机械毕业设计(论文)-便携式高枝动力剪切机的设计-环保机械(含全套图纸).doc

完整说明书cad图纸由qq:153893706提供-科技学院全日制普通本科生毕业设计便携式高枝动力剪切机的设计design of portable high-shear force stick学生姓名学 号：年级专业及班级：2007级-指导老师及职称： 教授 提交日期：20 年 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 目 录 摘要1关键词11 前言11.1便携式高枝动力剪切机国内外现状21.2便携式高枝动力剪切机提出的依据和意义31.3课题研究的内容和方法32 方案确定43 受力分析73.1修枝过程中运动分析与功率计算74动力源的选取85传动部分的设计95.1驱动部分设计95.2键的强度校核95.2.1键的选择95.2.2确定键的尺寸95.2.3验算挤压强度95.3对锥齿轮的强度校核105.3.1选材料、热处理方法、定精度等级105.3.2初步设计105.3.3校核接触强度135.3.4校核齿根弯曲强度校核 155.3.5齿轮各检验项目及公差值的计算165.4 轴的强度校核185.4.1按扭转强度条件计算186轴套的强度校核217支撑杆的强度校核237.1支撑杆的扭转强度校核237.2按弯矩强度条件计算248附件25参考文献25致谢26 1便携式高枝动力剪切机的设计学 生：谢栋 指导老师：全腊珍(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘 要：随着城市绿化工程的发展，急需开发方便实用的高大树木剪切机。传统的修枝方式仍是人工架梯使用修剪工具进行， 这种工作状态不仅作业条件差， 体力消耗大，效率低，而且很不安全。而目前一般采用的高枝修剪机存在着操作杆过重，劳动强度大，极易疲劳等问题。为此我们设计了一种劳动强度小、 操作方便的便携式高枝剪切机。 关键词：工作头；切削力；锯切；伸缩杆；剪切；小推车 design of portable high-shear force stick (oriental science technology college of hunan agricultural university, changsha 410128)author: xie dongtutor:quan lazhenabstract: along with the development of city afforestation project,developing the convenience practical big trees alligator shears is urgently needed. the tradition pruned the way was still the artificial padder using pruning implements carries on, this kind of active status work condition was not only bad, the physical strength consumed in a big way, the efficiency was low, moreover was very unsafe. but uses generally at present gao zhi the cropper has the operating lever to be overweight, the labor intensity is big, extremely easy weary and so on questions. therefore we designed one kind of labor intensity to be young, ease of operation portable high alligator shears. keyword: labor foreman; cutting force; sawing; expansion link; cutting；small cart 1 前言为实现城市绿化工作的现代化，国内外园林科技工作者研制了不少园林剪切机。有剪草机系列、园林绿化剪枝系列、园林喷灌系列、园艺工具系列等。这些园林剪切机被广泛应用于高尔夫球场、足球场、公共绿化场所、跑马场、宾馆机关、学校、企业、高尚住宅等。然而在园林绿化剪枝系列中，对高枝剪切机的研究尚处于薄弱环节，而现代化园林对高枝剪切的要求越来越强烈。一是因为树木本身生长的需要，二是因为园林高枝有些影响总体美观，有些影响建筑物和某些公益设施，甚至对高压电线造成了一定的影响，故这些高枝必须修剪。而现有的高枝剪切机仍沿用五六十年代的手拉式剪刀，人工劳动强度大，使用不便，剪切效果也不太好（稍粗一些的树枝难以剪掉）。由此可见，研究一种用动力代替人工剪切的园林高枝剪切机具有重要的意义。通过调查，在园林绿化机械中，动力机械的销售，形势年年看好，销售额逐年上升，其他地区的销售形势也非常可观，因此园林高枝动力剪切机具有广阔的是市场前景。就高枝剪切机的研制而言，现在尚未发现国外的定型产品及有关研究资料。国内园林实业公司丹阳皇塘林业机械厂曾生产过一种sxy-5型升缩式液压高枝剪枝机，且剪枝刀具仍用剪刀，故剪切力度不够，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。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树枝，切削力度大，可剪100mm的树枝；采用伸缩式撑杆，可修剪4米高的树枝,效果好。1.1便携式高枝动力剪切机国内外现状国内现状：目前，全国各主要城市对各种便携式高枝剪切机需求量较大，随着城市绿化工程的发展，急需开发方便实用的高大树木剪切机。在公园、住宅小区里，传统的修枝方式仍是人工架梯使用修剪工具进行；除此之外，还有像背负式高枝剪切机，不过这种也存在一定的负重。另外园林绿化中修剪树木常用的园林机械之一有高枝锯，不过它是单人操作难度大、危险性强的一种园林机械。所以我们设计了一种劳动强度小、操作方便的便携式高枝剪切机。剪切机，通过动力不同分为电动和内燃动力，内燃动力分为二冲程和四冲程汽油机，通过传动方式不同分为软轴传动和直杆传动。且用途十分广泛，可用于园林绿化、庭院维护、公路清理、森林防火。我国自主生产的高枝剪切机亦位于世界前列，但其设备的总体规模、生产能力和产品的技术水平仍与国际大公司的产品相距甚远。发达国家在高枝剪切机领域已基本实现数控化生产，从而使其产品的品类、精度水平和劳动生产率都得到了大幅度的提高。过去的20年，是我国社会经济发生巨大变革的时期，也是我国园林机械行业飞速发展的时期，特别是自20世纪90年代以来，我国园林机械产业百舸争流，千帆竞发，骨干企业“旗舰”突出，使得我国一跃成为世界园林机械制造大国。21世纪头20年，是我国经济社会发展的重要战略机遇期，也是我国园林机械行业发展的关键时期，全行业要坚持邓小平理论和“三个代表”重要思想，牢固树立和落实科学发展观，巩固成果，正视差距，奋力拼搏，努力推进由园林机械制造大国向园林机械制造强国的转变。 1.2 便携式高枝动力剪切机提出的依据和意义由于以前人们乱砍乱伐，造成了生态不平衡，世界气温变暖，现在人们越来越重视城市绿化工作，随着城市的绿化工作的进行，树木的高枝剪切也原来越重视，在公路、街道以及广场等地，随着人们生活水平的不断提高和我国园林业的不断发展，园林绿化已成为一个国家、地区或城市文明与发展程度的一个重要标志，因此便携式高枝动力剪切机将会有很好的市场前景和经济效益。相对于五六十年代的人工剪刀而言，急需要一种具有如下特点的高枝动力剪切机：1.结构紧凑，噪音小，无污染，使用方便，灵活，适用于园林高枝修剪间歇作业。2.减轻工人劳动强度，使用安全,可靠，便于维修。3.外观造型美观,更适合家庭用户的审美要求。4.剪切的效果理想且成本低。因此设计一种便携式高枝动力剪切具有重要的意义。1.3 课题研究的内容和方法（1）研究内容：既然是便携式高枝剪切机，该机分为小推车和机具两部分，机具部分的工作杆与焊接在小推车上的支持板相铰接。该剪切机采用电动机为动力，将其置于小推车上，推车旁安装一带铰链结构的支持板，机具杆通过铰链能做自由转动，以适应工作时机具杆角度的需要。在推车与支持板上安有带轮机构，既可防止过长的软轴影响工作安全，又可通过带轮张紧离合器，即通过在导轨上移动动力使带轮中心距变化从而实现张紧和放松，进而分离和连接动力到工作机。工作时，操作者一手推小推车，一手持工作杆，发动电动机，合上离合器，动力通过软轴转动传递给齿轮箱弧齿锥齿轮做减速、90度换向，然后通过偏心轴带动锯片旋转而切削树枝。机具杆为嵌套结构，通过上面的锁紧螺母来松紧内涨套，从而达到所需的长度。（2）研究方法： 通过查阅相关文件，对便携式高枝剪切机有初步的认识。 根据自己设计的题目，有重点有步骤的研读文件，结合以前已有研发出来的一些图纸等设计资料，做到心中有数。结合机械设计手册等相关资料，着手主要零部件参数的设计计算。使用autocad，proe等软件完成零件图和装配图的绘制。2 方案确定此机可用的方案有电瓶电机、内燃机作动力两大类，而电瓶电机又可分为电机置于工作头和置于背架上两种，内燃机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电瓶电机且电机置于工作头的方案,如图（a）；（a）b电瓶电机且电机置于小推车上软轴传动方案如图（b）；（b）c电瓶电机且电机置于小推车上的轴传动方案, 如图（c）；（c）d内燃机软轴传动方案如图（d）；（d）e内燃机轴传动如图（e）。（e） 综上所述，故选用方案a，其主要设计要点是利用定制的电动机，获得合适的转速与功率输出，通过保护型联轴器直接与工作头相连，传动距离较近，所以能够获得较高的传递效率。3受力分析3.1修枝过程中运动分析与功率计算修枝过程圆锯片的切削力为横向锯切，影响切削力有多个因素：于树种、每齿进给量，锯路宽度，锯齿的锐利程度，切削角度，斜挫角，以及木材含水率等有关，横向锯切功率。以桦树为例：初切削力，式中：刀具斜磨角； ：前角。横向锯切功率：(锯路高度最大时)，z=80,手工进给取，切削力 人持杆时受力情况分析如图1所示，ab为工作杆的全长，（全伸出时因为此时弯矩最大，重力、对l的力矩最大，为最差状态，其中;,此时能承受即其他时间也是可行的），ac为手握点锯活动点的距离，a点有一活动的连接，连接工作杆于小车. 图1 受力分析图fig.1 stress analysis chart当ab=5,ac=0.5时当,最大,当,为0全部的重量由背架承受.当从以上的计算综合分析中可知,当,操作时,使工作杆与水平线成80度左右,操作比较轻松,受力相对较好,但是人的头部上仰角度较大,易疲劳;当时头部上仰的角度较小,工作的视线也好,操作也较轻松,操作者可进行长时间的连续工作.4动力源的选取修枝过程切削功率本机采用的是电机为动力，圆盘锯锯切，圆盘锯最高只能在左右工作，电机的转速在，因此可不需要减速，通过锥齿轮换向可接入工作头。修枝过程圆锯片的切削力为横向锯切，影响切削力有多个因素：如树种、每齿进给量，锯路宽度，锯齿的锐利程度，切削角度，斜挫角，以及木材含水率等有关，横向锯切功率。以桦树为例：初切削力，式中 ：刀具斜磨角；：前角。横向锯切功率：(锯路高度最大时)，z=80,手工进给取，切削力 总效率为从动力源到圆锯片之间传动机构和轴承的效率，即为圆锥齿轮传动5传动部分的设计电动机输出动力经过锥齿轮换向后，将动力传输至工作头部分。传动特点为：传动过程简单。5.1驱动部分设计由计算所得定制功率的直流电动机，转速5.2键的强度校核5.2.1键的选择 键的类型应该根据键联接的结构、使用要求和工作状况来选择。选择时应该考虑传递扭矩的大小，联接的对中性要求，是否要求轴向固定，联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动与滑动距离的长短，以及键在轴上的位置。按照工况要求，选择a型普通平键5.2.2确定键的尺寸根据轴的尺寸，查得键的截面尺寸为：键宽b=3mm，键高h=3mm，根据轴以及轴套长度并参考键的长度系列，取键长l=8mm。5.2.3验算挤压强度键的工作长度l=l-b=（8-3）mm=5mm，挤压面高度，转矩，查的需用挤压应力则：（安全）键标记为5.3对锥齿轮的强度校核5.3.1选材料、热处理方法、定精度等级大小齿轮材料均为20cr,渗碳，硬度均为56-62hrc；由图6-5-8（d）查得，由6-5-9（d）查得；采用7级精度，即：6c gb 11365，齿面粗糙度 5.3.2初步设计选用直齿锥齿轮，按接触疲劳强度进行初步设计（参见表6-5-84），即：载荷系数 额定转矩 齿数比 齿宽系数 （表6-5-81）许用接触应力材料配对系数（表6-5-16）初算结果几何尺寸计算（按表6-5-81计算）齿数 取 ，分锥角 模数 取 分度圆直径 齿宽中点分度圆直径外锥距 中锥距 齿宽 ， 取齿顶高 齿根高 顶圆直径 齿根角 齿顶角 （）顶锥角 根锥角 冠顶角 安装距 取考虑齿轮结构情况，以及轮冠距h的测量方便轮冠距 分度圆齿厚 分度圆旋齿厚 分度圆旋齿高 当量齿数 当量齿轮分度圆直径 齿宽中点齿顶高 当量齿轮基圆直径 啮合线长度 端面重合度 5.3.3校核接触强度强度条件，（按表6-5-85进行）计算接触应力 式中 （查图6-5-47）（查表6-5-23） （查图6-5-12）（查图6-5-13） （查表6-5-85）（见表6-5-85）（查表6-5-20）（见表6-5-86）式中（查表6-5-98）（查图6-5-46）（见表6-5-86） （见表6-5-86）（见表6-5-86）则 （查表6-5-88）则 许用接触应力式中 （查图6-5-23） （选100号齿轮油，运动粘度，查图6-5-19） （查图6-5-20）（按，查图6-5-21）（见表6-5-85）则 结论：5.3.4校核齿根弯曲强度校核强度条件（按表6-5-89进行）计算齿根应力式中 （查表6-5-88）（见表6-5-85），（查图6-5-49），（查图6-5-50）（查图6-5-48）（查图6-5-14）（见表6-5-89）则 许用接触应力 式中 （见表6-5-89）（见表6-5-89），（查图6-5-26）（按查图6-5-25）（查图6-5-24）则 结论：，满足齿根弯曲度。5.3.5齿轮各检验项目及公差值的计算（小齿轮）精度等级：6c gb 11365 对齿轮：齿距累计公差 （查表6-5-99）齿剧极限偏差 （查表6-5-98）齿形相对误差的公差（查表6-5-100）切向综合公差 （按表6-5-101计算）一齿切向综合公差 （按表6-5-101计算）齿厚上偏差 ，（见表6-5-93）齿厚公差 ，（见表6-5-96）对齿轮副：接触斑点 沿齿长方向50%70% 沿齿高方向55%75%（见表6-5-102）最小法向间隙 （见表6-5-95）最大法向间隙 式中 ，（查表6-5-97）则 安装精度齿圈轴向位移极限偏差 （查表6-5-104）轴间距极限偏差 （查表6-5-103）轴交角极限偏差 （查表6-5-94）圆锥齿轮轴工作图图2图2 锥齿轮工作图fig. 2 bevel gear working drawing根据小齿轮尺寸，按照机械设计表6-5-80圆锥齿轮的结构形式，确定小齿轮结构为齿轮轴，见机械设计图6-5-54技术要求：渗碳淬火后齿面硬度5662hrc；其余6.3未注明圆角半径r=2mm；未注倒角为。表1齿轮参数表tab.1 gear parameter table模数齿数法向齿形角分度圆直径分锥角根锥角锥距变位系数测量精度等级mzdr1.5182027002.3531.5013全齿高轴交角侧隙配对齿轮齿数配对齿轮图号公差组接触斑点（%）项目代号沿齿高5070沿齿长557518公差值5.4 轴的强度校核本机中最危险的轴为工作头中的输出齿轮轴,其即有带轮的压轴力作用,同时它又是一根齿轮轴受扭矩作用较大。5.4.1按扭转强度条件计算式中：扭矩切应力，单位为mpa轴所受的扭矩，单位mpa轴的抗扭截面系数，单位轴的转速，单位r/min轴传递的功率，单位为kw；计算截面处轴的直径，单位为mm许用扭转切应力，单位为mpa见表2表2 轴常用几种材料的及值 tab.2 axleand thevalues of several materials commonly used 轴的材料q235-a、201525149126q275、35（1cr18ni9ti）203513511245254512610340cr、35simn、38simnmo、3crl3355511297注：1）表中值是考虑了弯矩影响而降低了许用扭转切应力。2）在下列情况时，取较大值,取较小值：弯矩较小或只受扭矩作用、载荷平稳、无轴想载荷或只哟较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴只作单向旋转、；反之，取较小值，取较大值。作弯矩图分别按水平和垂直方向计算各力产生的弯矩.水平方向垂直方向而轴的扭矩为最大扭矩为并按计算结果分别作出水平方向弯矩图和垂直方向的弯矩图（如下图3），以及扭矩图. （如下图3）图3 齿轮扭矩和弯矩图fig. 3 gear torque and bending moment diagram已知轴的弯矩和扭矩,以及轴的截面分布图可知轴的危险截面(因弯矩和扭矩大而轴径可能不足的截面)为带轮连接段与轴承台阶的结合处,因此对该面进行弯扭合成强度校核,按第三强度理论校核有:通常有弯矩所产生的弯曲应力是对称循环应力,而由于扭矩所产生的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，则计算应力为式中的弯曲应力为对称循环变应力，而扭转切应力为对称循环变应力，取；零件为圆轴所以弯曲应力为，扭转切应力为，将和代入公式则轴的弯扭合成强度条件为式中：轴的计算应力，单位为轴所受的弯矩，单位为轴所受的扭矩，单位为轴的抗弯截面系数，单位为，计算公式由机械设计书表15-4有 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，其值按机械设计表15-1选用。6轴套的强度校核在支杆中主要依靠空心轴套就行扭矩传动，工作头的重量支撑部分依靠主杆以及内涨套，故传动轴套所受弯矩很小可不进行校核，而作为主要的动力传输连接，则需要对传动轴套进行扭转强度校核。轴套（空心轴）的工作能力主要取决于轴的强度和刚度，对于一般传动的轴，主要是满足强度要求。然而，只有已知轴上载荷的作用位置以及支点跨距后，才能对轴进行强度计算。根据轴套传递功率抗扭截面系数 （安全）式中：扭矩切应力，单位为mpa轴所受的扭矩，单位mpa轴的抗扭截面系数，单位轴的转速，单位r/min轴传递的功率，单位为kw；计算截面处轴的内径，单位为mm计算截面处轴的外径，单位为mm许用扭转切应力，单位为mpa7支撑杆的强度校核7.1支撑杆的扭转强度校核在非工作状态下起扭矩甚微，而在在切割工作时，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4：图4 工作杆受力图fig.4 bar work force figure杆所受的扭矩为而扭转应力为其中空心杆的抗弯截面系数小圆直径大圆直径扭转应力为扭转强度完全可以保证7.2 按弯矩强度条件计算1、 作出轴的计算简图支撑杆在和之间变动时，在是树枝给的反力所产生的弯矩最大，而工作头和支撑杆的重力所产生弯矩为零。在时树枝所给的反力的弯矩为零，而工作头和支撑杆的重力所产生的弯矩最大相对与工作头和支撑杆重力所产生的弯矩树枝所给反力产生弯矩要大的多，所以在时为工况最差状态，只要校核该状态的弯矩，则支撑杆的弯曲强度就能满足。而此时的弯矩图如图5图5 弯矩图fig.5 moment diagram从弯矩图中可以看出危险截面为离下端50厘米的握手处，此处的弯矩为抗弯截面系数为弯曲强度条件为满足弯曲强度要求小推车的设计小推车由焊接制成，具体尺寸见零件图。8附件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。参考文献1陈国兰.园林机械的历史j. 城建机械设备-1992年3期.2徐元德.环保型园林机械及设施的开发j.建筑机械化,2000,(5):56.3魏文军，高英武，张云文.机械原理m.中国农业大学出版社，2005.4辛继红,汤兴初,全腊珍,任述光,高英武. 背负