毕业设计——环保型草坪剪草机设计说明书

- 1 - 第一章 绪论 我国草坪业的发展现状 随着经济的发展和社会 进步 ,人们对生存环境的要求越来越高。 草坪绿化已成为衡量一个国家、地区或城市文明与发展程度的一个重要指标，在美化环境、固土护坡、净化空气等方面已成为人类的共识，在生态环境建设和保护方面将扮演着越来越重要的角色。 我国的草坪建设也得到了迅速发展 ,如城市园林绿化、兴建 休闲场所 等都需要大量的高质量草坪 ,江河堤坝、高速公路、铁路等交通水利设施的护坡以及屋顶花园、室内绿化也都需要优质草坪。 据不完全统计 ,在全国 500 城市 66 万 地面积中 ,草坪占 18 万 1994 年上海草坪绿化面积为 300 997 年为 800 以后每年以 400速度增长 ;1997 年北京绿地面积已突破 2 000人均公共绿地面积为 7. 8m,现在每年草坪以 300 速度增长 。 修剪是草坪区别于其它一些植物的特殊要求。草坪通过修剪 ,可以阻止草坪的草抽穗、开花、结果 ;修剪可以阻止草坪的草一味地向上生长 ,使草横向发展而成为坪 ;修剪可以有效地阻止杂草的生长和病虫害。因此 ,草坪业的迅猛发展必并将带动一系列产业的兴起。我国的草坪业发展自 20 世纪 80 年代才起步，在 90 年代后期发展迅速，到 2000 年为止，全国已建成各类草坪 3 亿 m以上，经营草业的公司有 5000 多家，草坪业从业人员 20 多万人，总产值超过 100 亿元，而且规模呈逐年扩大趋势。 在我国 500 个城市 66 万 h m 绿地面积中 ,草坪占 18 万 h m,并呈高速增长趋势。 90 年代以来我国的草坪业年增长率高达 30 % 40 %。随着人们对环境保护、固土防沙意识的日益增强，退耕还草政策的进一步实行，草坪业必然快速发展。修剪是草坪区别于其它一些植物的特殊要求，草坪业的迅猛发展，意味着草 坪剪草机械的大量需求 15 。 草坪剪草机的国内市场 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。 国内目前生产的剪草机械按动力划分可以分为机动和人推的两类。按动力又分为柴油机、汽油机骑式 (驾乘式 )；按配套动力和作业方式分为手推式、手扶推行式、手扶自行式、驾乘式、拖拉机式等。剪草机的剪草幅宽一般为 400 - 2 - 1000草高度从 15 100几个调节挡位。 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 3 80 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 25 80 围内剪草。 它的价格相对低廉，保养、维修和使用都很方便，是国内外目前最流行的剪草机。此外，还有 甩绳式 和 甩 刀式剪草机。 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. 6 16. 2 幅从 43. 2 127 等。 进口剪草机主要来自于日本、美国、意大利和瑞 典等国 ,主要品牌和售价详见表 1 1。 表 1 1 进口剪草机的主要品牌和售价 国别 型式 价格 日本 本田 骑式带草袋 76 3011 坐骑式带草袋 71 行可控刀式带草袋 53 . 2 万元 / 台 5. 8 万元 / 台 1. 08 万元 / 台 美国 神 ) : 骑式带草袋 76 8C 自行式侧除草 53 . 98 万元 / 台 0. 5 万元 / 台 丽 ) : 2. 6 2. 8 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 21975、 22855、 22856 型适用大面积长时间剪草 意大利 花园牌 : 行式带草箱 46 484 手推式带草箱 46 . 43 万元 / 台 0. 38 万元 / 台 瑞典 列剪草机 - 3 - 我国剪草机市场预测 按城市人均应有的草坪面积来预测 根据国外有关专家的研究 ,城市人均应有 25 30 m的草坪才能解决人们的二氧化碳和氧气交换的需要。 国外一些城市人均草坪面积与中国及北京的对比表见表 1 2。 从表 1 2 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。 全国现有各类草坪面积约为 18 万 ,若每公顷需 5 台剪草机 ,现有市场容量就达 90 万台。随着中国经济的快速发展 ,剪草机的市场容量将成倍增长。 表 1 2 国外一些城市和中国及北京人均草坪面积 名称 面积 / 称 面积 / 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 按种草草坪面积来预测 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 6 000 t ,1996 年为 2 500 t ,1998 年为 5 000 t ,1999 年为 6 000 t 。一般 1 m 需 20g 草种 ,按此计算 ,1999 年种草面积为 3 万 ,移种面积为 9 万 ,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。 按国家建设部规划来预测 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 m 以上。 照此估计 每年约需 5 6 万 坪 ,剪草机 30 万台。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。 选题目的 意义： 综上所述 ,我国绿化环境使剪草机行业的迅速发展势在必行 ,为此必须防止为争夺这一市场一哄而起、在低水平低质量上重复建厂生产的不良局面 ,建议有志于开发这类产品的企业联合起来开发产销对路的产品。在创名牌 ,上规模 ,上品种 ,上档次等方面进行有益 的竞争 ,抓住这个商机 ,充分利用原有的厂房设备 ,适当地进行技术改造进行一定规模的生产。 - 4 - 根据市场调查发现， 剪草机必须符合当今人类对环境保护方面的需求 ,目前市面上的剪草机大多都是动力引擎这会产生较大的噪音 ， 带来环境 污染 ， 在办公和学习的地方 ， 这种动力引擎的剪草机非常不受欢迎 。 由于动力引擎剪草机有动力装置 ， 保养维护费用较高 ;同时动力引擎剪草机主要依靠刀片的高速旋转把草割断 ， 通过旋转气流把草排出 ， 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 ， 使得操作很不舒服 。 虽然动力引擎剪草机剪草效率较高 ， 剪草效 果较好 ， 但是价格也较昂贵 ， 对于一般的用户难以接受 。 所以研究一种无引擎驱动且造价较低的剪草机势在必行 ！ - 5 - 第二章 方案设计 作原理 通过市场调研 ， 我们决定设计一种无引擎驱动 ， 无噪音污染 ， 剪草高度可调节 ， 简洁轻便 ， 操作舒适和美观适用的草坪剪草机 。 工作原理如图 2 1 所示，剪草机工作时由人推动机器行走， 从而使剪草机的后轮 1 转动， 带动大齿轮 2 的转动， 通过齿轮 2 和 1 组成的增速机构使得速度得以提升， 并带动 大链轮 4 回转，通过大链轮 4 带动小链轮 5 运动将 运动 传递给滚刀 ， 使固定其上的刀片与固定在底刀轴 上的固定刀片形 成 剪切运动 。 图 2 1 机构运动简图 我们所设计的手推式草坪剪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的速度下操作， 传递出去的力应该 通过增速机构继续传递，运动传递到滚刀。 通过分析得到 手推式草坪剪草机的组成框图，如图 2 2所示。 动机构 能够实现手推草坪剪草机功能的技术原理很多，但各有利有弊，具体分析如下： 驱动方式选择： 1） 用脚驱动 用脚驱动时，一般操作者都需要站在或者坐在被驱动的的机器上用力操作，这样所设计的剪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，使的机器结构较复杂、尺寸较大，不适合小面积草坪使用。 - 6 - 2） 用 手驱动 用手驱动可以避免用脚驱动时存在的问题，使得所设计的剪草机小巧，且可以灵活操作。因此我们选择设计手动式剪草机。 图 2 2 草坪剪草机的组成框图 断草方式选择： 1） 用割的方式 即用 刀将草截断。但是草柔软，而且一端自由，采用割的方式将草截断较难以实现。 2） 用打的方式 即用刀片或打草绳将草打断。用这种方法修草时所需要的速度非常高，要求在草还没被打倒之前将草打断，这样的修草 产品 也 有， 但是都得用引擎驱动，不符合我们的环保设计要求。 3） 用 剪断的 方式 即用刀将草剪断，用两个刀片作相对运动的原理较容易将草剪断，而且不需要很高的速度。因此我们选择设计 剪断方式断草。 手动的形式又有用手摇动和用手推动两种。机械容易实现的是简单的转动，如果用手摇动手柄实现执行构件的往复移动，由于剪草机还要靠人力推着向前行进，操作者要完成的动作太多，操作很不方便。要使得操作者只通过简单的操作即可完成剪草动作，可以用手推着剪草机向前行进，靠剪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 成手推动式草坪剪草机是合理可行的。 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 直齿圆柱传 力 机 构 增 速 机 构 执 行 机 构 - 7 - 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 2 3 所示。 图 2 3 机构组成方案 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 2 4 所示 18 。 图 2 4 曲面滑块 - 8 - 第三章 结构设计 传动零件的设计 齿轮机构设计 1 选定齿轮的类型，精度等级，材料以及齿数 1） 按照图 2 1 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（ 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 3050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 小齿轮的材料为用表面淬火 。 2 齿轮尺寸设计 开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使得轮齿不至于过小，故小齿轮不适宜选用过多的齿数，一般可取 Z=1720。本设计中选择小齿轮齿数 0，大齿轮的齿数 2 Z ，取 412 Z 。 人正常行走时的速度为 大约 s,步距 6075虑到剪草时的实际情况，取 s。设计剪草机的后轮直径为 430设想 剪草机工作时处于理想状况下即轮子只滚动 不 滑动。 由此可得， 后轮轴的转速约为 s/ 查机械设计手册得：橡胶轮胎对土路面的滚动摩擦力臂为 1015/由于设计要求剪 草 机 质 量 不 大 于 50 则 车 轮 沿 地 面 的 最大 滚 动 阻 力 矩 为 设计剪草机工作寿命为 8 年。 3 轴 和轴 上 齿轮 2 和齿轮 1 的设计 基本参数 201 Z 412 Z - 9 - 按齿面接触强度设计 由 设计计算公式进行计算，即 1） 确定公式内各计算数值 （ 1）试选载荷系数 K（ 2） 小齿轮转矩 8 77 5 0 2 注： 由机械设计手册查得： 圆柱齿轮机械传动 7 3）选取齿宽系数 1d （ 4） （ 5）由齿面硬度查得小齿轮 的接触疲劳强度极限00 ；大齿轮的接触疲劳强度极限50 （ 6）计算应力循环次数 6 621 （ 7） 查得接触疲劳寿命系数 8）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，得 i 1/ 5 2/ 2）计算 （ 1）计算小齿轮分度圆直径，代入接触疲劳许用应力中的较小值 （ 2）计算圆周速度 与齿宽 - 10 - s/ （ 3） 计算齿宽与齿高之比 模数 b （ 4） 计 算载荷系数 根据速度 s/ ,7 级精度，查得动载系数 1v K; 直齿轮，假设 b/00 N 查得 K; 使用系数 K ; 7 级精度小齿轮对称支撑布置， 由 b ， 载荷系数 2. 按齿根弯曲疲劳强度设计 弯曲疲劳强度的设计公式为 m 3 1） 确定公式内的各计算数值 （ 1）查得小齿轮的弯曲疲劳极限00 ； 齿轮的弯曲疲劳极限80 ； （ 2）查得弯曲疲劳寿命系数 11 （ 3） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S= 1F 11 7/ N 2F 2 266/ （ 4） 计算载荷系数 （ 5）查取齿形系数 - 11 - （ 6）查取应力校正系数 （ 7）计算大、小齿轮的 0 1 2 1 7 F Y 0 1 6 F Y 大齿轮的数值大。 2） 设计计算 m 由上可得，小齿轮的分度圆直径大于 数大于 可满足齿轮强度要求。考虑到加工难易以及轴的强度故取模数 m=齿轮分度圆直径为 130 3. 几何尺寸计算 1） 计算分度圆直径 1 Z 2 Z 2） 计算中心距 82/ 61 3 02/1 3） 计算齿轮宽度 01 3 01d 取 B , B . 4） 计算齿顶圆直径 a a 5） 计算齿根圆直径 - 12 - f f 齿轮结构通常与其几何尺寸，材料及制造工艺有关，一般多采用铸造或者锻造毛坯。当毛坯直径大于 400，可以考虑铸造毛坯；当齿轮根圆直径与该处轴所需直径差值过小时，为避免由 于键槽处轮毂过于薄弱而发生失效，应将齿轮与轴加工成一体； 由于 小 齿轮的齿顶圆直径 160以可以做成实心结构的齿轮。 如图示： 图 3 1 齿轮结构形式图 图 3 2 小 齿轮形状结构图 而大齿轮的齿顶圆直径 160以大齿轮的形状结构如图 3示： - 13 - 图 3 3 大齿轮形 状结构图 链轮 机构设计 链传动主要用在要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。其中滚子链使用最广，且齿形链结构复杂，价格较高，制造较难，故此处采用滚子链链传动。 链轮的材料应能保证轮齿具有足够的耐磨性和强度。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮轮齿的啮合次数多，所受冲击也较严重，故小链轮应采用较好的材料制造。所以大链轮的材料选用 35 钢，小链轮则选用 20 钢。 1. 选择链轮齿数 21,假设链速 v=3m/s，由机械设计手册选 取小链轮齿数 171 Z ；大链轮齿数 68174i 12 2. 计算功率故 19550/n 11 - 14 - 71711 3. 确定链条链节数 初定中心距 ，则链节数 为 768172 1768p 取 80 4. 确定链条的节距 P 由小链轮转速估计，链工作在功率曲线顶点左侧时，可能出现链板疲劳破坏。查得小链轮齿数系数 8 ; 0801 00 K ; 选取单排链， K ,故得所需传递的功率为 4 由小链轮转速 m i n/1 ,考虑到剪草时的实际情况，根据手册选取链号为 10A 单排链。同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点左侧是正确的。再查得链节距P= 5. 确定链长 L 及中心距 a 0 0 8 0 0 50 0 0 0 40 . 0 0 2a 实际中心距 - 15 - ）（ 取 6. 验算链速 s/1 与原假设相符。 7. 验算小链轮毂孔 由机械设计手册查得小链轮毂孔许用最大直径为 45 8. 几何尺寸计算 1） 计算分度圆直径 8 0s i n/8 7 1 8 0s i n (/ ）（小 z 368/1 8 0s i n/8 7 1 8 0s i n (/ ）（大 z 2） 计算齿顶圆直径 a m a x 小小 7 1a m i n ）（小小因此，取 a m a x 大大 8 2a m i n ）（大大因此，取 大3） 计算齿根圆直径 f 小小 f 大大 小直径的直径可制成整体式，中等尺寸的链轮可制成孔板式。由计算结果可以得出 大小链轮的形状结构 。 如图 33示： - 16 - 图 3 4 小链轮形状结构图 图 3 5 大链轮形状结构图 轴的 设计 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 - 17 - 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， - 18 - 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，故一般用于固定轴端的零件，有双圆螺母和圆螺母与止动垫片两种型式。当轴上两零件间距离较大不宜使用套筒定位时，也常采用圆螺母定位。 轴承端盖 用螺钉或榫槽与箱体联接而使滚动轴承的外圈得到轴向定位。在一般情况下，整个轴的轴向定位也常利用轴承端盖来实现。 轴上零件的 周 向定位 的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件有键花键、销紧定螺钉以及过盈配合等，其中紧定螺钉只用在传力不大之处 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件（如滚动轴承、联轴器、密封圈等）部位的轴径，应取为相应的标准值及所选配合的公差。 为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径。为了使与轴作过盈配合的零件易于装配，相配轴段的压入端应制出锥度；或在同一轴段的两个部位上采用不同的尺寸公差。 确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短 2 3 结合以上设计准则设计各个轴的结构尺寸如下： （ 1） 轴 的设计 1） 求作用在轴 上 齿轮 2 的力 因为 N ， 故 6 6/7 5 0 02d/2F 22 nF （ 20 ） 由此可见，轴所承受的力很小。 09 5 5 0/ 0 09 5 5 0/22 2） 初步确定轴的最小直径 根据机械设计手册查得，取0A=112,于是 得 030112 33220m i n 考虑到需要开键槽以及加工工艺，故取 。显然，轴的最小直径 - 19 - 是安装车轮处，即 1m 。 3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足车轮的轴向定位要求，车轮外用 螺母定位； 内用套筒定位 。 初步选择滚动轴承。因轴承同时承受的径向和轴向力均很小，故选用深沟球轴承。 参照工作要求并根据 ， 参照国家标准 276轴承产品目录中初步选取 0 组基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承 6004，其尺寸为 由于需要安装挡油环，所以 轴承内用 套筒 定位， 套筒用轴肩定位 ； 外用 轴承 端盖 定位。 轴承安装在轴承架里 ，其周向定位是借助过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。 由于轴上齿轮之间的配合原因，故 取段的直径为 ； 取 。 取安装齿轮处的轴段 的直径 ； 。 齿轮的右端采 用轴肩 定位，轴环处的直径 。轴环宽度 。齿轮左端采用圆螺母定位， 取用 母， 螺纹 。 8； 。 轴承端盖采用 螺钉固定， 轴承端盖的总宽度为 20取20 。 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。 轴上零件的周向定位 齿轮、车轮与轴的周向定位均采用 平键联 接。 按6 （摘自 1095，键槽用键槽铣刀加工，长为 50自 1096。 同时为了 保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选择 齿轮轮毂与轴的配合为 H7/样车轮与与轴的联接，选用 B 型 平键 ，车轮与轴的配合为 H7/ 由 机械设计手册得， 纹倒角为 245 ； 纹倒角为 145；各轴肩处的圆角半径 取 初步确定的 轴 的结构 如图 3 6 所示。 - 20 - 图 3 6 轴 的结构 （ 2） 轴 的设计 参照轴 的结构设计， 1） 求作用在轴 上 齿轮 1的力 111t 13 0 72 a a 5 0/ 8 79 5 5 0/n 111 2） 初步确定轴的最小直径 取0A=112 33110m i n 考虑到需要开键槽以及加工工艺，故取 20然，轴的最小直径是安装 轴承处 。 3） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 - 21 - 初步选择滚动轴承。 由轴承产品目录中初步 选取 0 组基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6004，其尺寸为 外部定位方式为轴承 架定位 ，内部为套筒定位 。 故取 L。 L； 。 -段和 - 段是安装 大链轮 的轴段 ，故其直径为 30度为10 左 右 两 端 定 位 分 别 为 轴 肩 定位和 套 筒 定 位 。 轴 肩 直 径 为65 ，长度为 ， L 。 段为小齿轮。 分度圆直径为 130长 度为 134端用圆螺母定位，右端用轴肩定位。 圆螺母选取 段长 25肩直径为 52 10 轴上零件的周向定位 齿轮 和链轮 与轴的周向定位均采用平键联接。 选用平键 分别 为 和 B 型平键 ，配合为 H7/ 取轴端倒角为 145，各轴肩处的圆角半径 取 初步确定的轴 的结构如 图 3 7 所示。 图 3 7 轴的结构 （ 3） 轴 的设计 - 22 - 参照轴 ，轴 的结构设计， 可以得出： 取 轴 的 20满足强度要求 。显然，轴的最小直径是安装轴承处。 3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 取872 L=13 初步选择滚动轴承。 由轴承产品目录中初步选取 两组轴承均为 0 组基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承 6004，其尺寸为 两轴承 与链轮之间用套筒定位。 外侧采用轴承架定位。 。 L； 。 -段和 -段是安装 小链轮 的轴段，故 选 其直径为 30度为10左右 定位 均用 套筒定位。 -段为安装滚刀处。采用套筒定位。 直径为 ，长度为 。 轴上零件的周向定位 小链轮 与轴的周向定位均采用 B 型 平键联接。 选用平键为 B 型平键 ，滚刀与轴的联接 选用平键 ， 配合 均 为H7/ 取 轴端 倒角 为 145，各轴肩处的圆角半径 取 初步确定的轴 的结构如图 3 8 所示 。 - 23 - 图 3 8 轴的结构 （ 4）底刀轴的设计 根据 以上 轴的设计经验可做出底刀轴的结构如下： 取 2外接直径为 30 的旋转手柄。 初步选择滚动 轴承。 选用同上轴同样的滚动轴承。内部采用轴肩定位 ，外部一端用轴承架定位，有外接手柄的一端 用轴承端盖定位 。 ， 。 L； 。 段是安装底刀的部分，取 0 ，。 轴承端盖的 总宽度为 31 钉固定 。 底刀 与轴 之间 的定位 采用过渡配合和螺纹联接。 取轴端 倒角，螺纹倒角 为 145， 各轴肩处的圆角半径取 初步确定的 底刀 轴的结构如图 3 9 所示。 图 3 9 底刀轴的结构 3 提高轴强度的措施 (1) 合理布置轴上零件以减小轴的载荷 ； (2) 改进轴的结构以减小应力集中的影响 ； - 24 - 轴通常是在变应力条件下工作的 ,轴的截面尺寸发生突变处要产生应力集中 ,轴的疲劳破坏往往在此发生。为了提高轴的疲劳强度，应尽量减少应力集中源和降低应力集中程度。为此轴肩处应采用较大的过渡圆角半径 r 来降低应力集中。但对定位轴肩，还必须保证零件得到可靠 的定位。当靠轴肩定位的零件的圆角半径很小时，为了增大轴肩处的圆角半径，可采用内凹圆角或加装隔离环。 (3)改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 ； (4)改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 ； 轴的表面粗糙度和表面强化处理方法也会对轴的疲劳强度产生影响。轴的表面愈粗糙，疲劳强度也愈低。因此，应合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙度值。 表面强化处理的方法有：表面高频淬火等热处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理；碾压、喷丸等强化处理。通过碾压、喷丸进行表面强化处理时可使轴的表层产生预压应力，从而提高轴的抗疲劳能力 。 各个轴均采用淬火处理。 4 轴的结构工艺性 轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件，并且生产率高，成本低。一般地说 ,轴的结构越简单 ,工艺性越好。因此 ,在满足使用要求的前提下 ,轴的结构形式应尽量简化。 为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出 45的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。它们的尺寸可参看标准或手册。 为减少加工了减少装夹工件的时间，在同一轴上，不同轴段的键槽应布置（或投影）在轴的同一母线上。为了刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。 轴承校核 滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造即供应各种规格常用的轴承。 滚动轴承的构成 ： 包括：内圈、外圈、滚动体、保持架 内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座孔装配。通常是内圈随轴颈回转，外圈固定，但也可以用于外圈回转而内圈不动，或是内、外圈同时回转的场合。当内、外圈 相对转动时，滚动体即在内、外圈的滚道内滚动。保持架的作用主要是均匀地隔开滚动体。 滚动体的基本类型有：钢球、圆柱滚子、圆锥滚子、滚针、鼓形滚子、不对称鼓形滚子 。 - 25 - 与滑动轴承相比，滚动轴承具有旋转精度高、启动力矩小、是标准件、选用方便等特点 。 与滑动轴承相比，滚动轴承的优点 ： 1、一般条件下，滚动轴承的效率和液体动力润滑轴承相当，但较混合润滑轴承要高一些； 2、径向游隙比较小，向心角接触轴承可用预紧可用预紧力消除游 隙， 运转精度高； 3、对于同尺寸的轴径，滚动轴承的宽度比滑动轴承小，可使机 器的 轴向结构紧凑； 4、大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，故轴承组合结构简单； 5、消耗润滑剂少，便于密封，易于维护； 6、不需要有用有色金属； 7、标准化程度高，成批生产，成本低； 与滑动轴承相比，滚动轴承的缺点： 1、承受冲击载荷能力较差； 2、高速重载载荷下轴承寿命较低； 3、振动及噪声较大； 4、径向尺寸比滑动轴承； 能否正确选用滚动轴承，对主机能否获得良好的工作性能，延长使用寿命；对企业能否缩短维修时间，减少维修费用，提高机器的运转率，都有着十分重要的作用。因此，不论是设计制造单位，还是维修 使用单位，在选择滚动轴承时都必须高度重视。一般来说，选择轴承的步骤可能概括为： 1. 根据轴承工作条件（包括载荷方向及载荷类型、转速、润滑方式、同轴度要求、定位或非定位、安装和维修环境、环境温度等），选择轴承基本类型、公差等级和游隙； 2. 根据轴承的工作条件和受力情况和寿命要求，通过计算确定轴承型号，或根据使用要求，选定轴承型号，再验算寿命； 3. 验算所选轴承的额定载荷和极限转速。 选择轴承的主要考虑因素是极限转速、要求的确良寿命和载荷能力，其它的因素则有助于确定轴承类型、 结构、尺寸及公差等级和游隙工求的最终方案。类型选择 ， 各类滚动轴承具有不同的特性，适用于各种机械的不同使用情况。选择轴承类型时，通常应考虑下列因素。一般情况下：对承受推力载荷时选用推力轴承、角接触轴承，对高速应用场合