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电动割草机的设计
一种电动割草机的设计
割草机的设计
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摘 要本文设计了小型家用式的电动割草机，就是能起到即拿即用采用的作用。这样的设计希望能方便小农户或者护院除草。它不占多大空间，并且便携。本文根据割刀的功率和转速，选出发电机为1.1Kw，转速1430r/min。本文使用了一对皮带轮、一对圆锥齿轮，其传动比都为1.5.再根据他们的结构和受力情况设计出三根轴。在指导老师的指导下，再经过反复的计算与验证，终于算出合理的机械设计。关键词：电动割草机、割草机、农业机械；AbstractThis paper designs a small household electric mower, which can be used immediately. This design is expected to facilitate weeding for small farmers or nursing homes. It doesnt take up much space and is portable. According to the power and speed of the cutter, the generator is selected as 1.1Kw and the speed is 1430r/min. In this paper, a pair of belt pulleys and a pair of bevel gears are used, and their transmission ratio is 1.5. Then three shafts are designed according to their structure and stress conditions.Under the guidance of the instructor, after repeated calculation and verification, the reasonable mechanical design was finally worked out.Keywords: electric mower, mower,agriculturalmachinery;目录第一章 绪论1第二章 电动机的选择22.1 工作机的功率计算22.2电动机功率的计算32.3电动机的转速计算32.4选电动机型号32.5各轴的功率为32.6各轴的转速32.7各轴的转矩32.9确定联轴器的类型和相关尺寸4第三章 V带传动53.1选择带的型号53.2确定带轮参数5第四章 圆锥齿轮84.1选择材料84.2按齿面接触强度设计84.3确定基本参数，计算主要尺寸。94.4齿轮强度校核104.5齿轮图10第五章 轴125.1设计轴1125.2设计轴2155.3设计轴322第六章 装配图26总 结27致 谢28参考文献29IV 第一章 绪论自小在农村长大的我，记忆中的农忙，都是人们以前起大早去田地里去割麦子和水稻。然后把它们捆绑起来，然后扛回家，再经过多天的晒，等作物的水分挥发，就可以人工打甩。这是刚记事起的印象。好像又过了几年，收割一如往常一样，但打甩就变轻松了，因为人们用上了脱粒机。又过了几年，人们不需要起早贪黑的去割麦子和水稻了，只需要用手机打电话去预约镇上的柴油收割机，等着割麦子。但是还是蛮辛苦的，因为他们还是需要用脱粒机。再过了几年，人们过农忙的时候就没有以前那么累了。因为国家科技一直在进步，受利的还是我们。现在的农忙都是收割脱粒一体化，不需要以前那样劳心劳力，时间最短效率最高。最近又出了一种收割外还有粉碎秸秆的机械，又使土壤肥沃还不会让秸秆燃烧污染环境。所以要思维创新大胆设计。我想设计一种电动割草机，便携式的，能在家家户户中使用的。虽然不像那种大型的农用机械作用大效率高，但是它胜与灵巧，能在自家的小田地里帮助人们减轻劳作辛苦。我国作为一个农业大国，要想实现我国农业的现代化，向农业强国发展以及增强农业综合生产能力，1保障国家粮食安全和促进农民增收，促进传统农业向现代农业转变的关键是大力发展农业机械：采用先进的科学技术提高农业机械的研究和设计水平，2建立农业机械的数字化设计理论、方法及软件平台3使我国农业机械实现跨越式发展，是促进早日实现农业的机械化和实施国家农业中长期科技发展策略的重要措施。4我国牧草的种植现在被认为是中小型的，规模面积又不一样，较大的割草机难以在这个地方工作。较小、中等规模的牧场资金流水有限，所以需要一种小型的割草机。本文开发的小型电动割草机可以有效缓解牧草杂草收集过程中的艰苦体力劳动，同时满足电动割草农业的需要，具有以下基本特征：（1）小型的电动割草机使用灵活，不占空间，构造紧密，方便移动并且操作简单，性能优秀，适应能力强。可以收割山地、梯田、丘陵、田亩中的小块牧草，对小块草坪没有任何负面影响，攻克了过去使用机械使得草甸退化多年的难题。（2）本文电动割草机的切割装置设计采用旋转式切割器，切割机的割刀工作频率为每分钟2860次，甚至远高于国际先进模型达到每分钟2500次，同时刀的切割面积比以前大得多。并且使用轻型光刃刀片，在割牧草时，阻力减小、收割平整。第二章 电动机的选择2.1 工作机的功率计算本文的传动结构简图如下：图2-1传动比简图由机械设计基础课程设计中公式得6，查阅资料所知，牧草被切割所受到的阻力为1015N，本文取最大阻力15N。回旋式（旋转式）割草机的切割速度为35m/s50m/s，割刀的半径为0.2m，本文取最大切割速度为50m/s。7由机械传动的效率概率略值表6中，得皮带轮传动效率取圆锥齿轮传动效率取电动机的效率取=0.96所以工作机的功率2.2电动机功率的计算电动机到工作机的传动装置总效率6，公式如下：故，电动机所需工作功率为：2.3电动机的转速计算查资料得，刀盘转速为2500r/min3500r/min，并由机械设计基础课程设计6书中得，皮带轮的传动比为1.5，圆锥齿轮的传动比为1.5，所以电动机的转速为11111556r/min.82.4选电动机型号经查找资料所得6电机型号为YL-90S-4，1.1kW,1430r/min.2.5各轴的功率为轴1的输入功率：轴2的输入功率：2.6各轴的转速轴1的转速：轴2的转速：2.7各轴的转矩电机轴的转矩：轴1的转矩:轴2的转矩：表2-1各轴计算结果轴名参数电动机轴轴轴转速/（r/min）143021453218功率/（kW）1.11.0561.02432扭矩/（Nm）7.3464.70153.04992.9确定联轴器的类型和相关尺寸为了使电动机与大皮带轮的轴的连接，必须使用联轴器来连接。本文中选用凸缘式联轴器，因为它对中精度可靠，并且它适用于转速低（14503500r/min）、载荷平稳、两轴的同轴度好，对中性有好的连接。转矩工作为：Nmm查表得6工作情况系数Nmm再根据电动机的出轴直径为14mm,查设计手册6得，选取联轴器的型号为凸缘联轴器GY1。凸缘联轴器的尺寸如下表：表2-2凸缘联轴器GY1的尺寸型号DLGY11480325368第3章 V带传动可按公式求得，需要传递的功率（kW）；工作情况系数;查表得6工作情况系数.；带入得：3.1选择带的型号然后再根据传递功率kW,大带轮转速，查手册6得普通V带的型号为Z型3.2确定带轮参数查表得6：Z型号的最小基准直径验算带速带轮的圆周速度（m/s）;小带轮转速（r/min）因为5m/s5.613m/s25m/s，所以合理确定中心距和带的长度因为中心距和带的长度大小有利弊，需要好好计算，合理选择，择其优。先初步确定中心距87.5350HBW）、重载时容易发生轮齿折断，高速、中小载荷的时候容易发生疲劳点蚀；软齿面（硬度e由此可查得X=0.56，再次用插入法，根据e可得Y=2.5。所以Pr2=fpXFr2+YFa2=0.5659.315+2.559.315=181.5N4）轴承2的寿命计算Lh2=(CrPr2)10660n=(5850181.5)3166702145=260223h出于结构设计上的保证，使轴向力FA作用于轴承1上，轴承2不受轴向力，所以Pr=Fr=59.315N。Lh1=(CrPr)10660n=(1000059.315)3166702145=37240431h预期寿命10年，每年工作260天，每天12小时。L=1026012=31200hLLh轴承寿命合格。5.2.6轴于齿轮配合的键的类型和尺寸大齿轮处的轴段上的键 选择A型普通平键；根据轴径=29mm,长L=20mm,查表得6：键宽=8mm,=7mm,=24mm；将该键标记为：GB/T 10962003 键8724查得许用挤压应力jy=125Mpa,键的许用切应力=120Mpa传递的力矩： M=T1=4702Nmm可得：F=2Md=24702Nmm24=392N校核键的抗剪强度。由于剪切面积A=bL=824=192mm2,剪力FQ=F=324N,所以 =FQA=324N192mm2=1.69Mpa所以键的剪切强度足够。校核键的挤压强度。键所受的挤压力Fjy=F=324N,挤压面积：Ajy=h2L=7242=84mm2jy=FjyAjy=324N84mm2=3.95Mpajy所以键的挤压强度足够。大齿轮处的轴段上的键 选择A型普通平键；根据轴径=18mm,长L=38mm,查表得6：键宽=6mm,=6mm,=30mm；将该键标记为：GB/T 10962003 键6630查得许用挤压应力jy=125Mpa,键的许用切应力=120Mpa传递的力矩： M=T1=4702Nmm可得：F=2Md=24702Nmm18=588N校核键的抗剪强度。由于剪切面积A=bL=824=192mm2,剪力FQ=F=588N,所以 =FQA=588N192mm2=3.06Mpa所以键的剪切强度足够。校核键的挤压强度。键所受的挤压力Fjy=F=324N,挤压面积：Ajy=h2L=6302=90mm2jy=FjyAjy=588N90mm2=6.53Mpajy所以键的挤压强度足够。5.3设计轴3割草机的动力输入主轴一端与圆锥齿轮相联，另一端与割刀连接。5.3.1选择轴的材料查表得6：选择40Cr调质为轴的材料，因为它用于载荷较大而无很大冲击的轴。5.3.2按扭转强度估算轴径根据前面计算可得=1.024kW，锥齿轮传动的效率为0.97,查表得6：，。轴的转速=2860r/min。轴的最小直径因为轴上有键槽，所以轴3将估算直径加大5%7%，并取圆10得轴的最小直径为9mm5.3.3设计轴的结构图5-14轴3简图轴各段的直径：段1要安装锥齿轮，锥齿轮的内径为14mm，所以段1的直径为14mm。段2，段4要安装6004型轴承，所以段2，段2的直径为20mm，段3为了配合6004型轴承的安装高度，直径取25mm，段五安装割草用的刀具，直径为16mm。轴各段的长度：段2上安装6004型轴承，6004型轴承的宽度为12mm，而为了使轴承安装稳定，要留出2mm的余量，所以段1的宽度为10mm，段1上安装一个4mm的轴套固定6002型轴承，然后安装锥齿轮，段1的长度是20mm，段三为过渡段，长度为100mm，段4上安装6004型轴承，还要为轴承端盖留出距离，所以长度为44mm，段5上安装刀具，长度为29mm。根据弯矩合成强度检验轴轴的受力情况图5-15 轴3的受力分析图齿轮的圆周力：齿轮的径向力：水平弯矩支点约束力：2）1-1截面的弯矩为：图5-16 轴3水平弯矩图垂直弯矩1-1处的弯矩：图5-17 轴3垂直弯矩图整理合成弯矩图：图5-18 轴3合成弯矩图扭矩图：图5-19 轴3扭矩图 5）计算当量弯矩：因为轴是单方向旋转，查弯矩表得修正系数=0.6危险截面的强度校核：图5-20轴1根据参考文献6可知，满足，所以设计的轴强度足够，无需再做修改。图5-21轴2图5-22轴3 第六章 装配图根据前文的设计可得，图6-1大皮带轮图6-2小皮带轮大皮带轮的孔直径为29mm,小皮带轮的孔为18mm.图6-3大圆锥齿轮图6-4小圆锥齿轮大圆锥齿轮的孔径为28mm，小圆锥齿轮的孔径为14mm。图6-5轴1图6-6轴2图6-7轴3所以可以画出整体的装配图：图6-8总装配图图6-9总装配图总 结随着时代的前进，科技的发展，以解放解放第一生产力为目标，造福广大劳动人民，我们应努力发展农业机械。这样不仅可以提高农作物的产量、种收效果，而且使劳动力得以合理利用。本文设计了一种电动割草机，它具有方便携带、轻便、性价比高的特点。运用了在南京工业职业技术学院这三年来，所学习到得知识，并在导师的指导下完成。在这两个月中，让我学会了如何合理的设计一个机械产品。不管在今后的学习还是生活当中，遇到问题不要总想着回避甚至逃避。我们要迎面而上，正视它。慢慢一个脚步一个脚步得走，一步一个脚印，不要急于求成。如果急功近利做成了，看似做成反而华而不实。我们做机械的更是对于精度、准度要求更高。做人做事都要有做机械的那种精神。致 谢在此感谢老师的细心指导、南京工业职业技术学院的培养和同学们的帮助。
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