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内容简介：

环保草坪修剪机结构设计附录1:外文翻译割草机的创新设计与受力分析关键词:割草机，修剪灌木，修剪角落，应力分析摘要随着人们生活条件的日益苛刻，国内日益增多的城市绿地草坪机械已进入快速发展时期。摘要:通过对现有割草机存在的问题进行研究分析，结合创新思维方式，基于系统理论，提出了制约割草机创新设计的因素，即修剪灌木和草坪与修剪边角机械一体化，创新设计出小面积的绿地服，同时具有低噪音、环保的多功能割草机。并利用计算机软件对割草机的重要部件进行力学分析。1 .介绍割草机是农业、畜牧业、园艺和园林行业必不可少的一种通用机械，但适用于体积小、形状不规则或地形起伏大且操作复杂、使用方便、灵活紧凑的割草机很少见到。为此，在基础研究中广泛应用了一些割草机技术，设计了一种简单实用的割草机，它具有结构简单、重量轻、工作头突出高度可调的特点。我国生产的割草机起步较晚，一般是小型制造企业，产品使用比较单一，没有规模化批量，所以长割草机主要是进口的。我们的割草机主要从日本、美国、意大利、瑞典等国家进口，进口价格从几千到几百万不等。2 .创新与创新设计基于系统约束理论的创新思维方式。“创新”的起源可以追溯到1912年，美国经济学家约瑟夫熊彼特的经济发展导论一书。创新是新的生产要素与生产条件相结合的生产制度的引入。包括:引进新产品，引进新的生产方法，开拓新的市场，获取原材料或半成品的新的供应来源，创建新的经营组织形式。 1 创新设计是指设计师在设计中充分的创造性思维、科学、技术、文化、艺术、社会、经济等特征，设计出一种新颖性、创造性和实用性的新产品的实践，其目的是在产品概念设计阶段产生新的市场竞争力概念或创意最有可能的创造性解决方案。创新设计就是要设定一个具体的目标，然后找到实现这一目标的正确路径。设计问题是多种多样的，根据设计问题的类型，需要采取不同的解决和创新策略以及相应的设计方法。针对不同类型的设计问题制定了相应的解决策略。 2 在本文中，一种基于系统理论的约束创新思维方法是对现有割草机进行创新设计。解决问题的系统创新思维分为三个步骤: 3 通过充分条件解决重建问题；2项战略；3应用相关思维激励工具。该方法提供了对现有标准和创新解决方案的客观评价，指出方案满足两个充分条件将被视为创新设计。这两个条件是完全封闭的世界条件和质量变化条件。 4 3 .割草机案例研究3.1对目前割草机存在的问题进行初步分析，主要是单一的功能只能执行一项工作，人们要做不同的事情，如割草修剪灌木，就需要不同的设备来完成这项工作，从而增加了不便的成本。而且他们用内燃机作为动力，噪音大，污染大，同时能耗也大，不能满足国家的节能要求。随着我国人民生活水平的提高，人们对绿色生活的认识水平要求越来越高，特别是在社区、医院、学校和办公环境周边的绿色区域越来越高，需要开发出一种适合小面积草坪、低噪音、易操作、用途广泛的割草机。3.2在回答问题时( 1 )割草高度可根据要求进行调整，适应高度调整范围，当草坪修剪低能耗要求达到要求时。( 2 )割草整齐、平整，割草前行程一致，两个作业行程衔接顺畅。( 3 )割草机质量好，故障少，节能，效率高。( 4 )操作方便，轻巧灵活，结构简单，易于维护和调试，割草机零部件均为标准件，零部件通用性和互换性强。( 5 )采用电机驱动低噪声。( 6 )上加割草修剪灌木功能。3.3有系统的创新思维解决问题3.3.1总体方案设计手推式割草机采用手动驱动。搜索人体工程学手册，人的行走速度约为3 - 5公里/小时，即48 - 64米/分钟，考虑到推式割草机切割，选定人的行走速度为48米/分钟，即0.8米/秒。人为因素的平均高度，设计扶手和支架尺寸，并根据性别和年龄对扶手的高度和长度进行设计调整。站立工作的大小关系到手术的进行，以及身体对空间的需求。本文将修剪高度可调的割草机、修剪器和灌木修剪器的边角，通过融合创新设计和使用电机驱动，低碳环保，低噪音，特别是对小型静音场所要求较高的场所。3.3.2结构设计结构设计创新包括:( 1 )在原有割草机的基础上增加修剪灌木的工具，使其具有修剪灌木的功能。修剪灌木部分是高度和角度可调的，工具可调角度是180 1856前沿的先进材料和工程技术II度可调修剪30cm高度，以适应不同高度不同形状的灌木。传动轴与工具连接，方便工具通过万象调整截面高度和角度。通过固定杆松开工具本体，连接杆两端分别设有锁紧结构，锁紧结构需要调节工具的高度和角度时，锁紧结构的调节完成闭合。为了适应刀具高度的变化，我们设计了伸缩结构调度轴，采用花键连接。( 2 )为解决割草机死的问题，增加了外部割草刀片。安装在安装支架上的外部割草机刀片修剪衬套。外部割草刀采用齿轮传动结构，并依靠支架附在机体上获得动力。( 3 )为实现修剪灌木和割草转换两种功能，在割草机上增加一个分流器，通过分流器离合器控制电机的换向，即把动力传递给两个传动轴。驱动轴连接在割草机底部的刀片上，完成割草工作。另一个连接到前割草机的修剪器驱动轴衬套部分，用于完成修剪器衬套或拐角的构造工作。为了减轻自身割草机的重量，修剪机和灌木角修剪机可以非常方便地拆卸和安装。割草和修剪灌木不是同时进行的，驱动轴通过超越离合器与转向机构连接。当电动割草机正向工作时，修剪灌木时电动机反转。可逆电机反转控制按钮调节割草机扶手。所述软件的三维内部结构如图1所示。图1角剪电动割草机均匀内部结构3.3.3应力分析为了保证割草机的使用寿命，应用软件对割草机的重要部件进行了三维应力分析，具体如下。选择驱动齿轮轴材质为40Cr。根据UG库材料对应的国产材料牌号，采用相应的材料40Cr对Tron _ 40锥齿轮轴进行分析，结果如图2所示。最大应力为38.08 MPa，远小于材料许用应力。图2锥齿轮轴应力分析图4 .结论本文提出了一种基于系统理论的约束创新思维方法，对现有割草机进行创新设计。理论上通过采用创新设计将修剪高度可调的割草机、灌木修剪机和边角修剪机融合在一起，创新设计采用电机驱动，低碳环保，低噪音，特别是对于小型场地和在场地静音要求较高的场所使用。同时割草机通过创新设计，具有使用方便、携带方便、灵活的特点，可以有效降低劳动强度。附录2:外文原文致谢本文从选题、方案论证到课题的研究都是在导师何荣国老师的全面、悉心指导下完成的。导师严谨的治学态度、渊博的知识、丰富的创造力、高瞻远瞩的学术思想，以及敏锐的洞察力，始终令学生敬佩，并将影响我的一生。值此成文之际，谨向导师表达我深深的敬意和衷心的感谢！对于我来说此次的毕业设计，不仅仅是我四年大学知识成果的检验，也对我以后的学习、工作产生深远的影响，毕业设计的锻炼让我重新复习了之前遗忘的知识，并且深感自己所学机械设计专业的博大精深。这是一次理论与实际相结合的锻炼。即使在整个设计方案里，我遇到了很多麻烦，甚至是之前完全没有过接触过的东西，但是都在老师的指导以及我的努力学习下逐一战胜了，而且积累了很多实践的经验。虽然我所设计的方案可能还存在很多缺点，但是我尽力去更好的完成整个设计，这个过程对我未来的学习与工作都是很重要的。通过这次训练，提高了自己的动手能力和设计能力，为学生日后顺利进入工作岗位作下了铺垫。本次毕业设计，学生收获颇多，这与何老师的悉心指导是分不开的。何老师公务繁忙，但是还是经常抽时间来视察学生毕业设计进度，就毕业设计过程中遇到的问题给予耐心指导。特别要感谢的是我的父母和家人!感谢父母在我成长的道路上给予的无私的爱。感谢所有关心和帮助过我的人们！最后，在本文结束之际，向所有为我的论文提出宝贵意见的评阅老师们表示衷心的感谢和崇高的敬意！谢谢！- 13 - 本科毕业论文(设计)开题报告论 文 题 目： 环保草坪修剪机结构设计学 院 ： 毕业论文（设计）开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节，又是完成高质量毕业论文（设计）的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化，特制定本要求。一、选题依据1. 论文（设计）题目及研究领域；2. 论文（设计）工作的理论意义和应用价值；3. 目前研究的概况和发展趋势。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题；2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）；3. 本论文（设计）预期取得的成果。三、论文（设计）工作安排1. 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；2. 论文（设计）进度计划。四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料，并在此基础上通过分析、研究、综合，形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通顺， 较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其他要求1. 开题报告应在毕业论文（设计）工作开始后的前四周内完成；2. 开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过；3. 开题报告不合格或没有做开题报告的学生，须重做或补做合格后，方能继续论文（设计）工作，否则不允许参加答辩；4. 开题报告通过后，原则上不允许更换论文题目或指导教师；5. 开题报告的内容，要求打印并装订成册（部分专业可根据需要手写在统一纸张上，但封面需按统一格式打印）。一、选题依据1. 论文（设计）题目环保草坪修剪机结构设计2. 研究领域机械设计制造及其自动化机械设计、机械原理3. 论文（设计）工作的理论意义和应用价值随着经济的发展和社会的进步,人们对生存环境的要求越来越高。城市化进程的加快与城市绿化标准的提高，使得国内草坪需求大幅提升，如江河堤坝、高速公路、铁路等交通水利设施的护坡以及屋顶花园、室内绿化都需要优质草坪。草坪美化环境、固土护坡、净化空气的多种功能已成为人们的共识，为草坪业的发展创造了良好的条件。草坪业的迅猛发展，意味着草坪修剪机械的大量需求，对草坪修剪机械的需求增大，现阶段已开发了几十种适用于不同场合的草坪修剪机。但我国生产草坪修剪机起步较晚，企业规模普遍较小，产品用途较为单一。并且市场上现有的草坪修剪机多以燃油机械动力驱动，存在噪音大、有污染等问题。园林机械设备的迅速发展, 科学技术的不断进步，“环保”、“节能”将成为生产力发展的第一路线，为适应小面积和特殊区域草坪的使用和发展, 应研制一种无动力环保节能草坪修剪机。该类草坪修剪机具有不需要能源;结构简单、体积小、无噪音、无污染、无振动的优点。 动力引擎的草坪修剪机不仅产生噪声污染，不适用与办公和学习的地方，由于具有动力装置，保养维修费用较高，同时动力引擎草坪修剪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，使得操作者很不舒服，虽然动力引擎草坪修剪机割草效率较高，割草效果较好，但是价格也相对昂贵，对于一般用户难以接受，所以研究一种无引擎且造价较低的草坪修剪机势在必行! 4. 目前研究的概况和发展趋势在草坪修剪机械发展的历史上，第二次世界大战是一个转折点。在 20 世纪 30 年代前后，每年生产的各类草坪修剪机数量约 3 万台左右。战后，美国经济得到复兴， 允许现役军人低价买房不付现金，大批建设房屋并出售，促使草坪修剪机械得到迅速发 展，生产量急剧上升，1947 年达 36 万台，1974 年达 700 万台。20 世纪 70 年代后期开始,草坪修剪机的市场销售量逐渐趋向饱和，但每年仍保持在 500 万600 万台的销量。 草坪修剪机在数量增加的同时，其性能也在不断改进。1950 年，美国第一台无线电操纵的草坪修剪机诞生：1978 年，Clarence Noke 研制出了可进行草坪修剪编程的草坪修剪机；20 世纪 80 年代，一些新的草坪设备又投放市场，如 Mulching mower Shredder,Lawn dethatcher,String trimmer 等，以及清洁草坪用的 Blower,Lawn vacuum,Lawn sweeper。到了 80 年代后期，string trimmer 被认为是一件普通的家庭用具。 我国生产草坪修剪机起步较晚，从 1958 年才开始研制畜力割草机，现有的草坪修剪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。草坪修剪机的制造技术和工艺并不复杂,与高精端产品相比,它的研发门槛是较低的。以前之所以主要依靠进口,一是因为国内市场需求量小, 二是草坪修剪机最核心的部件四冲程汽油发动机需要进口, 在重庆设厂的嘉陵-本田发动机有限公司生产的通用发动机正式投放市场 ,在一定程度上解决了国产草坪修剪机的动力问题。动力装置解决后, 国产草坪修剪机的成本优势显示出来，国内组装草坪修剪机越来越容易,技术越来越成熟,优势也越来越大。另外,在销售渠道上,国产机的优势将更明显。无论是按城市人均应有的草坪面积来计算，还是按种草草坪面积和国家有关部门的规划来预测，我国草坪草坪修剪机的需求量巨大。据不完全统计，在全国 500 个城市 66 万 hm2 绿地面积中草坪占 18 万 hm2，现今我国多数城市人均草地面积约 1m2，与发达国家相比有着较大的差距，多数城市加大了绿化程度。近年，我国草坪业的年增长率高达 30% 40%； 按国家建设部规定，2005 年后城市建设区人均公共绿地面积要达到 8m2，按草地面积一般占绿地面积的 30%推算，今后 3 年至少需植草坪 18 多万 hm2，每年约需草坪修剪机 18 万台。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，草坪修剪机市场容量将成倍增长。 草坪修剪机必须符合当今人类对环境保护方面的需求，应不断地采用先进技术。采用液压、电力或气动驱动，是环保型草坪修剪机械及设施开发的途径之一，是世界草坪修剪机新的发展趋势。如 Pottcrson 公司设计开发利用 PTO(取力器)驱动液压系统的新型草坪修剪机，以及采用高效率低噪音液压系统来驱动刀片的“快速拆卸”旋转式草坪修剪机；常州、宁波等地已有采用小型电机作动力驱动的草坪修剪机产品试销，但还没有解决好专用电机设计、电缆的卷绕、电机控制及过载安全保护等问题。 总之，对于国产草坪机械来说，应该抓住中国草坪业快速发展的机遇，不断开发新产品，使草坪修剪机成为低噪声、低放排、操纵便捷、舒适、造型美观、高可靠性、高质量的产品 ,这些对用户尤为重要；占据国内市场，最终打入国际市场，为我国出口创汇准备条件。 二、论文（设计）研究的内容1. 重点解决的问题（1） 环保草坪修剪机的结构设计，根据分析其工作原理和结构，选择合理的驱动方式以及传动机构，画出草坪修剪机的机构简图。（2） 无引擎的环保草坪修剪机为了实现操作者在正常行走速度下操作，需要特别的增速机构，计算选择齿轮、链轮和轴配合的组成方案，注意设计成本。（3） 分析这款环保草坪修剪机的特点，剪草方式、刀架设计及其刀架高度的选择确认前后轮的参数，利用solidworks 画出三维图，最终完成设计。2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）（1） 查阅文献，了解研究课题的当代意义、历史概况和发展趋势；（2） 分析草坪修剪机的结构，选择合理的方案，画出结构草图；（3） 计算结构参数，确定各个机械零件的尺寸；（4） 完成环保草坪修剪机的结构设计。3. 本论文（设计）预期取得的成果通过学习及查阅有关资料掌握环保草坪修剪机的工作原理以及其机构的设计, 了解现在草坪修剪机的发展趋势、相关技术的对比及市场前景。通过自主设计并选择最合理的方案设计能够得到以下结果： (1) 环保草坪修剪机的工作原理及总体方案设计；(2) 主要部件的结构设计（装配图、零件图、三维图） (3)设计说明书；(4)与环保草坪修剪机相关的一篇外文翻译（2000 字以上）。三、论文（设计）工作安排1. 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；设计参数：草坪修剪机外形尺寸大约 800x650x400mm 剪草高度 20100mm 割幅 400mm 自重 5kg8kg 考虑人步行剪草速度为 0.8m/s 草坪修剪机设计寿命 8 年。 技术路线： （1） 查阅文献，了解研究课题的当代意义、历史概况和发展趋势； （2） 选择环保草坪修剪机更合理的方案，制定出大体方案设计； （3） 对环保草坪修剪机的各个机构进行理论计算，完成草坪修剪机的结构设计； （4） 利用制图软件辅助方案进行校验。 2. 论文（设计）进度计划第一周至第二周：审题、查找并阅读资料。第三周：写出文献综述。第四周：开题报告。第五周及第六周：思考设计方案的选择，完成系统结构草图。第七周至第十周：进行传动机构参数设计计算，修改并完善方案。第十一周：完成草坪修剪机的草坪修剪机构的设计。第十二周：完成所有的装配图和零件图。第十三周：总体完善，达到设计要求，完善毕业设计说明书。第十四周：制作PPT，打印相关文件。准备答辩。四、需要阅读的参考文献1 杜宝兵.滚刀式草坪修剪机传动方式的现状和发展前景J.时代农机,2016 年，（6期）.2 李建平,刘俊峰,李杰银.果园割草机割茬高度机构运动分析与设计J.农机化研究,2013 年，(8 期).3 朱立宗,陈广升,张名焕,温科,郭朝勇.小型手推式割草机的设计J.科技创新与应用,2017 年，(3 期).4 袁再柱,王晓光.草坪割草机的使用与维护J.农村百事通,2016 年，(15 期).5 佀庚,丁艳艳,郑旭航,孙玮伦.多功能割草机的设计J.机械工程与自动化,2016 年，(1 期).6 杨宏伟,张艳红.国内外割草机械发展概况J.农业工程,2016 年，(4 期). 7孙吉雄. 中国草坪业的发展方向N. 中国花卉报,2014 年，(14 期).8 单华佳,李梦璐,孙彦,周禾.近 10 年中国草坪业发展现状J.草地学报,2013 年，(2期).9 郑晓培,李锟.环保型草坪草坪修剪机的设计J.农机使用与维修,2017 年，(10 期). 10姜旭艳.草坪草坪修剪机的合理应用及管理维护J.科技与企业,2014 年,(16 期). 11杜宝兵.一款新型滚刀草坪修剪机的刀片间隙调节机构J.时代农机,2016 年，(4期).12 张乐佳.国内外主要牧草收获机械发展概况J.农业工程,2014 年，(5 期).13 高梦阳. 园林机械的设计研究草坪切割机的改进研究性设计D.西安建筑科技大学,2014 年.14 赵晓英,陈东,赵晓光.四连杆机构在草坪割草机调高结构中的运用J.湖南农机,2014 年，(7 期).15 苑爱峰,董娇,秋艳,张丽霞.一种创新割草机的研究与设计J.农机化研究,2013年，(3 期).16 娄玉印,朱建华,刘光浩.新型连杆式割草机的结构设计与运动学分析J.农机化研究,2018 年，(1 期).17 赵晓英.步进式自走草坪割草机的设计J.机械设计与制造工程,2015 年，(12 期).18 Xing Liu. Innovative Design and Stress Analysis of the MowerJ. Advanced Materials Research,2014 年,(30 期).19 Dongming Gao,Decheng Wang,Guanghui Wang,Liying Hao. Topology optimizationof conditioner suspension for mower conditioner considering multiple loadsJ. Mathematical and Computer Modelling,2013 年,(58 期).指导教师评阅意见（对选题情况、研究内容、工作安排、文献综述等方面进行评阅）审核意见教研室主任意见签字：年月日签字：年月日学院教学指导委员会意见签字：年月日公章：附：文献综述或报告一、引言基于世界各国对环境保护及环境绿化重视程度 日益提高的考虑，草坪修剪机作为我国农业大国农业生产中的重要工具，在农业产量中起着重要的作用。目前， 国内外草坪修剪机大部分采用单一汽油机作为动力，以致草坪修剪机存在噪音大、体积大、笨重、割草效率低及维修难度大等缺点。 针对传统割草机的缺点，本文研发了一种环保型草坪修剪机，其具有割草效率高、操作方便、安全可靠及维修容易等特点，可广泛应用于庭院小区、办公学习区和广场绿地等场所的草坪修剪。本文首先根据机械原理得出了新型空间机构割草机自由度;其次，根据高等空间机构学理论对割草机构进行运动学分析;最后， 根据动力学理论结合动力学分析软件，CAD 平面设计，SolidWorks 进行仿真分析， 并对这两种方式进行对比分析，验证了该新型草坪修剪机的可靠性和可行性。本文论证该机能够满足工作要求，具有一定的应用价值。 二、课题国内外现状（1） 国内发展现状近几年来，国家不断增加对牧草机械化的扶持力度，颁布了一系列优惠政策。在重点地区推广力度不断增加，使得国内的牧草收获机械市场发展十分活跃12。 文献317对步进式草坪修剪机进行的论述。新型步进式自走草坪割草机的传动机构采用的是皮带传动 + 外置立式减速器 + 链条传动的配置形式。汽油机输出动力的一部分通过主动轮、三角带、从动轮(由两部分组成，两者在外力的作用下可以沿轴向移动)传至减速器，经过减速器内蜗轮、蜗杆的变速，动力再由小链轮、链条、大链轮传至草坪割草机后轴，驱使草坪割草机行走。在割草机工作过程中，从动轮在压簧的作用下，自动调整从动轮上下两部分间的轴向距离，从而改变皮带轮的节圆，使得三角带始终处于合适的张紧状态，保证动力的有效传输。新型步进式自走草坪割草机的结构布局如图 2 所示。其中减速器通过蜗轮、蜗杆实现变速，同时利用蜗轮两侧的一对摩擦锥来控制离合。摩擦锥之间配有压簧，可以沿轴向移动，未工作时， 摩擦锥在 压簧用下与蜗轮分离。当减速器壳体外的离合拉杆扭转时，壳内杆会迫使其两侧的离合轴承分离，推动摩擦锥与蜗轮锥面轴向锁紧从而夹紧蜗轮，实现扭矩的传递。当没有外力作用时，摩擦锥与蜗轮锥面在壳外拉簧和壳内压簧共同作用下复位， 从而实现减速器的分离。减速器的结构简图如图 3 所示。 文献111是对滚刀式草坪修剪机进行的介绍。传统的滚刀草坪修剪机是通过圆柱形滚刀的旋转和固定平直底刀之间的剪切运动剪草的，传统的滚刀草坪修剪机的刀片间隙调节机构由机架两侧的底刀调节螺栓 1、底刀架 2、滚刀 3、底刀 4 几部分组成。如图 1 所示，在滚刀高速运转时，底刀会出现震动从而造成剪出来的草坪有波浪纹，极大地影响了草坪的美观度。 为了克服这种不足，新型的刀片间隙调节机构将底刀固定不动，通过改变滚刀两端偏心座的偏心量来调节滚刀与底刀之间的间隙，彻底解决了这个问题。如图 2 所示，此种新型的调节机构将固定底刀 9 的刀架 11 通过焊接方式固定在机架 10 上，保证了底刀在工作时的稳定性。滚刀 4 由两端的偏心轴承座 2、6 装与机架 10 上，通过固定偏心轴承座的偏心座固定法兰盘 3、7 及相应的紧固件 1、5、8 固定位置。通过图 3 偏心轴承座调节原理图可以看出，顺时针旋转滚刀偏心座，滚刀将向下移动，底刀与滚刀之间的间隙将变小，逆时针旋转，滚刀将向上移动，底刀与滚刀之间的间隙将变大。 文献1516对新型连杆式环保草坪修剪机进行了说明。随着世界各国对环保的要求越来越高和低碳概念的提出，大多数民众都对耗能机械望而却步。国家环保部颁布的声环境质量标准(GB 30962008)，对不同工作的环境和城市各种功能区域都给出了噪声控制标准(见表 1)，以保护正常学习、工作和休息。该割草机采用纯人力驱动的全机械结构，如图 1 图 3 所示。该割草机包括车架、行走机构、增速机构和割草装置。 该割草机的关键部件是割草装置，机构如图 2 和图 3 所示。该装置的运动原理采用直动推杆圆柱空间凸轮机构原理驱动，如图 4 所示。凸轮等速转动，凸轮轮廓推动滚子从动件做直线往复运动，割草机动刀与滚子从动件联接，从而与定刀一起做直线交错相对运动，完成割草动作。 文献214对连杆机构在草坪修剪机调高机构中的应用进行了综述。果园生草的作用需要在杂草适当控制的时候才能得以发挥。为了减轻劳动强度，提高劳动效率，对果园种植果品和地形的差异，因此对割草机割茬高度有不同的要求。平行四杆式割草割茬高度调整机构如图 2 所示。绕 Z 轴转动高度调节手柄，通过扭杆的转动带动拉杆 OA 在 xoy 平面内绕O 点旋转。刀盘与拉杆 CD 和 CD固定在一起，与拉杆 BC 和 BC构成了平行四杆机构。通过拉杆 AB 的拉动，整个割草机割茬高度调整机构构成了一个曲柄摇杆机构，通过杆 OA 转动来调节刀盘的高度。其中，B 点位为一球面空间运动副，从而杆 AB 可以在一定空间范围内自由转动。 利用三维软件运动模拟设计（图 5），便可以很准确地确定割茬高度调整机构的位置关系。随着设计进程的推进，还可以采用运动仿真等功能模块，对刀盘拉杆的拉力、扭杆扭矩以及各杆件的尺寸结构进行优化设计，达到机构设计合理、降低生产成本的要求 （2） 国外发展现状国外草坪修剪机械的研究起步很早。 目前，欧美等经济发达国家的牧草从种植到收获各生产环节都已实现全部机械化，产品品种齐全，功能完善。其中美、德、法、意和日等发达国家在牧草收获机械领域处于领先地位12。约翰迪尔公司的 1209 型草坪修剪机具有先进的自动控制和自动检测技术，性能良好。 纽荷兰公司的 47l 488 499 系列割草机配备护刃器和短齿护刃器，可根据牧草作物生长情况合理选用，并预防牧草堵塞情况，护刃器倾角能手动或液压调节，对多石块或坡地的田间恶劣作业环境均能较好地适应。美国凯斯公司生产的 8330 8350 8370 8380 系列割草机，割幅宽度一般在 2. 80 4. 88 m，可根据不同用户和地块进行选择6。 三、发展趋势随着环保意识提高，我国草坪业发展迅速，对草坪修剪机械的需求亦随之增大，本着节能、环保、健身的宗旨，研究人针对市场需求，经过多方调研，并综合现有市场销售的割草机的优缺点，提出了一种新的设计理念并研制开发了一种新型环保草坪修剪机。该草坪修剪机人力驱动，具有不需要能源，结构简单、体积小、无噪音、无污染、无振动等优点。随着人们生活水平的不断提高和庭院式草坪的增加，该类型无动力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。 四、 存在问题现阶段国内外关于草坪修剪机主要运用燃油发动机驱动，但随着人们对生活质量的看重和环境保护的意识不断提高，燃油式发动机存在很多缺点和不便的地方。（1） 燃油草坪修剪机噪音污染，不利于学校、办公区域的使用，所以新型环保草坪修剪机无引擎驱动，采用人力为动力源。（2） 结构复杂，不易于拆卸修理。不适用于小面积、高度不同的剪草作业。（3） 人力驱动的情况下，剪草刀具的运动方式和剪草速度需要反复计算、试验， 选择最适合的角度。所以解决以上问题是我本次研究额主要目的。压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘要在当代，走在中国的马路上，随处可见马路边上绿油油的草坪，城市的美观与绿化，与草坪密不可分。随着社会的发展，我国对于城市绿化也越来越重视。环保草坪修剪机选用无引擎驱动的手推形式提供动力,替代传统的电力驱动以及其他驱动形式,利用两个齿轮之间齿的啮合的原理将车轮运动的力传递到链接的活动刀具使其来回移动，使之与保持状态不变的刀具的几何关系为相切。这样就可以起到类似于剪子的作用。接下来会从基本原理，齿轮与齿轮的啮合，齿轮与轴的配合，刀具的剪切等方面对修剪机开展的计算和设计。相应计算确定了标准件的选择、非标准件的设计。根据计算数据的结果,用AutoCAD完成无引擎草坪修剪机的装配图、部分非标准件的零件二维图。这款机器的优点为无噪声、无振动、无污染等，适合家庭、学校草坪，小面积草坪，办公地方的草坪。关键词：环保；草坪修剪机；手推式I压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985ABSTRACT In modern times, on the roads in China, there are green lawns on the roadside. The beauty and greenery of the city are inseparable from the lawn. With the development of society, our country is paying more and more attention to urban greening. The environmentally friendly lawn trimmer is powered by an engine-less pusher, which replaces the traditional electric drive and other drive forms. It uses the principle of meshing teeth between two gears to transfer the force of the wheel motion to the linked movable cutter to make it back and forth. Move it so that it is tangent to the geometry of the tool that holds it. This can play a similar role as a scissors. The calculation and design of the pruning machine will be carried out from the basic principles, the meshing of the gear and the gear, the cooperation of the gear and the shaft, and the cutting of the tool. Corresponding calculations determine the selection of standard parts and the design of non-standard parts. According to the results of the calculation data, the assembly drawing of the engineless lawn trimmer and the part two-dimensional drawing of the non-standard parts are completed using AutoCAD. This machine has the advantages of no noise, no vibration, no pollution, etc. It is suitable for families, school lawns, small lawns, office lawns.Keywords: environmental protection; lawn trimmer; hand push压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985 目录摘要ABSTRACT1 绪论11.1 设计的依据11.2 修剪机的作用和使用地区11.3国内外研究现状22 设计修剪机方案的选定32.2主要工作原理32.3主要问题和解决计划62.4 修剪机的优点92.5设计基本的原理93 传动系统设计113.1 设计计算齿轮113.2 设计计算轴153.3 端面齿轮及拨杆的计算设计224 执行机构设计264.1刀具的设计计算部分265 总体设计参数及使用说明315.1端盖与车轮的参数315.2总体设计参数315.3使用说明书326 结论34参考文献35附录1外文翻译36附录2外文原文41致谢45环保草坪修剪机结构设计 1 绪论1.1 设计的依据从第一台草坪修剪机出现可以追溯到一百多年前,经过人们的不断设计和改进,现在大部分都是用电的修剪机。因为草坪都在如学校,公园等人多的地方铺设的，用机械修剪草坪的时候容易对人产生各种各样的影响(噪声、废弃等)。现在市场上绝大多数的修剪机都为内燃机提供能量，其噪声污染非常大，但排气危害对比汽车的较少。欧盟和美国环境保护局针对于草坪剪草机等使用发动机的排放量都实行对应的法律规定；德国施行了节制噪声污染的兰色天使法规；欧洲局部城市出台过具有引导性规划，以税收优惠及嘉奖等办法激励“绿色经营者”来推动环保生活的进程6。而本文的环保草坪修剪机顺应提倡节能减排的国策，主要采用人力提供能量，利用滚动的轮子带动机械运动。修剪机构造简易，接触平稳，噪声极小，而且操纵非常简单，不仅让操作者的剪草工作顺利进行，也不会让周围人听到令人烦躁的噪音。1.2 修剪机的作用和使用地区现在市场上销售的绝大多数草坪修剪机都安装动力装置，开始剪草的时候，声音特别大而且伴随着强烈的震动感，再加上排放灰尘，非常令人们感到反感。因为装有动力系统的草坪修剪机购买的价格昂贵，同时随着它的后期使用需要很贵的保养修理的价格，即便能接受价格高的问题，但是使用这种机械剪草的时候，操作者不仅要忍受动力发出强大的震动带来的不适，还要注意强大动力剪草时碎草飞起来的危险。尽管动力的修剪机剪草速度快，剪完的草地近看又很整齐，但是对于绝大多数仅需要小型的使用场所来讲，价格就会令人望而止步。根据市场调查和资料阅读，我打算就以上问题给出解决的方案，在我的设计中，不需要动力装置，从而因动力引发的噪声、震动、灰尘就通通不存在，缺少动力系统其主要构造也更简易，因为需要修剪不同长短的草，所以其修剪的高度可以根据实际情况进行改变，以及外型美观适合大多小型用户的草坪修剪机。- 2 -该产品主要为住宅区、办公区使用，修剪类似学校，公园，家庭花园等地方的草坪，不需要动力驱动，可以在当下强调环境重要性的我国，显示出绝无仅有的生产价值。1.3国内外研究现状l9世纪中叶，大部分的草坪还在使用镰刀来割草或放牧牛羊来保持草地的整齐性。随着高尔夫球、网球及足球等运动的兴起，保持完善的草地做运动场便成为当务之急。英国人Edwin Budding利用旋转式机械工作的原理发明了滚刀式剪草机，该产品的问世在英国受到了广泛的欢迎，随后传人美国。1868年，美国第一台剪草机取得专利，美国的草坪业也由此起步。不过几年，便有37项有关剪草机的发明获得专利。到1881年，总共有4万多台剪草机被生产和销售 。最初的剪草机均为人力驱动；1890年，在英国开始设计有动力驱动的剪草机。从最初的蒸汽动力驱动发展到小型内燃机动力驱动；1909年，美国科学家Leoni取得了动力型机械式剪草机专利，尽管剪草机由汽油机驱动，但整个装置仍由马拉行走。在草坪修剪机械发展的历史上，第二次世界大战是一个转折点。在20世纪30年代前后，每年生产的各类剪草机数量约3万台左右。战后，美国经济得到复兴，允许现役军人低价买房不付现金，大批建设房屋并出售，促使草坪修剪机械得到迅速发展，生产量急剧上升，1947年达36万台，1974年达700万台。20世纪70年代后期开始，剪草机的市场销售量逐渐趋向饱和，但每年仍保持在500万600万台的销量 。剪草机在数量增加的同时，其性能也在不断改进。1950年，美国第一台无线电操纵的剪草机诞生；1978年，C1arence Noke研制出了一种可进行草坪修剪编程的剪草机 ；20世纪80年代，一些新的草坪设备又投放市场，如Mulching mower，Shredder，Lawndethatcher，String trimmer等，以及清洁草坪用的Blower，Lawn vacuum，Lawn sweeper 。到了80年代后期，string trimmer被认为是一件普通的家庭用具。2 设计修剪机方案的选定2.1拟定作业方案我设计的这个修剪机需要一个能够令它执行的外力作用，以及把这个力传送到下一个构件的装置。操纵者应该在一般行走速度下进行，传递出的人力需要传到能够把人步行速度变大的装置而且还要继续向下一个装置进行传递，为确保整个工作过程的连续性，最后的剪草工作需要一个力，才可以使两个刀片做相切割运动，也就是说，这个力与一开始的人向前行走的方向相互垂直，因此我的设计中它们之间还需要添加一个装置去改变力的运动方向。根据以上的论述得到如图2.1所示的框架图。图2.1修剪机的框架图2.2主要工作原理此修剪机的车轮开始向前运动产生的力传到能够改变速度的齿轮当中，齿轮受力转动两齿轮啮合，把力传给刀具，刀具开始做往返的来回移动。基本构造：能够改变速度的齿轮组、呈相切状态的两个刀片、与直齿轮成90度轴交角度的配合齿轮和拨动杠杆。后面两个构造需要配合工作。与直齿轮成90度轴交角度的配合齿轮开始旋转把力传给拨动杠杆，先引起纵向的来回移动，再传给刀片做往返移动。整个过程刀具的设计是最后一个最重要的步骤，由于没有动力速度受到很大的限制，刀具的设计选择就存在更大的影响，也显得尤为重要。剪草机开始工作的时候，人推着机器向前剪草，首先是后面的车轮1开始滚动，这样可以让后轮的运动带起与其在同样轴上连接的大齿轮2，轴的传动可以让大齿轮2也跟着转动，齿轮2和齿轮3两个齿轮相啮合组成能够使速度加快的装置，并且能够带着两个与直齿轮成90度轴交角度的配合齿轮4转动，之所以选用两个是为了结构的能够呈现几何闭合，这两个齿轮后对着安装，并且与连着的拨动杠杆5一起运动，构件4和构件5配合组成一个能够改变运动形式的装置，就是将齿轮的转动运动这种活动形式变为直线的来回运动，可以简单的说就是把圆周运动变成直线运动，这个做直线往返运动的能够活动的其中一个刀片来回切割另一个固定不动的刀片，构成类似剪刀的相切形式开始剪草。上面叙述了完整的运动步骤，如图2.2所示：图2.2修剪机的机构简易图2.3不同设计方案的论述和选定能够实现上文叙述要求的机构有很多，我要选择相比之下能够达到需求的最好的方式，详细的评判如下文：（1）脚踩或脚蹬的方式 采用脚踩或脚蹬的方式时，就必须要求使用人员站在修剪机旁边或者坐在修剪机上面，考虑到这个方面由此就会接连出现不得不设计类似汽车的座位，还需要控制剪草方向的设备，并且考虑到与车轮怎样的连接配合，还要计算修剪机在人坐上去之后能够承受的重力以及自身的重量，由此引发的一系列设计问题都违背一开始的设计意愿，这样设计的机器繁琐，外形也过大。（2）手推或手摇的方式 就不必像用脚的方式那样，使用人员只需要站在机器旁边就可以操作了，操作者想修剪哪个方向的剪草可以直接使用手去操作，不需要控制方向的系统，整个机械外形尺寸会减小一些，剪草的操作也相对变简单了，我认为这个方式比较符合我的方案。（3）打断草 即用刀将草截断。然而草一端在土里,一端灵活且很软，采取这种方法将草割断很难。机器中的刀具部分主要是尼龙打草绳、割草线，市面上一直有这类机械的售卖，机械整体十分小巧，通过动力提供的高速运动连接的特殊材料的尼龙线会像锋利的刀片一样直接打断，噪声很大，作业的效果不太理想。（4）割断草 草是茎干比较柔软的植物，我们拔草的时候，都不能一把保证都拔到，高度也不一样，割草时同样的道理，由于草不都是整齐并且直立的，单用刀去割的效果很差。（5）剪断草即用刀将草剪断。没有必要选择用速度很快的两个刀片，刀片只要求作相对运动就能够把草剪断。于是，我采用用手驱动用剪的方式的修剪机。我既然选择使用手去操作修剪机，那么如果是使用手摇提供人力供给机械做动力的话，使用人员不仅仅需要在剪草的过程中一只手不停的摇动手柄，另一只手还要推动机器来控制方向，同时兼顾这两项工作的同时，如果遇到碎石或者屏障，剪草工作就要停下，操作者工作过程中既手忙脚乱又付出很大的体力，这样的剪草机很不实用。如果是使用手推提供人力的话，使用人员只需要推动机器往前正常行走，这个力让车轮旋转，然后只需要经过几个齿轮、轴等简单的零件把力传到刀具就可以实现剪草，工作过程很轻松。因此，整个设计方案可以定为：手推式剪草机。就我上网阅读的文献来看，在机械机构设计方案的选择条件的约束下，普遍设计者们都通过组合变异法来排除机构，选出相对好的机构，所以我也选择这种方法。此设计仅仅采取一次运动的更改，就是前文刚才提到的车轮的圆周活动到刀具的来回往返的活动形式，可以很容易就达到我设计需求的机构是如图2.3所呈现的3个机构。图2.3机构的运动示意图2.3主要问题和解决计划2.3.1 增速机构的方案选定因为前文也有涉及到，此机构就是为了把正常使用人员的步行速度增大，之后传递到下一个机构，所以这个机构间接的影响刀具的运动。我为这个机构选择的设计方案为圆柱凸轮传动机构。如图2.4所示可以观察到图片中的圆盘，显而易见的是它的侧面很有特点，这个圆盘在做旋转运动的时候，利用侧面的外形优势能够带动拨杆，图中的拨杆和滑块连接使其能够移动，全部的机构组成新的结构：凸轮端面凸轮。2.3.2论述与比较增速方案（1）用组合法实现增速因为我设计的修剪机需要使用人员手推前进，要求他在正常人的步速条件剪草，用手推动产生的力经过该机构可以把速度增大，然后紧接着向转换机构传递力。该机构做轴固定的旋转运动，在我之前的机械设计课程中学习到，有三种传递的方式分别是链传动，带传动以及齿轮传动。我选用的是最后一个，考虑到其应该安装在修剪机的后轮前面，用齿轮的话全部的零部件安装更贴合紧序。齿轮传动可以大概分为1、 圆锥齿轮传动 齿形从大端到小端逐渐减小,使用时一个锥齿轮要立起。2、 蜗轮蜗杆传动 齿间相对滑动速度大，机械效率低，磨损大。3、 直齿圆柱齿轮传动 轴线平行。4、 斜齿圆柱齿轮传动 工作时产生轴向力,而且螺旋角越大,轴向力越大。9基于以文描述，我选择3号齿轮用作增速方案。如图2.5所示：图2.5机构运动示意图选用异变的方法，为了让刀具剪草运动方向与剪草机行进方向垂直，图2.5里1）与2）表示的机构都没有办法达到，于是还需要再从头选择方案。方案1 选用凸轮廓线显示梅花形状的凸轮和连杆机构，达到滑块在导轨上的往复运动。 方案2 选用圆柱凸轮机构把凸轮轴的旋转运动，转变成滑块的往复移动。我重新选用方案的原因是为了达到运动形式的转换，如果采用如图2.6所示的方案，要添加构件改变自由度，设计时需要比短（不然肯定要增加梅花凸轮的大小），要不然传力以后最后到滑块将会比之前小。如图6，图3的两种机构能够选择用来作为改变运动形式的中间媒介，它们的优点是构造严密且简易。并且，我要求此剪草机还能够调整剪草的高度。欲要达到其调整的功能，如图2.7所表示的机构里要增添一个移动副，为了刀架可以沿垂直方向活动，导致机构的整体构造繁杂。而如图2.4表示的，能够让推杆沿着端面凸轮的侧面向上、向下移动，于是接连着让刀架向上、向下移动，可以让调整剪草高度的要求简单的得以实现。2.4 修剪机的优点这台剪草机是上滚刀和下底刀呈现相切的切割方式，重量低，整体构造严密，占地体积小，没有动力驱动，无噪声，操作简单，可以在大部分小型地区使用。机器便于收纳、保养、修理；拆装容易，成本低廉，外形美观，实用性强，剪草效果突出。铸铝材料的底盘和构件，优点是不会弯曲、也不会生锈。并且别具一格的底盘能够防止修剪的草削四处乱飞卡在出口。机器的车前轮安装导向性好的万向轮，车后轮的其中一个轮子安装上有利于转弯时推动的使用年限长的球轴承。能够长度收缩并且质地为金属的推动手柄，适用身高有差别的操纵者。2.5设计基本的原理这个剪草机由人力输入推动轮子转动，经过单级传动装置改变一次速度，然后传到转换运动形式的装置，最后传给刀具输出。如图2.8所示：最终选择的方案能够极佳的满足我的设计要求。首先，用以增大速度的齿轮，把原本没有动力速度低导致的剪草效率低的问题得到了明显的提高；用以改变运动形式的机构组合，把我要达到的输出刀具的移动形式得到解决；并且这个机构相当于推杆和凸轮组，在一定程度上还解决了割草需要很大效率的问题。刀具剪草高度是很大的剪草难题，这个问题的突破是想法上出现了刀架上下移动的调节装置。3 传动系统设计3.1 设计计算齿轮3.1.1计算修剪机的动力茎干比较柔软的植物就是广义上对草的定义，我们不用使劲就可以轻松拔草，所以剪草同样不需要多大的力就可以轻松剪短。根据我之前查阅的资料，大概能够同时剪草500根左右，用刀具剪一根草需要的力是。计算结果是：F=250N；前面我选择的是两个端面齿轮背对背安装的，所以它们分别为受到的力大小是：。假设没有多余的能量损失，能够让刀具移动的力都由车轮转动的力矩导致的活动。于是能够得到: (3.1) 取正常人的步行速度是。取车轮的直径为；轮子的周长为。传递的功率大小分别是：: (3.2) : (3.3) : (3.4)3.1.2齿轮的计算步骤（1）计算输出转矩：: : (3.5)能够得到 (3.6)（2）齿轮的参数设计：剪草机为一般工作机器，齿轮选择常用材料及热处理，8级精度；小齿轮：40Cr(调质)，齿面硬度280HBS；大齿轮：45钢（调质），齿面硬度240HBS,二者硬度相差40HBS3。初定齿数为 小齿轮：z1=23，大齿轮：（3）设定基础参数根据齿面的硬度查资料得出是：小齿轮：, 大齿轮：假设齿宽系数是：选择的是：根据资料查表格能够得到是：（4）应力循环次数N的计算草坪修剪机的剪草过程肯定要收到作业损耗，并且草的生长速度很快，为了草坪整体的美观，每一周都要尽量使用机械去修剪，按照使用人员正常工作时间8h计算，预计修剪机的使用年限大概是50年左右。 : 小齿轮 (3.7)于是带入公式能够得出： 大齿轮 （5）接触疲劳许用应力的设计计算:小齿轮, 大齿轮有计算公式： (3.8) （3.9）: （3.10）于是能够计算出： : 通常选用标准的 : 小齿轮： 大齿轮： : 大齿轮：，取圆整；小齿轮： (需要增加度5mm) : : 小齿轮：大齿轮：通过上诉计算总结得到下表：表3.1所示（6）载荷系数K的设计计算 根据资料可以查表得出: (3.11) (3.12) 由阅读机械设计资料可以查表得出: 齿间： 齿向： 通常需要再跑合，得出 : (3.13)（7）修正计算： (3.14) 前面已经选取的，计算结果满足接触疲劳强度的要求。（8）弯曲疲劳强度校核计算由公式 (3.13)能够得到: K=: 根据机械设计的材料能够查表格得到以下参数：:, ； :，: 小齿轮： 大齿轮： :小齿轮： 大齿轮： :由公式 (3.15)得到由公式 (3.16)得到: F1=2KT1bmd1gYFa1gYSa1 (3.17) F1=80.5MPaF1 F1=74.2MPaF2所以,根据以上的计算的结果，能够得到弯曲疲劳强度满足要求3.2 设计计算轴3.2.1轴的设计与计算出于轴的结构工艺性，在轴的左端、右端均制成倒角。（1）轴的材料选择这个轴没有什么技术上的额外问题，所以我选用45钢然后经过调质处理，于是可以得到。粗略的估计轴的直径大小：按扭转强度估算输入端的最小轴径5。由于材料选用的是45钢，根据公式 (3.18)（2）轴的基础计算轴上零件都是限制其沿着轴向方向移动和限制轴沿着圆周方向移动。我设计的方案从左边车轮到右边车轮选取的长度为：。（3）轴的强度计算设计： ： ： (3.19)： (3.20)： (3.21)受到的外力示意图如3.1所示： ：水平面： C点位置： 垂直面： C点位置： ：根据合成弯矩的应力来检验轴的强度 一般情况下我们想要去检验轴的强度，只需要去计算截面受到的最大的弯曲力矩和扭转力矩。我选择， ： (3.22) 根据我所学习的机械设计知识：当结构的材料选择45钢的时候，再进行调质处理，所以能够达到设计需要。3.2.2轴的设计与计算（1）轴的材料选择这个轴没有什么技术上的额外问题，所以我选用45钢然后经过调质处理，于是可以得到。粗略的估计轴的直径大小：由于材料选用的是45钢，根据公式 (3.18)得: （2）轴的基础计算轴上都是限制其沿着轴向方向移动和限制轴沿着圆周方向移动。大齿轮在轴上为对称定位，使传递动力简易，左端和右端由套筒定位，便于拆卸安装；轴的左面和右面用的轴承都要使用一样的，这样的话可以避免生产过程的中的麻烦，对于购买者来说安装简单，方便修理，特别注意安装的时候轴肩位置的高度。轴和齿轮沿着轴向方向的定位一般情况下都选用的是普通的平键联接的。根据阅读的资料查找表格能找到：齿轮的键截面，配合，轴承与轴的配合为：基孔制。通过选定的轴承的固定轴肩的位置能够使其选定轴的每一段的长度以及轴的直径大小。我设计的方案从左边车轮到右边车轮选取的长度为：。(3) 轴的强度设计计算 ： =3911Nmm： (3.23)： (3.24)： (3.25)： (3.26)：垂直面： 方向相反C点位置： 水平面： C点位置： ：同理可得，由公式 (3.22)： 根据我所学习的机械设计知识：当结构的材料选择45钢的时候，再进行调质处理，所以能够达到设计需要。3.3 端面齿轮及拨杆的计算设计3.3.1设计基础在我的设计中，有一对机构配合工作类似凸轮与推杆的工作过程，是由端面齿轮和拨杆组成的机构组，而且它们的配合非常重要，与剪切刀具的工作过程紧密相关。3.3.2 运动分析的外形如图3.9所示：设计需要拨杆满足：端面齿轮转动时，其向上20mm；再转动时，其向下20mm；接着转动时，其停下来不动。如图3.10所示。如图3.10所示，位置在的端面齿轮处安装拨杆，a段、b段均为拨杆向上升的时候，所对应的端面齿轮转过的角度为，。： (3.27)同理得到： 式中-假设在端面齿轮上的运动行程为，接触点上下运动的位移为，：参数解释： -；K-。当， ： 上面的轨迹方程可以画出运动曲线，我们仅仅研究一个往复运动就可以了，因为端面齿轮外形的特殊对称性，不需要分析其他的5个完全一样的内容，把角度带入公式得出相应的结果做出表格如下。 运功轮廓线如图3.13所示。根据上面表格的数值，可以把它做成折线图，可以更加直观的看出变化情况。我的角度之间选取的差值越小，得到的折线图就越清晰。4 执行机构设计4.1刀具的设计计算部分4.1.1 刀具设计基础修剪机我选用的是坚硬不易的刀片切割草，刀具做的是来回往返方式的移动。上刀片和下刀片构成这样的往返剪草结构。因为前文已经提及过，两个刀片一起运动还是一个刀片运动、一个刀片固定，这两种我选择的是后面的方式，因为可以构成类似剪刀的相切的道理，滚到在底刀上做往返来回移动。如果用方程表示它的运动：，刀片运动的距离数值上和两个刀之间的距离一样。修剪机我选用的是坚硬不易的刀片切割草，刀具做的是来回往返方式的移动。上刀片和下刀片构成这样的往返剪草结构。因为前文已经提及过，两个刀片一起运动还是一个刀片运动、一个刀片固定，这两种我选择的是后面的方式，因为可以构成类似剪刀的相切的道理，滚到在底刀上做往返来回移动。如果用方程表示其运动特点我的设计方案大致是，刀具两个刀片虽然是分为上滚刀和下底刀，但是不影响修剪草地，就是草还是收到两方向的切割动作，之所以大多数剪草机都是动力驱动是可以提供很大的切割速度，因此，速度比较大的时候剪切的效果好。我现在模拟一整个剪草活动中速度的变化大小，如图4.1所示。我们只看一个工作循环，自开始，可以相当于原点就是速度为零的点。还未到达以前，由于切刀没有产生互相接触，所以尚未开始切割运动。到达，上滚刀和下底刀开始接触，的速度就叫做开始切割的速度，然后刀片接着往右移动并且开始切割运动，当达到，上滚刀和下底刀分离，的速度就叫做终止切割的速度。能够变化的区间是到之间的速度大小之差。并且。整个工作循环里，一个刀具刀刃顶斜着移到另外一个刀具刀刃以及修剪机工作时向前倾斜的情况下把部分的草剪切的，导致草坪轮廓略微不齐。4.1.2 刀具的计算设计刀片的一个行程时间里机械行进的距离叫做切刀的进程，以H来表示。11 ： 由公式 (4.1) 、(4.2)可知： ： 因为端面齿轮转动一圈刀具来回往返为六回，运动轨迹曲线是加速减速相互对称的曲线，速度的改变是，0和0用的时间是。通过以上的分析，刀具做的是匀加速运动，： ： ： (4.1)通过调查资料了解到采茶机和茶树修剪机的参数，类似实验结果和我的计算参数相对比，能够得到动力转速不大的手推式剪草机传动的效率相对大。证明我设计的剪草机的机械效率比另外的两台机器高。4.1.3 刀具的基本参数刀片是剪切结构的重要构件，因为不同的运动参数以及使用前提，导致不一样机型的刀具参数存在差别。选择刀片是非常重要的，直接影响剪草的直观效果，对剪草效果也有间接的影响，机器的用途不同选择的刀都是不同的，市面上也有可以更换刀进行不同操作的机器。如图4.3所示是刀刃的楔角、切割角。如果增大切割角的话就会导致剪切口不太规整。而且刀片行进距离是，、不起任何作用。图4.3刀刃的角度刀具行程对修剪效果的影响行程是，碎草比较少，草的外观和整体修剪高度较好。当切割间距为的时候，切割口处较整齐；当切割间距为30mm以上的时候，切割口处便不整齐了；当切割间距大于40mm的时候剪切表面好像是随机采样一样，一块草坪部分修剪部分没修剪，杂乱并且不均匀。剪草的品质与刀片的刀距行程没有太大的影响。剪切速比对草嫩芽、碎叶的影响针对类似作物的试验，刀具的切割速度比，为2.5之下的时候，草的芽叶多，细小的碎叶少，对草切割之后基本没有什么的影响。所以，选取任意的剪切速比在2.5下的刀片做来回往返移动，正常切割长度草削呈现略微消减的趋向；剪切速比为，修剪草的时候修剪的效果没有显著的不同。剪切速比为3，修剪之后的草边缘凹凸不平。25 总体设计参数及使用说明5.1端盖与车轮的参数5.1.1前轮万向轮根据成本预估、实际需要前轮采用万向轮,由于修剪机在修剪草坪时需要转动灵活,采用的前轮参数为: 轮径:100mm 轮宽:30mm 载荷:60kg 安装尺寸高度105mm 螺杆参数M12x25 如图5.1所示: 图5.1万向轮车后轮的其中一个轮子安装上有利于转弯时推动的使用年限长的球轴承。5.1.2 端盖的选择端盖重要的是:修剪机与其里面构件的配合、经济性,尽可能减少成本预算。外形轮廓采用简单适用的表面, 厚度：1mm，材料选择:HT200。 5.2 总体设计参数我设计的这款机器，就当下的市场价格，整个机器的成本价格大概在一百到二百之间，加工需要的人力手工费用大概在一百以下。也就是说，价格在三百左右。现在可以在大部分小型园林草坪区域进行作业。5.3使用说明书5.3.1修剪机的名称 环保草坪修剪机(手推式)5.3.2修剪机的组装安装修剪机时，需要从事过机械工作的专业工人加入。开始组装前需要使用水平仪确定平基准以及组装支架的水平度，让其牢固住。根据剪草机出厂时，每段机壳的连接标志次序安装，每段机槽内口的接触需要整齐、密封，发生错位的情况，仅要求比剪草机拨杆略矮，数值不能够比1mm大。机体安装以后，测量机槽左右边对称中心面的对称度。机器的前轮、后轮一定要和中心对直，齿轴安装以后必须保持平行的状态，不能侧偏。组装剪草机刀具时，需要重复确认刀具往复移动能否灵活，作业矫捷的剪草机才可以开始组装。5.3.3修剪机的试运转修剪机组装完成以后，尝试让机器空载运行一段时间。准备工作完成以后，向前或向后推行剪草机，察看小轮、大轮能否和外壳接触或跑偏，如果没有缺点，适当进行远距离的空载运行。5.3.4修剪机器的使用和维护(1)修剪机的操作要开始修剪草地的话，需要一段时间的空载运行，等到机器运行达到稳定就可以开始剪草工作，需要稳定剪草机运行的速度，不可以突然过量增速和过载运转，会轻易对刀片造成很大伤害。没有特殊问题，在剪草工作结束后，必须清理刀具，这样可以剪草的刀片可以多用几次。我们如果要开始修剪草地，肯定要先大致看一下草的高度，然后确定大概剪短多高，根据以上把调节剪草机调节到需要的剪草高度。操作者需要首先查看剪草机的各个构件，尤其是刀具是否损坏，驱动装置，端面齿轮和拨杆组合是否完好，螺母、螺栓的紧固状况，轮胎压力状况。如果存在损坏的机件（如刀片发生裂缝和过度损坏、拨杆的断裂、弯曲段中间导轨严重磨损等），需要予以维修或换新。4(2)保养剪草机工作结束以后，必须清理、检查。若发现槽内有残余草卡在里面，需要扫除清洁，如果发现构件存在部分、细小的安全问题，需要立即解决。大轮上螺栓松紧程度，需要进行调节。润滑点需要加油。(3)维修排出需要给损坏件予以维修或换新，应该按期进行查看主要构件、易磨损零件，而且需要参照安全用法的要求维修，让机械始终维持极好的作业状况。6 结论我的毕业设计题目是：环保草坪修剪机结构设计。关于这个设计首先我拟定大体工作方案，然后选择动力提供和剪草方式，在方案选择中花费很多时间，实际机构与设计要求不符合，我一步步分析论证最终克服困难，解决了增速结构的选择、改变运动形式的机构选择、剪草高度调节机构的选择。在全部的设计方案里完成以下工作：1、上网查阅相关的文献记载，学习现代国内外剪草机的发展状况和发展前景，也了解到创新设计能够带来无穷的发展机遇。2、依靠资料学习的剪草机用处，把剪草机的传动机构与执行机构进行了剖析和充分的论证，最终选择了设计方案。3、具体的设计计算了主要零部件例如齿轮、轴，并且进行了校核。针对刀具进行了细致的计算设计。4、通过二维制图软件完成非标准件的零件图和装配图。使我学习到严谨、认真的工作态度，同时为我以后能够在社会道路上学习更多的专业知识奠定了坚实的基础，也为我提供了一次可以把所学习的理论知识应用到实际生产里的绝佳磨炼机会，势必将影响我以后的工作生活。参考文献1杜宝兵.滚刀式草坪修剪机传动方式的现状和发展前景J.时代农机,2016 年，（6期）.2李建平,刘俊峰,李杰银.果园割草机割茬高度机构运动分析与设计J.农机化研究,2013 年，(8 期).3朱立宗,陈广升,张名焕,温科,郭朝勇.小型手推式割草机的设计J.科技创新与应用,2017 年，(3 期).4袁再柱,王晓光.草坪割草机的使用与维护J.农村百事通,2016 年，(15 期).5佀庚,丁艳艳,郑旭航,孙玮伦.多功能割草机的设计J.机械工程与自动化,2016 年，(1 期).6杨宏伟,张艳红.国内外割草机械发展概况J.农业工程,2016 年，(4 期).7孙吉雄. 中国草坪业的发展方向N. 中国花卉报,2014 年，(14 期).8单华佳,李梦璐,孙彦,周禾.近 10 年中国草坪业发展现状J.草地学报,2013 年，(2期).9郑晓培,李锟.环保型草坪草坪修剪机的设计J.农机使用与维修,2017 年，(10 期).10姜旭艳.草坪草坪修剪机的合理应用及管理维护J.科技与企业,2014 年,(16 期).11杜宝兵.一款新型滚刀草坪修剪机的刀片间隙调节机构J.时代农机,2016 年，(4期).12张乐佳.国内外主要牧草收获机械发展概况J.农业工程,2014 年，(5 期).13高梦阳. 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