淬火后硬度达 4250以显著改善刀片磨损，提高片的使用寿命。 研究指出，刀片速度为 7197m/片结构上，翼篇形成角其 2535度，翼弦高 1719弦长度为 5676厚 3旋刀引起的空气动力噪声相对较低。 根据以上文献资料确定刀片结构，并作出三维实体模型。 四、结论与展望 1、本文分析了目前国内外草坪割草机械的现状及存在问题，研究了普通草坪的物理状况，为旋刀式割草机参数提供依据。 2、针对当前国内草坪面积不大却形状各异、要求割草灵活方便的问题，结合草坪修剪及方便实用和农艺特点，吸收了 出旋刀式割草机的改进设计的设计思路。 3、在整机设计中，以汽油发动机作为动力，体积小、成本低、工作可靠。采用装配式机架，汽油发动机输出动力带动旋刀工作，发动机固定在机架上方，使整机结构简单紧凑又可根据不同工作环境以及工作要求调整机架。行走轮与机架直接固定，通过推杆实行转向 。 其他零部件经过计算校核后，尽可能采用通用件或标准件，体现了经济、实用、操作简易、维护简单、成本低廉的设计原则。 五、 致 谢 对于这次毕业设计的完成，首先感谢母校塔里木大学的辛勤培育，感谢学校给我提供了如此难得的学习环境和机会，使我学到了许多新的知识、知道了知识的可贵与获取知识的辛勤。 承蒙范修文老师的耐心指导，我顺利地完成了我的毕业设计。在此深深感谢四年大学学习过程中所有授予我知识的老师，感谢你们！同时感谢范修文老师在设计中的方案确定以及设计细节上的指导。 在我的设计过程中，还得到了众多同学的支持和帮助，在此，我对这些同学表示我衷心的感谢和永远的祝福！ 肯请各位老师批评指正！ 12 届毕业设计 旋刀式割草机的改进设计 设计说明书 学生姓名 学 号 所属学院 专 业 班 级 指导教师 起止时间 1 旋刀式割草机的改进 设计 摘 要 ： 对于旋刀式割草机的改进设计方案中，设计了两种旋刀离地高度的调整方案，实现了合理的工作范围。通过对于机架的调整来实现旋刀离地高度的调整，使得这种方案原理简单且容易实现，并在工作时稳定可靠；通过调整输出轴与工作轴的配合尺寸来调整旋刀的离地高度，能够是割草高度范围能够实现连续调整，避免了第一种方案只能在几个固定高度之间的调整的不足。两种方案采用其一便能实现工作要求。同时改进了旋刀结构并采用更加合理的材料以及热处理方法，大大改善了 旋刀的耐磨性使旋刀使用寿命大为提高，同时降低了工作噪音。并且整机原理简单，结构紧凑，机动灵活，成本低廉，方便了机具的使用和维护，适于大范围推广应用，能够很大程度上提高园林工作的机械化率，降低工人的工作强度。 关键词 ： 旋刀；割草；离地高度 0 引 言 割草作为草坪修整的一项最基本作业，人们希望使用简单高效经济适用的割草机械来完成草坪修建作业，并轻松完成割草作业任务。同时，要考虑环境保护和可持续发展的要求，设法减轻工作中对环境的影响，尽量降低其噪音污染，不给周围环境造成负面影响。割草的主要作用是保持草坪上草 的可控性正常生长，并通过割草机的修剪，保持人们预期的生长高度以及生长形态，使草坪美化环境的功能和其他功能得到充分发挥。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、简 单灵活的手推式割草机。 本设计 讨论分析了 旋刀式割草机 机的基础参数，参考 已有旋刀式割草机 的参数，既要保证 工作 要求，又要尽量减小 噪音污染并提高刀片的时候用寿命 。 设计出一款经济适用，成本低廉，可大范围推广的割草机械，为人们的居住环境的美化提供良好的实现工具。 1 设计原理及机构 设计原理 对于 旋刀式割草机 的总体设计，要遵循的设计原则 （ 1）首先满足农艺要求并适应 小区草坪的面积限制 ，具有良好的转向性和操作灵活性。 （ 2）吸收国内外设施农业作业机械的新技术，采用新原理、新结构、新工艺、做到设计合理、使用可 靠、优质高效 、物美价廉 ，能 广泛推广 。 （ 3）零部件的通用化、标准化程度高。 （ 4）整机结构简单、 成本低廉、 操作简便、 维修方便、 质量轻、机动性好。 旋刀式割草机的设计方案 图 1 旋刀式割草机 简图 如图 1 所示，旋刀式割草机主要 工业脚轮、下机架、发动机、上机架、推杆、工作轴、工业走轮和刀片 等组成。汽油发动机提供动力， 其输出轴通过 花键 与 装配有刀片的工作 轴相连， 带动 旋刀工作，使其实现 割草 动作，发动机有油门控制旋钮，通过旋转旋钮控制发动机的转速以及停止，从而实现控制选到的工作转速，实现对旋刀的工作控制。 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 /秒。 由人机工程手册查得，人体身高尺寸（成年男性）多在 170右。因此，推杆距地面的高度取为 1000毫米 ,且可在 8501300 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。 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，因而行走轮直径不宜过大。其旋刀刀尖速度要求达到 7197m/s，在这个速度范围能使选到旋转引起的噪声降到比较合理的水平，并能正常工作。 2 如果轮子直径过大，将会使机具底盘抬高，影响整机的协调性，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。 初步选取外轮直径 =80由人机工程手册查得，人体身高尺寸（成年男性）多在 170此，推杆距地面的高度取为 100可在 100140间调节，符合人体作业适应度。 功率消耗计算 本设计割草机的功率消耗为割草作业的功率消耗，行走动力由人提供，不列入计算。 旋刀式割草机在平坦地面上的割草消耗功率计算公式为 0 / 1 0 2 ( k W )mp v B L ， 式中 机器前进速度（ m/s）； B 机器割副（ m）； 0L 切割每平方米面积的茎干所需的功率，一般取0L =200300。 割草机所需功率为m 2/3 0 2/0 =。 则选用 力的发动机。 由以上分析确定割草机的各项参数： 割草机 的整体宽度： 495 割草机的割幅： 400 割草高度： 2580 旋刀宽度： B=58 旋刀厚度： l=3 机架离地高度： h=200 发动机转速： n=3600r/ 旋刀的转速： n=3600r/s； 旋刀的刀尖速度： v=7197m/s； 切割速度介于 7197间，合适； 人的持续推力为 1520 F=200N； 则 p=00 集草类型：就地洒落。 选取 田 油机 。 2 旋刀式割草机 主要部件的设 计与计算 割草机工作部分 设计 图 2 刀组结构图 如图 2 所示：旋刀通过 螺纹圆柱销定位用螺母 固定在 工作轴 上， 工作轴 通过花键与 发动机输出轴 连接，轴向定位在轴上开 两个 11 的孔用 螺纹圆柱 销定位。工作部件 由 一 组这样的 机构 构成，旋刀可以随时更换。 旋刀的设计 图 3 旋刀结构图 旋刀的结构图如图 3，材料是 65， 等温淬火后硬度为 4250b = , = 。 动轴 的设计 材料是合金结构钢 40质处理，硬度为 28b = , ， = ,轴上一端为内花键，结构 如图 3 图 3 传动轴 结构图 传动 轴的结构简图如上图 3一有内花键 ， 另一端直接与发动机的输出轴相连 ； 通过 花键连接将动力传导至工作轴。 轴径的初步计算 根据轴的扭转强度条件 =T ,式中： 扭转相应切力， T 轴所受的扭矩， ； 轴的抗扭截面系数， 3 n 轴的转速， r ； P 轴传递的功率， d 计算截面处轴的直径， 已知 110,40 0 = 其中 ， 3 得3333 09550000P 9550000= 0 . 2 0 . 2 n n， 对于空心轴， 3 40 )1( n 式中 为空心轴的内径与外径之比，通常取 = 已知 P =n=3600 r/的材料选用 4010,40 0 = 。 将其代入式中，得 实心轴轴径 0 330 = ； 空心轴轴径600 1( 3 43 40 =。 故输出轴的实心部分最小轴径要大于 心部分最小轴径要大于 工 作轴 的设计 材料是合金结构钢 40质处理，硬度为 28b = , ， = ,轴上一端为外花键，结构如下图 4。 图 4 工作轴 轴径的初步计算 同上， 传动 轴的结构简图如上图 3一有加工有外花键 ，与传动轴相连，另一端连接旋刀 ，带动旋刀进行割草作业。 推杆 的设计 材料是低合金结构钢 推杆和推杆套两部分组成，可伸缩满足不同身高的人对割草机的操纵，结构如下 5。 图 5 推杆 结构图 机架的设计 （ 1）机架材料是低合金结构钢 成的结构用冷弯空心型钢，由下机架和上机架两部分组成，可通过调节销轴实现对机架高度的调节，从而实现对旋刀离地高度的调节，实现对割草高度的调节。结构如下 6。 图 6 机架 结构图 （ 2） 销 轴 的选择 销 主要分为用于固定零件之间相对位置的定位销，用于连接的连接销和用于安全装置中 的过载剪断元件的安全销。本设计中上机架和下机架的铰接处用销轴连接。销轴材料选用 35 钢，调质处理，硬度为 2838面氧化。 根据具体的情况要求 以及方便操作的要求，选用销轴 306 （ 882开口销（ 91考虑到割草机工作时对销轴有一些冲击，故取许用剪切应力 0 = ，许用压应力 0 = ，抗拉强度 70 = 。 发动机的质量为 油箱容量为 1L，装满燃油时燃油质量为 机架材料采用 16质量为 作用在每个销轴上的力为 0)=+= 销轴工作面的挤压应力 M P = ， 计算结果： 的强度条件，安全。 销轴的剪切应力 M P 2 =。 计算结果： 的强度条件，安全。 4 销轴的弯曲应力 M P 80. 1. 5b )F ( a 33 = += + 。 计算结果： 的强度条件，安全。 3 旋刀式割草机 传动系统设计与计算 本次设计的手推旋刀式割草机的传动部分采用花键连接的轴组成。当发动机工作使得输出轴转动时，通过花键连接的工作轴旋转，使得旋刀也一起转动，通过旋刀的高速旋转动作，将草坪上多余高度的草割断。 动力传递方 案 动力传动方案如图 7 所示： 图 7 动力传动方案 传动比的计算 电动机的转速为 3600r/ n 表示，旋耕刀的转速为 3600 r/ n 表示， 则割草机的传动比1 = 。 传动系统 计算与 工作轴 设计 割草机的传动轴和输出轴之间用花键连接，花键连接有外花键和内花键组成，花键连接具有受力均匀、可承受较大载荷、对中性好、导向性好等特点，花键连接的齿数尺寸、配合等均按标准选取。本设计采用定心精度越高，定心的稳定性好的矩形花键 ，矩形花键的定心方式为小径定心。 载荷计算 输入转矩 = 549 名义切向力 2 0 0 0/2 0 0 0 = 单位载荷 t /06/(6 5 3)/( = 齿面接触强度计算 齿面压应力 M P H = 321 = 。 齿面许用压应力 M P 4)8 3 5)/( =。 计算结果： H 的强度条件，安全。 齿根弯曲强度计算 齿根弯曲应力 ,取 S , M P F 22 =。 齿根许用弯曲应力 M P 5)9 8 0)/( 4321 = 。 计算结果： 的强度条件，安全。 齿根剪切强度计算 h 。 应力集中系数 23/ 23/2 。 剪切应力 M P 0 0 01 6 0 0 0 33 = = 。 齿根最大剪切应力 M P a x = 。 许用剪切应力 M P = 。 计算结果： 强度条件，安全。 齿面压应力 齿面磨损许用压应力 101 = 。 计算结果： 1 的强度条件，安全。 花键副长期工作无磨损时耐磨损能力计算 齿面压应力 齿面磨损许用压应力（查表 5 P 70 3 = 。 计算结果： 1 的强度条件，安全。 外花键的扭转与弯曲强度计算 弯矩 b 0= ， 弯曲应力 M P 3 2 0 0 03 2 0 0 0 33 = = 。 当量应力 M P 22 =+=+= 。 许用压应力 M P 4)8 3 5)/( = 计算结果： 的强度条件，安全。 5 4 主要部件的强度分析 轴的校核 对工作轴进行 扭转刚度 校核 计算 对 工作 轴进行受力分析，其受力分析图如下：轴材料选用 合金结构钢 40b = , ， = 。 图 8 工作轴的受力图 图 9 工作轴扭矩图 工作轴所受扭矩 = 0 4 9m i n )/( )(9 5 4 9 ， 轴的扭转变形角用每米长的扭转角 来表示，阶梯轴的扭转角的计算公式为 式中： 阶梯轴第 i 段上所受的扭矩， 。 G 轴的材料的剪切弹性模量，对于钢材， = 。 阶梯轴第 4对于圆轴， 324 阶梯轴第 i 段的长度， z 阶梯轴受扭矩作用的轴段数。 工作轴的扭转角为 4 14 11073.5 32 。 轴的扭转刚度条件为 ， 为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用场合有关。对于一般传动轴，可取 m/)(1 ；对于精密传动轴，可取 m/)( ；对于精度要求不高的轴， m/)(1 。在割草机工作轴的传动中，因为是一般传动，所以取 m/)(1 。 计算结果：满足强度条件，安全。 5 总结 （ 1）本文分析了目前国内外 草坪割草机械 的现状及存在问题，研究 了普通草坪 的物理状况，为 旋刀式割草机 参数提供依据。 （ 2）针对当前国内 草坪面积不大却形状各异、要求割草灵活方便的问题， 结合 草坪修剪及方便实用和 农艺特点，吸收了 刀式剪草机 及其它 经典 机型的设计理念，提出 旋刀式割草机的改进设计的 设计思路。 （ 3）在整机设计中，以 汽油发动机作为 动力，体积小、成本低、工作可靠、。采用 装配式 机架， 汽油发动机输出动力带动旋刀工 作，发动机 固定在机架上方，使整机结构简单紧凑 又可根据不同工作环境以及工作要求调整机架 。 行走 轮与机架直接固定，通过操向杆实行转向。其他零部件经过计算校核后，尽可能采用通用件或标准件，体现了经济、实用、 操作简易 、 维护简单、成本低廉 的设计原则。 参 考 文 献 1 赵大伟 ,石淑英 J2001(2):272 卢希诚 ,尚树堂 ,水敬琪 J1988(3):373 卢希诚 ,尚树堂 ,1993(1):334 周忠旺 J2002(10):22. 5 马晓春 D东北林业大学 ,2005. 6 高敏 D南京理工大学 ,2006. 7 金立刚 D大连理工大学 ,2006. 8 林元德 刀式剪草机及使用维修 J1989(5):25. 9 苗少君 ,董金宝 工 艺 及 性 能 试 验 J. 北京林业大学学报 ,1994(2):6910 刘静 . 我 国 剪 草 机 市 场 的 现 状 和 发 展 趋 势J.,2001(6):811 我国微型旋刀式割草机技术现状与发展思路探讨 J 12 吴宗泽 M 6 13 何月娥 ,杨孝文 M1986. 14 机械设计手册联合编写组 册） M版社 ,1982:763. 15 机械设计手册编委会 2 卷） M116 机械设计手册编委会 3 卷） M17 机械设计手册编委会 3 卷） M ,2 or a of to is to is by to be at a of of of is is of is a of of ut he 1 旋刀式割草机的改进设计 一 、 课题研究的意义 割草机是随着草坪的出现而被发明的， 而草坪周围 人口 比较 稠密 ，流动性大，对割草机的 噪音、废气排放等指标技术指标要求较高。 但是 现在的割草机多使用 汽油机 作动力，排气污染量相对于汽车的较小，但 噪声 却很严重。 而且现在 割草机的基本型式可分为旋刀式和滚刀式两种。 而旋刀式草坪割草机是以小型汽油机为动力带动刀片旋转的一种割草机械，主要用于公园、街心花园、球场、住宅小区庭院等绿地修剪、整理等工作，是园林机械中使用量较大的一种机械 13。 但它存在的主要问题是 噪音 较高 和刀片磨损较快 。 为此， 本文 着重对旋刀式割草机的减噪 和增加刀片的耐磨性 加以改进。在保证良好的加工工艺性能和使用性能的前提下， 提高刀片的使用寿命 ，降低其生产成本。 二 、 现状及分析 1国内外 旋刀式割草机 的发展状况及存在的问题 外 旋刀式割草机 械的发展状况 1805年英国工程师托马斯 普拉克获得了第一台割草机的发明专利，当时的割草机是装有环形刀， 机体笨重且运转不很理想 。到 1830年，埃文 马丁制造出了类似于今天试用的手扶滚筒割草机。 早期应用普遍的是往复式割草机 ，通过加大割幅及提高机具的前进速度来提高机具的生产率。 20世纪 70年代各国开始研制旋刀式割草机，利用高速旋转的割刀对植株进行无支撑切割，此类机具具有结构简单，维护保养时间少，不需磨刀、换刀等优点。近年来，欧美发达国家的割草机设备更加成熟，结构参数更加合理，可靠性、生产率提高很快。生产割草机的 国际著名企业有没过纽荷兰、约翰迪尔、凯斯公司，英国弗格森公司，韩国成元公司，德国威格公司和前进公司等。他们生产的设备无论在机械结构、动力配套、液压系统还是控制系统方面都处理得很成功，一些最新的科学理论、最新的科研成果和最新的科学技术都在这些机械设备上有体现。例如在控制系统方面，单片机、 可编程控制器 业控制机控制 些发达国家如美国已经发明机器人割草机，实现了自动化作业 9。 目前国外大多使用滚筒式、圆盘式、水平旋转式或旋刀式割草机，这些割草机坚固耐用，工作速度快。这些机具一次通过就能完成割草、压扁、成条三道工序 3。 内 旋刀式割草机 械的发展现状 我国生产割草机起步较晚，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，割草机均以进口为主。据统计，到 1999年底我国各种园林机械保有量达 10万台， 1999年的 割草机销售量在 3万台左右，其中 80%为进口。 国内目前生产的割草机一道具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。旋刀式割草机是有横向悬挂在直立轴上的刀片高速旋转打切草上部的叶片，它适于 25于期间各低廉 ，保养、维修方便，使用灵活，只要将刀磨快，就能达到较为理想的割草效果。因此，一般的草坪都使用旋刀式割草机作业，使得旋刀式割草机称为国内外最流行的割草机。 国内生产割草机的厂家约有 50多家。多为园艺系统的公司以及转产割草机的机械厂。国内市场上割草机的品牌很多，有进口产品，也有国内制造的和中外合资 的。 中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司，生产力特牌 国内市场50%的市场份额，现年产量达 5000台。目前正这首进行年产 5万台的割草机技术改造，气动力选用日本本田发动机。 南通机床为转产生产割草机的厂家。其产品为草地王系列产品： 56 机（ 4.5 847.8 84 7.8 ； 122 13.4 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年已有产品出口美国。 安徽飞彩车 辆股份有限公司“十五”期间进行了技术改造，改造后计划年产 6万台割草机。其中代表产品之一是手扶式宽幅割草机系列，年产 5万台，以 22161型为例，发动机为 4冲程， 4.8 草宽度 53 走式；代表产品之二是驾乘式割草机系列，年产 1万台，以 16 4冲程， 11.7 97 驱动 10。 内外 旋刀式割草机 械存在的问题 虽然旋刀式割草机的理论和制造技术已经相当成熟，但是结构简单，操作方便、低噪音、高性能的割草机并不多。 旋刀式割草机的配套动力有电动机 (有电缆 或蓄电池供电 )和汽油机两种。机遇方面和安全的原因由电缆供电的割草机只能在小面积上使用，而蓄电池供电的个采集，因机器重量较大，且蓄电池需经常充电（一般完成 700平方米后需进行充电）。所以，在小型割草机上（ 2.2 采用电动机作为配套动力机。而在 2.2 以汽油机作为动力的旋刀式割草机，其噪声污染比较严重，它的噪声源为汽油机和旋刀装置 3。 目前，国内外采用的都是合金弹簧钢，经普通淬火加中、高温回火后得回火索氏体或回火屈氏体，硬度在 保证一定的强度和韧性。但生产上遇到的最大难题是合金弹簧钢如 65弯成型性差。此外，这样的热处理工艺并不能很好地满足刀片强韧性和耐磨性的要求，主要失效形式是磨损。如铰接式刀片往往是 3天就要卸下来磨一次。有时遇到土质不好，有铁丝石头等硬物时，还经常发生刀片断裂 9。 究的内容和方法 根据我国割草机的发展现状和存在的问题以及人们草坪割草机的更高要求，对现有的割草机进行改进。 在旋刀式割草机的基础上，通过对其做减噪处理和刀片的优化处理，利用现代设计方法，设计出一款结构简单、操作方便、低噪音、高效率的旋刀式草坪割草机。 设计旋刀式草坪割草机的整体结构，主要由汽油发动机、减速器、传动装置、 汽油机消音器、 手把、行走胶轮、旋刀刀片组成。汽油发动机 提供动力，通过联轴器与 减速器 连接 ，为旋刀装置提供动力 。 讨论 确定 了 旋刀式割草机 的基础参数，参考 已有旋刀式割草机 的参数，既要保证 工作 要求，又要尽量减小 噪音污染并提高刀片的时候用寿命 。根据选定的有关参数，由经验公式计算出 旋刀式割草机 所需的功率，根据该 功率选择 适合的汽油发动机型号 。 该课题应用的研究方法：理论设计、绘制模拟样机 并进行仿真模拟 。既要保证 割草机的使用 要求，又要尽量减小 噪音污染，并提到刀片的使用寿命 。 1. 5 预期目标 （ 1）整机结构简单， 机动灵活， 噪音小，刀片使用寿命长 。 （ 2） 汽油机 为动力源， 在汽油机上加装消音器，噪音低、 可靠性高、使用简便 。 （ 3）适于 草坪割草作业 ，有利于 减轻噪音污染 ，提高 刀片使用寿命 ，对提高 割草机的经济适用性与环保舒适性 有一定的价值。 三 、 重点研究的关键问题及解决思路 该机动力源为汽油机，通过联轴器， 减速器，减速器连接传 动机构 和刀片 工作， 割草机按设计要求 切实降低了工作噪音， 达到预期目标。 （ 1）选择动力 ,设计传动装置 、汽油机消声器和 刀片 。 3 （ 2）运用 制二维零件图和装配图。 （ 3）运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模并进行运动仿真。 四 、 工作条件及解决方法 塔里木大学位于南疆中心位置， 校内环境优美，草坪面积极广， 为项目开展提供了便利的原材料基地。这是本项目顺利实施应具备的良好外部科研环境。塔里木大学 机械电气化工程 学院拥有 先进的实验室和加工设备，校内拥有优良的硬件环境和雄厚的师资力量 ，这些都为课题 的实施提供了保障。 五 、 工作方案及进度 第 1 2 周 查阅相关文献，撰写开题报告。 第 3 4 周 根据现有的小型草坪修剪机和现有割草机确定旋刀式割草机的总体设计方案，绘制总体结构简图。 第 5 6 周 根据工作要求，计算并查阅相关手册，选择和设计各零部件。 第 7 9 周 运用 件，绘制二维零件图和装配图。 第 10 11 周 运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模并进行运动仿真。 第 12 周 从工艺性能，经济性能，实用性能等方面对产品进行综合评价、校核、修正。 第 13 周 完成设计说明书。 第 14 周 整理材料，准备答辩。 参考文献 1赵大伟 ,石淑英 J2001(2):272卢希诚 ,尚树堂 ,水敬琪 割 刀具的研究 J1988(3):373 卢希诚 , 尚树堂 . 旋刀式草坪割草机 旋刀 装置的减噪措施 J. 北京林业大学学报 ):334周忠旺 J2002(10):22. 5马晓春 D东北林业大学 6高敏 D南京理工大学 7金立刚 D大连理工大学 8林元德 刀式剪草机及使用维修 J1989(5):25. 9苗少君 ,董金宝 J1994(2):6910刘静 J2001(6):8-9 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 刀式割草机的改进设计 目 录 1 国内外旋刀式割草机的发展状况 . 1 草机的分类 . 2 外旋刀式割草机械的发展状况 . 2 内旋刀式割草机械的发展现状 . 2 内外旋刀式割草机械存在的问题 . 3 草作业的主要作用 . 3 草机割草的基本要求及注意事项 . 3 究的内容和方法 . 4 期目标 . 4 2 整机总体设计方案 . 4 计原则 . 4 刀式割草机的设计方案 . 5 3 旋刀式割草机主要部件的设计与计算 . 7 草机工作部分设计 . 7 杆的设计 . 11 架 的设计 . 11 4 旋刀式割草机传动系统设计与计算 . 14 力传递方案 . 14 动比的计算 . 14 5 主要部件的强度分析 . 16 6 总结 . 17 致谢 . 18 参考文献 . 19 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 1 国内外旋刀式割草机的发展状况 草机的分类 按切割器类型可以分为旋刀式、往复式、滚刀式、甩刀式、甩绳式。其中，应用最多的是旋刀式割草机、滚刀式割草机和往复式割草机。 往复式割草机割茬低而整齐，草坪损失少，单位割幅的金属用量和功率消耗低，因而成本较低。它的作业速度一般为 68 km/h。提高割刀的往复次数并解决割刀的全平衡问题后，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上部的叶片，它适于 2580围内割草。由于期间各低廉，保养、维修方便，使用灵活，只要将刀磨快，就能达到较为理想的割草效果。因此，一般的草坪都使用旋刀式割草机作业，使得旋刀式割草机称为国内外最流行的割草机 1 6 。 按配套动力和作业方式分可以分为：手推式、手扶随行式、手扶自行式、坐骑式和拖拉机悬挂式割草机。 按动力驱动方式主要分为人畜力驱动、发动机驱动和电力驱动三种形式割草机。其中，以发动机驱动的割草机最多，发动机多为单缸汽油机。太阳能割草机虽然已有生 产，但应用较少。 动力驱动的割草机按牵引方式或悬挂方式可分为前置式、侧置式、后置式、中置式割草机。目前，也有旋刀式手推随行式割草机，大部分采用中置悬挂，而滚刀手推随行式割草机多采用前置式挂接，大型的割草机则采用混合牵引方式。 外旋刀式割草机械的 发展状况 在割草机问世之前，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。 1805 年英国工程师托马斯普拉克获得了第一台割草机的发明专利，当时的割草机是装有环形刀，机体笨重且运转不恨理想。到 1830 年，埃文马丁制造出了类似于今天试用的手扶滚筒割草机。早期应用普遍的是王府式割草机，通过加大割幅及提高机具的前进速度来提高机具的生产率。 20 世纪 70 年代各国开始研制旋刀式割草机，利用高速旋转的割刀对植株进行无支撑切割，此类机具具有结构简单，维护保养时间少，不需磨刀、换刀等优点。近年来，欧美发达国家的割草机设备更加成熟，结构参数更加合理，可 靠性、生产率提高很快。生产割草机的国际著名企业有没过纽荷兰、约翰迪尔、凯斯公司，英国弗格森公司，韩国成元公司，德国威格公司和前进公司等。他们生产的设备无论在机械结构、动力配套、液压系统还是控制系统方面都处理得很成功，一些最新的科学理论、最新的科研成果和最新的科学技术都在这些机械设备上有体现。例如在控制系统方面，单片机、可编程控制器 业控制机控制 得自动化控制手段都得到充分的应用。一些发达国家如美国已经发明机器人割草机，实现了自动化作业。 目前国外大多使用滚筒式、圆盘式、水平旋转式或旋刀式割草机 ，这些割草机坚固耐用，工作速度快。这些机具一次通过就能完成割草、压扁、成条三道工序 1 2。 内 旋刀式割草机械 的发展现状 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。 我国生产割草机起步较晚，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，割草机均以进口为主。据统计，到 1999 年底我国各种园林机械保有量达 10万台， 1999 年的割 草机销售量在 3 万台左右，其中 80%为进口。 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，再次是产品品种多、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。 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，瓦，剪幅从 27 厘米。 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司，生产力特牌 坪割草机，占国内市场50%的市场份额，现年产量达 5000 台。目前正这首进行年产 5 万台的割草机技术改造，气动力选用日本本田发动机。 南通机床为转产生产割草机的厂家。其产品为草地王系列产品： 56走式草坪割草机 ；84进式割草机； 84启动式割草机； 122骑式剪草机。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、稻草以及青贮饲料，每小时铡草量 300400 草长度为 机结构紧凑，体积小，重量轻，全机重仅 32 动方便，并具有切碎均匀、出料顺畅、扬程远、噪音低等特点。 安徽飞彩车辆股份有限公司“十五”期间进 行了技术改造，改造后计划年产 6 万台割草机。其中代表产品之一是手扶式宽幅割草机系列，年产 5 万台，以 22161 型为例，发动机为 4 冲程，草宽度 53走式；代表产品之二是驾乘式割草机系列，年产 1 万台，以 16为例，为 4 冲程， 11.7 97环割草，带驱动。 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10 11。 内外旋刀式割草机械存在 的问题 虽然旋刀式割草机的理论和制造技术已经相当成熟，但是结构简单，操作方便、低噪音、高性能的割草机并不多。 旋刀式割草机的配套动力有汽油发动机 (有电缆或蓄电池供电 )和汽油机两种。基于 安全方面的原因由电缆供电的割草机只能在小面积上使用，而蓄电池供电的割草机，因机器重量较大，且蓄电池需经常充电（一般完成 700 平方米后需进行充电）。所以，在小型割草机上（ 2.2 下）常采用汽油发动机作为配套动力机。而在 2.2 上的割草机多采用汽油机作为配套动力机。以汽油机作为动力的旋刀式割草机，其噪声污染比较严重，它的噪声源为汽油机和旋刀装置。 目前，国内外采用的都是合金弹簧钢，经普通淬火加中、高温回火后得回火索氏体或回火屈氏体，硬度在 5，以保证一定的强度和韧性。但生产上遇到的最大难 题是合金弹簧钢如65加工硬化率高，冷弯成型性差。此外，这样的热处理工艺并不能很好地满足刀片强韧性和耐磨性的要求，主要失效形式是磨损。如铰接式刀片往往是 3 天就要卸下来磨一次。有时遇到土质不好，有铁丝石头等硬物时，还经常发生刀片断裂 2 3 10。 草 作业的主要作用 割草作为草坪修整的一项最基本作业，要求使用简单高效的割草机械，保质保量完成割草作业任务。同时，尽量降低其噪音污染，不给周围环境造成负面影响。割草的主要作用是保持草坪上草的可控性正常生长，并通过割草机的修剪，保持人们预期的生长 高度以及生长形态，使草坪美化环境的功能和其他功能得到充分发挥。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、简单灵活的手推式割草机 3。 草机割草的基本要求 及注意事项 本要求 （ 1）割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）割草整齐、平整，同一行程前后割草高度一致，两次作业行程衔接平滑、无接茬。 （ 3）对地形的适应能力强，仿行能力强，随地形变化前后剪草高度一致。 （ 4）割草机对草坪碾压轻、伤害少。 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 （ 5）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。 （ 6）割草机质量好，故障少，节省燃料、效率高。 （ 7）易于操作、轻便灵活、维修调试方便，零部件通用性和互换性好。 （ 8）正确掌握修剪草坪的时间并且制定科学的修剪高度和修剪频率 8。 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到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 8。 究的内容和方法 根据我国割草机的发展现状和存在的问题以及人们草坪割草机的更 高要求，对现有的割草机进行改进。在旋刀式割草机的基础上，通过对其做减噪处理和刀片的优化处理，利用现代设计方法，设计出一款结构简单、操作方便、低噪音、高效率的旋刀式草坪割草机。 设计旋刀式草坪割草机的整体结构，主要由汽油发动机、传动轴、工作轴、割草机机架、手把、行走胶轮、旋刀刀片组成。 汽油发动机 机提供动力， 通过传动轴和工作轴为旋刀装置提供动力 。 旋刀装置主要部件为旋刀刀片。 讨论分析了 旋刀式割草机 机的基础参数，参考 已有旋刀式割草机 的参数，既要保证 工作 要求，又要尽量减小 噪音污染并提高刀片的时候用寿命 。根据选定的 有关参数，由经验公式计算出旋刀式割草机 所需的功率，根据该功率选择 适合的汽油发动机型号 。 该课题应用的研究方法：理论设计、绘制模拟样机 并进行仿真模拟 。既要保证 割草机的使用要求，又要尽量减小 噪音污染，并提到刀片的使用寿命 。 期目标 （ 1）整机结构简单， 维护方便， 质量轻，尺寸小，机动性好。 （ 2） 汽油发动机为工作动力源，人作为行走动力， 造价低、可靠性高、使用简便， 具有节省能源，降低污染的特点。 （ 3）适于 一般草坪维护，成本低廉 ，有利于 大规模推广应用。 2 整机总体设计方案 计原则 对于 旋刀式割草 机 的总体设计，要遵循的设计原则 （ 1）首先满足农艺要求并适应 小区草坪的面积限制 ，具有良好的转向性和操作灵活性。 （ 2）吸收国内外设施农业作业机械的新技术，采用新原理、新结构、新工艺、做到设计合理、使用可靠、优质高效 、物美价廉 ，能 广泛推广 。 （ 3）零部件的通用化、标准化程度高。 （ 4）整机结构简单、 成本低廉、 操作简便、 维修方便、 质量轻、机动性好。 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 刀式割草机的设计方案 图 2刀式割草机 图 2刀式割草机 简图 如图 2示，旋刀式割草机主要 工业脚轮、下机架、发动机、上机架、推杆、工作轴、工业走轮和刀片 等组成。汽油发动机提供动力，其输出轴通过 花键 与 装配有刀片的工作 轴相连， 带动 旋刀工作，使其实现 割草 动作， 发动机有油门控制旋钮，通过旋转旋钮控制发动机的转速以及停止，从而实现控制选到的工作转速，实现对旋刀的工作控制。 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 /秒。 查阅机械设计手册得到以下数据： 成年男性身高： 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 18 25 周岁 15541830 毫米 26 35 周岁 15451851 毫米 36 60 周岁 15531798 毫米 平均身高： 18 60 周岁 15431814 毫米 成年女性身高： 18 25 周岁 14571709 毫米 26 35 周岁 14491698 毫米 36 60 周岁 14451683 毫米 平均身高 ： 18 60 周岁 14491697 毫米 成年男性臂长： 18 25 周岁 279350 毫米 26 35 周岁 280349 毫米 36 60 周岁 278348 毫米 平均臂长： 18 60 周岁 279349 毫米 成年女性臂长： 18 25 周岁 253319 毫米 26 35 周岁 253320 毫米 36 60 周岁 251317 毫米 平均臂长： 18 60 周岁 252319 毫米 立姿工作岗位工作高度： 男性： 95010501150 毫米 105012001300 毫米 女性： 8509501050 毫米 100011001200 毫米 综合以上因素，设计推杆机支架的尺寸，并且根据不同性别和不同年龄将推杆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 170 右。因此，推杆距地面的高度取为 1000 毫米 ,且可在 8501300 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。 A：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） B：虎钳固定在工作台上的高度： 113 毫米 C：轻手工工作。（男性： 95100 毫米 女性： 9095 毫米） D：用劲大的工作。（男性： 8095 毫米 女性： 7590 毫米） 本设计属于 D 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，因而行走轮直径不宜过大。其旋刀刀尖速度要求达到 7197 m/s，在这个速度范围能使选到旋转引起的噪声降到比较合理的水平，并能正常工作。 如 果轮子直径过大，将会使机具底盘抬高，影响整机的协调性，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 200 N 左右都能推动这部割草机才行。 初步选取外轮直径 D=80 由人机工程手册查得，人体身高尺寸（成年男性）多在 170 右。因此，推杆距地面的高度取为 100 且可在 100140间调节，符合人体作业适应度。 功率消耗计算 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 本设计割草机的功率消耗为割草作业的功率消耗，行走动力由人提供，不列入计算。旋刀式割草机在平坦地面上的割草消耗功率计算公式为0 / 1 0 2 ( k W )mp v B L， 式中 机器前进速度（ m/s）； B 机器割副（ m）； 0L 切割每平方米面积的茎干所需的功率， 一般取0L=200300。 割草机所需功率为 2/3 0 2/0 =。 则选用 力的发动机。 由以上分析确定割草机的各项参数： 割草机的整体宽度： 495 割草机的割幅： 400 割草高度： 2580 旋刀宽度： B=58 旋刀厚度： l=3 机架离地高度： h=200 发动机转速： n=3600r/ 旋刀的转速： n=3600r/s； 旋刀的刀尖速度： v=7197m/s； 切割速度介于 7197间，合适； 人的持续推力为 1520 F=200N； 则 p=00 集草类型：就地洒落。 选取 田 油机 ，其主要技术参数如表 2示： 3 旋刀式割草机 主要部件的设计与计算 草机工作部分 设计 图 3组结构图 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 表 2田 油机技术参数 项目 技术参数 汽油机型号 油机型式 单缸、四冲程 气缸直径（ 塞直径（ 量（ 31 标定转速 (r/3600 最大功率（ 转方向 逆时针方向（面向输出轴） 化油器型式 膜片式 点 火 系统 晶体 化，无触点 火花塞编号 起动方式 手拉反冲起动 外形尺寸（长 宽 高）（ 198234240 调速器型式 离心重锤式 燃油箱容量（ L） 1 净重（ 离合器 ) 如图 3示：旋刀通过 螺纹圆柱销定位用螺母 固定在 工作轴 上， 工作轴 通过花键与 发动机输出轴 连接，轴向定位在轴上开 两个 11 的孔用 螺纹圆柱 销定位。 工作部件 由 一 组这样的 机构 构成，旋刀可以随时更换。 刀的设计 图 3刀 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 图 3刀结构图 旋 刀 的 结 构 图 如 图 3材料是 65， 等 温 淬 火 后 硬 度 为 4250b = , = 。 动轴 的设计 材料是合金结构钢 40质处理，硬度为 28, ， = ,轴上一端为内花键，结构 如图 3 图 3动轴 图 （ 1）轴径的初步计算 根据轴的扭转强度条件 = T ,式中： 扭转相应切力， T 轴所受的扭矩， ； 轴的抗扭截面系数， 3 n 轴的转速， r ； P 轴传递的功率， d 计算截面处轴的直径， 已知 110,400 = 中30 95500000 ， 得3333 09550000P 9550000= 0 . 2 0 . 2 n n， 对于空心轴，3 40 )1( n 中 为 空心轴的内径与外径之比，通常取 = 已知 P =n=3600 r/的材料选用 40110,400 = 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 0 将其代入式中，得 实心轴轴径 0 330 =； 空心轴轴径 1( 3 43 40 =。 故输 出轴的实心部分最小轴径要大于 心部分最小轴径要大于 （ 2） 轴的结构 设计 图 3动 结构 轴 传动 轴的结构简图如上图 3一有内花键 ， 另一端直接与发动机的输出轴相连 ； 通过花键连接将动力传导至工作轴。 作轴 的设计 材料是合金结构钢 40质处理，硬度为 28, ， = ,轴上一端为外花键，结构如下图 3 图 3作轴 轴径的初步计算 同上，工作轴最小轴径要大于 轴的结构 设计 图 3作 轴 结构图 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 1 传动 轴的结构简图如上图 3一 端 有加工有外花键 ， 与传动轴相连，另一端连接旋刀，带动旋刀进行割草作业。 动机构 设计 传动轴和工作轴通过花键连接，以此调整旋刀离地的高度，实现对割草高度的调节。 图 3动机构 杆 的设计 材料是低合金结构钢 成的钢管，有推杆和推杆套两部分组成，可伸缩满足不同身高的人对割草机的操纵，结构如下 3 图 3杆 结构图 架的设计 向轮的 设计 割草机的行走轮，采用工业脚轮和工业车轮的设计理念，充分考虑割草机低速行驶的特点，行走轮材料采用聚甲醛 料选择依据：聚甲醛耐磨性和刚性高于尼龙，尤其是弹性模量高、硬度高，这事其他塑料所不能比的；聚甲醛自润滑性能好，耐磨性好，限值为 51 1 0 P a m /s ；聚甲醛有较小的蠕变性和吸湿性 ，故其尺寸稳定性好；长期使用温度为 100 ；用聚四氟乙烯填充的聚甲醛，可显著降低米擦因数，提高耐磨性极限值。因此聚甲醛聚甲醛常被用来制作相对强度有一定要求的一般结构零件，适用于在轻载荷、雾润滑或少润滑条件下工作的各种耐磨受力传动零件，以及制作间摩擦自润滑零件。 走轮的大小尺寸应与割草机的整体形状和尺寸紧紧相连。根据机具整体设计方案并参考 14688相关国标数据，割草机的前轮采用万向轮，以方便割草机的转向，以实现机动灵活的割草作业，后轮采用脚轮形式。 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 2 万向轮的外径是 =160 ，其具体形状参照机械设计手册中工业脚轮的形状和尺寸。结构采用万向轮支架装配，万向轮支架材料选用 将支架焊接在割草机机架上。由公式得：外轮的转速 34 8 1 0 / 1 6 0 3 . 1 4 1 4 4 . 2 1 r / m i 万向轮结构如图 3 图 3向轮 结构图 轮 的设计 轮子材料是聚甲醛 架材料为 于万向轮和脚轮的支架结构尺寸不相同，为了是机架在平地上保持水平，取脚轮的外径为 170具体形状参照机 械设计手册中工业车轮的形状和尺寸。结构采用脚轮支架装配，同样焊接在割草机底部底部。结构如图 3 图 3轮 结构图 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 3 架 的设计 （ 1）机架材料是低合金结构钢 成的结构用冷弯空心型钢，由下机架和上机架两部分组成，可通过调节销轴实现对机架高度的调节，从而实现对旋刀离地高度的调节，实现对割草高度的调节。结构如下 3 图 3架 结构图 （ 2） 销 轴 的选择 销 主要分为用于固定零件之间相对位置的定位销，用于连接的连接销和用于安全装置中的过载剪断元件的安全销。本设计中上机架和 下机架的铰接处用销轴连接。销轴材料选用 35 钢，调质处理，硬度为 2838面氧化。 根据具体的情况要求 以及方便操作的要求，选用销轴306 （ 882开口销（ 91考虑到割草机工作时对销轴有一些冲击，故取许用剪切应力 0 =，许用压应力 0 =，抗拉强度 70 =。 发动机的质量为 油箱容量为 1L，装满燃油时燃油质量为 机架材 料采用16质量为 作用在每个销轴上的力为 0)=+= 销轴工作面的挤压应力 M P =， 计算结果： 的强度条件，安全。 销轴的剪切应力 M P 2 =。 计算结果： 的强度条件，安全。 销轴的弯曲应力 M P 80. 1. 5b )F ( a 33 = += +。 计算结果： 的强度条件，安全。 壳的设计 外壳材料选用 用依据是 一定的强度，抗压强度非常高，有良好的吸振性、减振性和润滑性，有良好的切削加工性与铸造性，可用于制造外罩、手把等形状简单、对强度无要求的零件。 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 4 图 3壳 结构图 外壳的外形上方下圆，外壳的顶部有四个孔，可使用螺钉将其固定在机架底部。起到安全防护和收集草屑的作用。在外壳的一端有延伸的排草口。因为旋刀结构设计上，在两端有刃口和翼片，当旋刀旋转割草作业时， 翼片可将刀壳内的空气排出，这时刀壳内形成负压，当草长的较高，割草机前进时，刀壳前部下缘会把草按倒；当草长得茂盛而发生倒伏时，刀壳外的空气刀壳内时，可对倒伏的草起到提升的作用。翼片旋转形成的气流可将刀刃切下的草屑悬浮到气流中，经排草口排除刀壳，就地洒落。从而避免出现草屑在刀壳内堵塞的现象。 4 旋刀式割草机 传动系统设计与计算 本次设计的手推旋刀式割草机的传动部分采用花键连接的轴组成。当发动机工作使得输出轴转动时，通过花键连接的工作轴旋转，使得旋刀也一起转动，通过旋刀 的高速旋转动作，将草坪上多余高度的草割断。 力传递方 案 动力传动方案 如图 4示 ： 图 4力传动方案 动比的计算 电动机的转速为 3600r/ n 表示，旋耕刀的转速为 3600 r/ n 表示， 则割草机的传动比 1 =。 动系统 计算与 工作轴 设计 割草机的传动轴和输出轴之间用花键连接，花键连接有外花键和内花键 组成，花键连接具有受力均匀、可承受较大载荷、对中性好、导向性好等特点，花键连接的齿数尺寸、配合等均按标准选取。本设计采用定心精度越高，定心的稳定性好的矩形花键，矩形花键的定心方式为小径定心。 荷计算 输入转矩 = 549 名义切向力 2 0 0 0/2 0 0 0 =单位载荷 t /06/(6 5 3)/( = 面接触强度计算 齿面压应力 M P =取 = 。 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 5 齿面许用压应力 M P 4)8 3 5)/( = 。 计算结果： H 强度条件，安全。 根弯曲强度计算 齿根弯曲应力 ,取 S , M P F 22 = 。 齿根
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