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遥控割草机机械部分设计说明书.doc

遥控割草机机械部分设计【5张图纸】【优秀】

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关键词：: 遥控割草机机械部分部份设计图纸优秀优良

资源描述：

遥控割草机机械部分设计

40页 16000字数+说明书+任务书+开题报告+5张CAD图纸

中期检查表.doc

任务书.doc

开题论证审批表.doc

开题论证记录.doc

所有图纸5张.dwg

选题审批表.doc

遥控割草机机械部分设计开题报告.doc

遥控割草机机械部分设计说明书.doc

摘要1

关键词1

1 前言2

1.1 课题研究的目的及意义2

1.2 课题研究的范围和技术要求3

1.3 课题解决的主要问题3

2 系统主要结构及总体设计3

2.1 系统功能描述3

2.2 割草机工作原理4

2.3 功能解析4

2.4 遥控割草机整体方案设计4

2.4.1 遥控割草机驱动方案的选择6

2.4.2 割台方案的选择6

2.4.3 调高方案的选择6

3 遥控割草机的机械本体设计6

3.1 车体驱动电机的选择6

3.2 遥控割草机车体减速箱的设计10

3.2.1 各主要部件的选择10

3.2.2 分配传动比10

3.2.3 传动系统的运动和动力参数的设定10

3.2.4 设计齿轮11

3.2.5 输入轴及其轴承装置、键的设计15

3.2.6 输出轴及其轴承装置、键的设计19

3.2.7润滑与密封23

3.2.8 箱体结构尺寸24

3.2.9割台设计24

3.3.0 刀片有关参数的确定及驱动机参数的确定25

3.3.1 割刀的运动分析25

3.3.2 割刀的转速确定26

3.3.3 刀片数的确定27

3．3．4 割刀的技术数据27

3．3．5 割草机割草部分驱动机的选择28

3．4 遥控割草机体设计29

3．5 草坪修剪高度调节机构的设计30

3. 5. 1 修剪高度调节范围的确定30

3．5. 2 高度调节机构原理30

3．5. 3 调高机构的计算31

3．6 扶手的人机工程学设计33

4结论35

参考文献35

致谢36

遥控割草机机械部分设计

　　　摘要：本文对国内外市场现存的割草机进行了介绍和比较，指出了现在割草机研制过程中需注意的关键技术，并结合以往的成功经验和遥控割草机控制系统的要求，进行了遥控机械本体设计。首先，选择了结构容易实现的三轮车体机构。其后，建立了自动割草机的运动学和动力学模型，并根据相关计算确定了所需驱动电动机的参数，并以此为基础进行了电机选型。再后根据选择的电机情况为遥控割草机设计了驱动系统的减速箱。最后，结合遥控割草机的任务特点，为其设计了割草的机构。作为割草机的主体部分，割台及调高部分技术成熟，性能稳定。本文在这方面采用传统设计理念，和遥控部分配合，做了适当的调整。

　　　关键词：遥控；割草机；差速驱动；人机工程学

Design of Remote Control Lawn Mower about Mechanic Opponet

Abstract: This article introduces and compares to existing lawn mower , the key technologies and the successful experience for remote control lawn mower development be pointed out, scheme out the mechanical framework of remote control lawn mower. First, chose a simple tricycle structure. Second, establish the kinematics and dynamics model of autonomous robot lawn mower,confirm the driving motor parameters by corresponding calculation, and use those parameters as the basis select the driving motors.[1] Third, based on the selected driving motors, design a gear box for the remote control lawn mower.Finally, design a special adjustable cutting mechanism for the robot according to its lawn trimming task.The construction technique of mowing platform and turning up, which are the main part of my lawn mower, is mature degree and reliable performance. In this respect, my text applies a conventional technology and makes some appropriate readjustments to adapt to remote control.[2] At the end of the text, I finish ergonomics design of hand holding bracket and the adaptive design of chassis.

Keywords: remote control; lawn mower; differential driving; man-machine engineering 　1.2 课题研究的范围和技术要求

　　　本课题研究主要是关于割草机机械部分的设计和计算，要用现有的科技成果和经验来完成机械部分的设计，而且能够和遥控部分有机结合，从而来完成遥控割草机的整体设计。由于本课题研究割草机本身构造不复制，所以本课题的研究对技术方面要求比较高。机械方面掌握的机械原理，基础理论力学，空气动力学，刀具相关知识即可。机械的驱动部分运用汇合力串行排列，这要加强对电动机和汽油机的工作的原理和类别，以及多种机械知识的综合运用。

1.3 课题解决的主要问题

　　　（1）遥控割草机的割草部件及其传动系统的设计和计算；

　　　（2）遥控割草机本体驱动方案的设计及计算；

　　　（3）遥控割草机的外观设计和人机工程学设计；

　　　（4）遥控割草机的为调节部件设计及计算；

　　　（5）遥控割草机在远程的环境中突发情况的相应动作部件的设计及计算。

2 系统主要结构及总体设计

　　遥控割草机的主要结构有框架，电池，配电器，遥控器，驱动机构，转向驱动机构，机械传动机构，割刀等装置组成。遥控割草机是机电一体化的产品，以实际的需求为出发点，合理的选择遥控割草机的本体选型方案，割台系统方案和调高件选择等多方面的内容，最后给定设计主要参数。本文的是以作者调研并结合对国内外最新资料为基础并在遥控割草机自身性能特点而是进行设计。

2.1 系统功能描述

　　遥控割草机用于远程割草控制，是现在一定范围内通过单片机控制和草机按要求完成修剪草坪的工作。

QQ截图20130725225733.gif

内容简介：: 湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学部：理工学部学生姓名王虹凯学号200841914722年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(7)班指导教师姓名向阳指导教师职称副教授毕业论文（设计）题目遥控割草机机械部分设计设计工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题1、接受设计任务书，了解课题内容及要求；2、查阅了大量资料和参考文献，完成开题报告;3、初步拟定了设计方案4、完成部分装配图的设计和部分计算说明书。1、剩下的系统原理图；2、剩下部分零部件的计算；3、设计说明书的整理；4、毕业答辩的相关准备；指导教师意见指导教师签名：年月日检查（考核）小组意见检查小组组长签名：年月日开题论证小组意见指导教师签名：年月日专业委员会意见检查小组组长签名：年月日注：此表意见栏必须由相应的负责人亲笔填写。专业名称必须是全称，例如“会计学专业”，班序号用阿拉伯数字“1”、“2”标注。此表如不够填写，可另加页。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）任务书学生姓名王虹凯学号200841914722年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(7)班指导教师及职称向阳副教授学部理工学部 20 年月日填写说明一、毕业论文（设计）任务书是学院根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必须针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（二）主要参考文献与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（三）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目遥控割草机机械部分设计主要内容和要求（宋体五号，行间距单倍行距）草坪割草作业时，碎草、灰尘等会随刀片产生的气流飞出，作业环境十分恶劣。针对这一问题，设计遥控割草机，作业人员在远处控制即可完成割草作业，有利于保持作业人员的清洁的作业环境卫生，从而保护其身体健康。本设计的目的在于针对遥控作业的特点，设计一种基于无线遥控的割草机（机械部分）。设计的主要内容包括：1) 系统工作原理及技术特点分析、系统原理方案选择2) 遥控作业技术特点与要求分析3) 系统总体方案设计、各功能模块方案设计。绘制总体布局图4) 动力机的选型，传动系统设计5) 主要零部件的技术设计、绘制零件图6) 重要零部件的设计计算与较核7) 绘制装配图8) 整理资料，撰写设计说明书主要要求：1) 遥控动作功能：前进、后退，左右转向2) 割草机动力：汽油机3) 遥控工作部分电源：12V直流（蓄电池）4) 操作方便，安全可靠注：此表如不够填写，可另加附页。主要参考资料（具体格式以规范化要求规定为准）1 William L White The menace of the rotary lawn movedJ.The American Joumal of Surgery,1957,93(4):674-675-173 2 Rob W. Hicks and Ernest L. Hall. Survey of robot lawn mowersA.Proceedings of SPIEC.USA:2000,43-50 3 董德军，陈海霞.滚刀式铡草机刀片刃线分析J.农机化研究，2002，(2):41-42 4 张文祥 .草坪割草机内置调高机构的设计开发J.林业机械与木工设备，2008， (7):5-12 5 王东青.实用型多功能割草机的研制J.林业机械与木工设备，2003，(4):17-22 6 汪德众，王敦军，齐邵文，王宏章.9GYS-0.85型盘式甩刀割草机的设计J.农机化研究，2003，(01)12-16 7 刘延超，宋世忠，孙红梅，任国玉.GCL120-160型路用割草机的研制J.黑龙江交通科技，2002，(6):12-20 8 黄麟锋，林绍奕，梁林庆.66型铺复式双草刀割草机的研制J.广东林业科技，1997， (1):35-61 9 李凯捷，王琦.草坪割草机抛射物体试验与设计开发试验台的研究J.林业机械与木工设备,2003, (12):43-75 10 肖远金.草坪割草机的日常使用及维护J.农业装备技术，2003，(6):30-42 11 王振东，涂洪森.草坪割草机高度调节机构对作业质量影响分析及其优化设计J.林业机械与木工设备，2004，(1):21-25 12 1.2型旋转式割草机J.粮油加工与食品机械，1975,（3）：112-138 13 张立萍,郑威强.小型果园割草机的设计J.科技信息，2009，（12）：105-120 14 邸弘.旋转式割草机安全试验装置J.粮油加工与食品机械，1998，（1）：45-69 15 林贵菊.甩刀式割草机J.粮油加工与食品机械，1982，（4）：88-92 16 郭新刚,王士国,陈其伟,黄志东.9GXW-1.4型割草机的故障维修J.新疆农垦科技， 2006,（3）:18-33 17 奈安.宽幅浮动圆盘割草压扁机J.粮油加工与食品机械.1984，（12）：98-105 18 姚昊萍，张建润.割草机电机隔振垫的优化设计J.噪声与振动控制,2010，（3）： 82-110 19 林森.割草机械J.林业知识，2005，（6）：25-53 20 李兴福.丘陵地区割草机具的选型及改装J.新疆农机化，2006，（4）：73-98工作进度安排（宋体五号，行间距固定值22磅）起止日期主要工作内容2011/12/25前查阅相关文献，收集资料，调研。2011/12/26-2012/4/10 总体方案设计，完成总装图、部件装配图和零件图。2011/4中旬毕业设计中期考核。2011/4/20-2012/5/10 完成设计说明书。2011/5/11-2012/5/25 毕业设计审查。2011/6 毕业答辩。要求完成日期：20 年月日指导教师签名：接受任务日期：20 年月日；学生本人签名：王虹凯注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名王虹凯学号200841914722年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(7)班指导教师及职称向阳副教授开题时间年月日毕业论文（设计）题目遥控割草机机械部分设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等）（宋体五号，行间距单倍行距。）课题的目的与意义本实用新型公开了混合动力遥控割草机，其结构包括汽油发动机、发电机、机架、底盘、行走机构、割草装置、发动机启动机构、发动机节气门调节机构、遥控器，所述割草装置包括旋割机构和升降机构，旋割机构所采用的驱动装置为汽油发动机；所述行走机构、升降机构、发动机启动机构、发动机节气门调节机构的驱动装置为直流电动机；所述割草机机架上还设置有控制器，与控制器相对应的还设置有外置的遥控器。本实用新型结构原理新颖，机电装置巧妙配合，合理利用两种能源；可远距离操纵割草机工作，使割草机工作范围扩大，减少工作人员劳动强度和噪声、振动伤害，割草机的全部操纵可由无线电遥控器远距离遥控实现，工作场地受限小，割草效率高，操作人员可原离机器，工作变得轻松愉快。国内外研究情况在割草机问世之前，草的修剪工具主要是镰刀，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，通过齿轮传动推动旋刀割草，这就是旋刀割草机的皱形。1830年英国的纺织工程师比尔布丁取得了滚筒割草机的专利，1832年兰赛姆斯农机公司开始批量生产滚筒割草机，1902年英国人伦敦恩斯制造了内燃机做动力的滚筒式割草机。其原理至今还在使用。在西方发达国家，20世纪初期，割草机获得的快速的发展。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。滚刀式割草机由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成，它较旋刀式割草机有更好的修剪质量，是高质量草坪最常用的割草机型，适用于草高380毫米的草坪，其问题主要是价格贵，维修保养要求严格。而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的上部叶片，它适合于在2580毫米范围类的剪草，由于其价格低廉，保养，维修方便，使用灵活，只要将刀片磨快，割草效果还是可以的。因此，一般要求的草坪都选用它成为目前国内最流行的割草机。目前我国已研发出草坪割草机的试验台，草坪割草机为现代城市绿化的重要设备，目前市场上进口的国产的机器均有一定的市场，但是质量参差不齐。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，北京市农机实验鉴定推广站研制成功割草机专用试验台。该试验台自动化程度高，采用了气动技术，机电安全锁定机构及气动调速技术，可对国内各型割草机进行安全性能测试。主要参考文献1 中国农业机械化科学研究院.农业机械手册M.北京：机械工业出版社，1990,152-1732 杨明韶.我国牧草压缩基础研究工作进展与探索J.农机化研究，2002,(2):1-43 董德军，陈海霞.滚刀式铡草机刀片刃线分析J.农机化研究，2002，(2):41-424 张文祥 .草坪割草机内置调高机构的设计开发J.林业机械与木工设备，2008，(7):5-125 王东青.实用型多功能割草机的研制J.林业机械与木工设备，2003，(4):17-226 汪德众，王敦军，齐邵文，王宏章.9GYS-0.85型盘式甩刀割草机的设计J.农机化研究，2003，(01)12-167 刘延超，宋世忠，孙红梅，任国玉.GCL120-160型路用割草机的研制J.黑龙江交通科技，2002，(6):12-208 黄麟锋，林绍奕，梁林庆.66型铺复式双草刀割草机的研制J.广东林业科技，1997，(1):35-619 李凯捷，王琦.草坪割草机抛射物体试验与设计开发试验台的研究J.林业机械与木工设备,2003, (12):43-7510 肖远金.草坪割草机的日常使用及维护J.农业装备技术，2003，(6):30-4211 王振东，涂洪森.草坪割草机高度调节机构对作业质量影响分析及其优化设计J.林业机械与木工设备，2004，(1):21-2512 1.2型旋转式割草机J.粮油加工与食品机械，1975,（3）：112-138 13 张立萍,郑威强.小型果园割草机的设计J.科技信息，2009，（12）：105-120 14 邸弘.旋转式割草机安全试验装置J.粮油加工与食品机械，1998，（1）：45-69 15 林贵菊.甩刀式割草机J.粮油加工与食品机械，1982，（4）：88-9216 郭新刚,王士国,陈其伟,黄志东.9GXW-1.4型割草机的故障维修J.新疆农垦科技，2006，（3）：18-33 17 奈安.宽幅浮动圆盘割草压扁机J.粮油加工与食品机械.1984，（12）：98-105 18 姚昊萍，张建润.割草机电机隔振垫的优化设计J.噪声与振动控制,2010，（3）：82-11019 林森.割草机械J.林业知识，2005，（6）：25-5320 李兴福.丘陵地区割草机具的选型及改装J.新疆农机化，2006，（4）：73-98 研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）（宋体五号，行间距单倍行距）研究目的通过研究国内割草机的发展现状，设计出一种操作方便，小型的遥控割草机，能够用遥控对其自动化，智能化的操作和控制。课题方案原理图研究内容与方法1. 根据割草机的工作原理，绘制其机械部分工程图。2. 分析割草机零部件根据工作环境对其进行材料选择，强度，刚度的校核，确定其安全系数，确定其它部件的基本参数；3. 编制系统设计说明书。预期成果1. 完成遥控割草机机械部分的机构分析和工程图绘制；2. 完成遥控割草机机械部分的整体设计；3. 割草机能够完成基本的割草任务；4. 完成系统设计说明书。条件保障1. 学院有对这方面进行过比较深入的老师与学长；2. 学院有比较齐全的硬件设施，可以提供实验与制作系统条件；3. 本人有一定的机械设计基础，能独立完成简单机械部分的设计；4. 前人对割草机有了比较深入的研究，有一定的参考资料。时间进程安排（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）（宋体五号，行间距单倍行距）2011/12/25前查阅相关文献，收集资料，调研。2011/12/26-2012/4/10总体方案设计，完成总装图、部件装配图和零件图。2011/4中旬毕业设计中期考核2011/4/20-2012/5/10 完成设计说明书，2011/5/11-2012/5/25 毕业设计审查。2011/6 毕业答辩开题论证小组意见组长签名：年月日专业委员会意见专业教研室主任签名：年月日注：此表意见栏必须由相应责任人亲笔填写。专业名称必须是全称，例如“会计学专业”，班序号用阿拉伯数字“1”、“2”标注。此表如不够填写，可另加页。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证记录学部：理工学部学生姓名王虹凯学号200841914722年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化专业(7)班指导教师姓名向阳指导教师职称副教授毕业论文（设计）题目遥控割草机机械部分设计论证小组质疑及指导意见1、以前有哪些相关或相近的研究？2、你设计的机器名称有什么主要结构以及工作原理是什么？3、你准备采取哪些方法和步骤来完成你的毕业设计学生回答简要记录1、董德军，陈海霞.滚刀式铡草机刀片刃线分析张文祥 .草坪割草机内置调高机构的设计开发王东青.实用型多功能割草机的研制J.林业机械与木工设备汪德众，王敦军，齐邵文，王宏章.9GYS-0.85型盘式甩刀割草机的设计刘延超，宋世忠，孙红梅，任国玉.GCL120-160型路用割草机的研制黄麟锋，林绍奕，梁林庆.66型铺复式双草刀割草机的研制李凯捷，王琦.草坪割草机抛射物体试验与设计开发试验台的研究2、机器名称：遥控割草机。主要结构：汽油机、工作杆、背带总成、档草板、刀片等结构组成。工作原理：利用汽油发动机带动刀具的旋转完成割草，通过刀具旋转带来的运载气流将草屑带到草袋中；利用割草驱动电路，遥控接收电路，红外线检测电路等对割草机进行遥控控制。3、利用图书馆和网络资料完成毕业设计；通过指导老师的指导和帮助完成毕业设计。论证小组成员签名记录人签名：论证时间： 2012 年4 月25 日注：记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）选题审批表学部：理工学部专业：机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目微型电机定子片和转子片级进模设计选题来源（）结合科研课题课题名称：（）生产实际或社会实际（）其他选题性质（）基础研究（）应用研究（）其他选题完成形式（）毕业论文（）毕业设计（）提交作品，并撰写论文指导教师姓名向阳职称副教授是否主持或参与过科研课题（）是（）否选题依据（科学性、可行性论证）和内容简要选题依据：草坪割草作业时，碎草、灰尘等会随刀具产生的气流飞出，作业环境十分恶劣，针对这一问题，设计遥控割草机，作业人员在远处控制即可完成割草作业，有利于保持作业人员的清洁的作业环境卫生，从而保护起身体健康。本设计的目的在于针对遥控作业的特点，设计一种基于无线遥控的割草机（机械部分）。主要内容和要求：设计的主要内容包括：1、系统工作原理及技术特点分析，系统原理的选择方案；2、遥控作业技术特点与要求分析；3、系统总体方案设计，各功能模块方案设计，绘制总体布局图；4、动力机的选择，传动系统设计；5、主要零部件的技术设计，绘制零件图；6、重要零部件的设计计算与校核；7、绘制装配图；8、整理资料，撰写设计说明书。主要要求：1、遥控动作功能，前进，后退，左右转向2、割草机动力，汽油机3、遥控工作部分电源（12V直流蓄电池）4、操作方便，安全可靠主要中文参考资料与外文资料。1)中国知网关于割草机的相关文献2）中国专利网相关专利3）机械设计、机械原理、机械系统设计、机械制图相关材料4)机械设计手册专业委员会意见专业委员会主任签名：年月日注：1.请在选项前的“（）”内打“”；意见栏必须由相应责任人亲笔填写，不够填写时可另加页。湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）开题报告学生姓名王虹凯学号200841914722年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(7)班指导教师及职称向阳副教授学院东方科技学院2012年 12月24日毕业论文（设计）题目遥控割草机机械部分设计文献综述课题的目的与意义本实用新型公开了混合动力遥控割草机，其结构包括汽油发动机、发电机、机架、底盘、行走机构、割草装置、发动机启动机构、发动机节气门调节机构、遥控器，所述割草装置包括旋割机构和升降机构，旋割机构所采用的驱动装置为汽油发动机；所述行走机构、升降机构、发动机启动机构、发动机节气门调节机构的驱动装置为直流电动机；所述割草机机架上还设置有控制器，与控制器相对应的还设置有外置的遥控器。本实用新型结构原理新颖，机电装置巧妙配合，合理利用两种能源；可远距离操纵割草机工作，使割草机工作范围扩大，减少工作人员劳动强度和噪声、振动伤害，割草机的全部操纵可由无线电遥控器远距离遥控实现，工作场地受限小，割草效率高，操作人员可原离机器，工作变得轻松愉快。国内外研究情况在割草机问世之前，草的修剪工具主要是镰刀，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，通过齿轮传动推动旋刀割草，这就是旋刀割草机的皱形。1830年英国的纺织工程师比尔布丁取得了滚筒割草机的专利，1832年兰赛姆斯农机公司开始批量生产滚筒割草机，1902年英国人伦敦恩斯制造了内燃机做动力的滚筒式割草机。其原理至今还在使用。在西方发达国家，20世纪初期，割草机获得的快速的发展。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。滚刀式割草机由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成，它较旋刀式割草机有更好的修剪质量，是高质量草坪最常用的割草机型，适用于草高380毫米的草坪，其问题主要是价格贵，维修保养要求严格。而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的上部叶片，它适合于在2580毫米范围类的剪草，由于其价格低廉，保养，维修方便，使用灵活，只要将刀片磨快，割草效果还是可以的。因此，一般要求的草坪都选用它成为目前国内最流行的割草机。目前我国已研发出草坪割草机的试验台，草坪割草机为现代城市绿化的重要设备，目前市场上进口的国产的机器均有一定的市场，但是质量参差不齐。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，北京市农机实验鉴定推广站研制成功割草机专用试验台。该试验台自动化程度高，采用了气动技术，机电安全锁定机构及气动调速技术，可对国内各型割草机进行安全性能测试。主要参考文献1 中国农业机械化科学研究院.农业机械手册M.北京：机械工业出版社，1990,152-1732 杨明韶.我国牧草压缩基础研究工作进展与探索J.农机化研究，2002,(2):1-43 董德军，陈海霞.滚刀式铡草机刀片刃线分析J.农机化研究，2002，(2):41-424 张文祥 .草坪割草机内置调高机构的设计开发J.林业机械与木工设备，2008，(7):5-125 王东青.实用型多功能割草机的研制J.林业机械与木工设备，2003，(4):17-226 汪德众，王敦军，齐邵文，王宏章.9GYS-0.85型盘式甩刀割草机的设计J.农机化研究，2003，(01)12-167 刘延超，宋世忠，孙红梅，任国玉.GCL120-160型路用割草机的研制J.黑龙江交通科技，2002，(6):12-208 黄麟锋，林绍奕，梁林庆.66型铺复式双草刀割草机的研制J.广东林业科技，1997，(1):35-619 李凯捷，王琦.草坪割草机抛射物体试验与设计开发试验台的研究J.林业机械与木工设备,2003, (12):43-7510 肖远金.草坪割草机的日常使用及维护J.农业装备技术，2003，(6):30-4211 王振东，涂洪森.草坪割草机高度调节机构对作业质量影响分析及其优化设计J.林业机械与木工设备，2004，(1):21-2512 1.2型旋转式割草机J.粮油加工与食品机械，1975,（3）：112-138 13 张立萍,郑威强.小型果园割草机的设计J.科技信息，2009，（12）：105-120 14 邸弘.旋转式割草机安全试验装置J.粮油加工与食品机械，1998，（1）：45-69 15 林贵菊.甩刀式割草机J.粮油加工与食品机械，1982，（4）：88-9216 郭新刚,王士国,陈其伟,黄志东.9GXW-1.4型割草机的故障维修J.新疆农垦科技，2006，（3）：18-33 17 奈安.宽幅浮动圆盘割草压扁机J.粮油加工与食品机械.1984，（12）：98-105 18 姚昊萍，张建润.割草机电机隔振垫的优化设计J.噪声与振动控制,2010，（3）：82-11019 林森.割草机械J.林业知识，2005，（6）：25-5320 李兴福.丘陵地区割草机具的选型及改装J.新疆农机化，2006，（4）：73-98 研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）研究目的通过研究国内割草机的发展现状，设计出一种操作方便，小型的遥控割草机，能够用遥控对其自动化，智能化的操作和控制。课题方案原理图研究内容与方法1. 根据割草机的工作原理，绘制其机械部分工程图。2. 分析割草机零部件根据工作环境对其进行材料选择，强度，刚度的校核，确定其安全系数，确定其它部件的基本参数；3. 编制系统设计说明书。预期成果1. 完成遥控割草机机械部分的机构分析和工程图绘制；2. 完成遥控割草机机械部分的整体设计；3. 割草机能够完成基本的割草任务；4. 完成系统设计说明书。条件保障1. 学院有对这方面进行过比较深入的老师与学长；2. 学院有比较齐全的硬件设施，可以提供实验与制作系统条件；3. 本人有一定的机械设计基础，能独立完成简单机械部分的设计；4. 前人对割草机有了比较深入的研究，有一定的参考资料。进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）2011.11-2012.2 完成选题、资料准备、方案确定与开题目报告；2012.2-2012.4 基本完成遥控割草机机械部分设计；2012.4-2012.5 初步完成设计说明书；2012.5-2012.6设计说明书的修改与提交、论文答辩。论证小组意见组长签名： 20 年月日专业委员会意见签名： 20 年月日学院指导委员会审核意见签名（公章）：20 年月日7湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计遥控割草机机械部分设计THE DESIGN OF REMOTE CONTROL LAWN MOWERABOUT MECHANIC OPPONENT 学生姓名：王虹凯学号：200841914722年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化 (7)班指导老师及职称：向阳副教授学部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年05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：所呈交的本科毕业论文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。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。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2 1.1 课题研究的目的及意义2 1.2 课题研究的范围和技术要求3 1.3 课题解决的主要问题32 系统主要结构及总体设计3 2.1 系统功能描述3 2.2 割草机工作原理4 2.3 功能解析4 2.4 遥控割草机整体方案设计4 2.4.1 遥控割草机驱动方案的选择6 2.4.2 割台方案的选择6 2.4.3 调高方案的选择63 遥控割草机的机械本体设计6 3.1 车体驱动电机的选择6 3.2 遥控割草机车体减速箱的设计10 3.2.1 各主要部件的选择10 3.2.2 分配传动比10 3.2.3 传动系统的运动和动力参数的设定10 3.2.4 设计齿轮11 3.2.5 输入轴及其轴承装置、键的设计15 3.2.6 输出轴及其轴承装置、键的设计19 3.2.7润滑与密封23 3.2.8 箱体结构尺寸24 3.2.9割台设计24 3.3.0 刀片有关参数的确定及驱动机参数的确定25 3.3.1 割刀的运动分析25 3.3.2 割刀的转速确定26 3.3.3 刀片数的确定27 334 割刀的技术数据27 335 割草机割草部分驱动机的选择28 34 遥控割草机体设计29 35 草坪修剪高度调节机构的设计30 3. 5. 1 修剪高度调节范围的确定30 35. 2 高度调节机构原理30 35. 3 调高机构的计算31 36 扶手的人机工程学设计334结论35参考文献35致谢36遥控割草机机械部分设计摘要：本文对国内外市场现存的割草机进行了介绍和比较，指出了现在割草机研制过程中需注意的关键技术，并结合以往的成功经验和遥控割草机控制系统的要求，进行了遥控机械本体设计。首先，选择了结构容易实现的三轮车体机构。其后，建立了自动割草机的运动学和动力学模型，并根据相关计算确定了所需驱动电动机的参数，并以此为基础进行了电机选型。再后根据选择的电机情况为遥控割草机设计了驱动系统的减速箱。最后，结合遥控割草机的任务特点，为其设计了割草的机构。作为割草机的主体部分，割台及调高部分技术成熟，性能稳定。本文在这方面采用传统设计理念，和遥控部分配合，做了适当的调整。关键词：遥控；割草机；差速驱动；人机工程学Design of Remote Control Lawn Mower about Mechanic Opponet Abstract: This article introduces and compares to existing lawn mower , the key technologies and the successful experience for remote control lawn mower development be pointed out, scheme out the mechanical framework of remote control lawn mower. First, chose a simple tricycle structure. Second, establish the kinematics and dynamics model of autonomous robot lawn mower,confirm the driving motor parameters by corresponding calculation, and use those parameters as the basis select the driving motors.1 Third, based on the selected driving motors, design a gear box for the remote control lawn mower.Finally, design a special adjustable cutting mechanism for the robot according to its lawn trimming task.The construction technique of mowing platform and turning up, which are the main part of my lawn mower, is mature degree and reliable performance. In this respect, my text applies a conventional technology and makes some appropriate readjustments to adapt to remote control.2 At the end of the text, I finish ergonomics design of hand holding bracket and the adaptive design of chassis. Keywords: remote control; lawn mower; differential driving; man-machine engineering 1 前言1.1 课题研究的目的及意义伴随着各国城市城区的绿化程度的提高，许多的高尔夫球场，足球草坪场，街道草坪等公共绿地都需要进行维护。在维护作业中，以草皮的修剪工作最为繁重，不仅枯燥而且重复性强。而在割草工作中消耗人力和物力最大的就是在人力跟随上。为了降低草坪维护的劳动强度和成本，西方国家曾导出了一系列改进机型。其技术比较成熟，且性能比较完善的为乘坐式草坪割草机。虽很大程度降低了劳动的强度，为了将人从人力跟随中解脱出来。近年来，一些国家提出了用现代电子技术和智能控制技术改造和提升草坪机械产业的战略，希望在不久的将来更加聪明的割草机取代传统的割草机。所以遥控割草机就应运而生了。遥控割草机的研究不但满足了市场需求，而且具有一定的学术价值。遥控割草机属于新型的新一代机电一体化产品，需要单片机等相关技术的配合。怎样实现动力输出变化与微电子遥控稳定，有效结合及在远程遥控后机械所面临的细部的环境并对此作出的反应是本课题的重点。本课题也是进一步深入的研究，制造可大批量生产的智能割草机的技术基础3。如今，草坪业已经成为了我国的新兴产业。根据统计，上世纪80年代中期注册第一家草坪公司来，历经90年代的迅速发展后，目前从事草坪或草坪相关产业的公司已超过5000家，其中年经营额在500万以上的有50多家。在我国，草坪机械和灌溉公司有10家，草坪基本上已经在全国城市园林绿化、运动场建设中普遍运用。经过多年的快速发展后，草坪行业逐渐从高峰期过渡到平缓期。草坪行业从此进入了一个缓慢、稳定也是积蓄力量的时期。这样促使了草坪行业开始由一个劳动密集型到了知识密集型的转变时期，尤其是草坪的修建维护工作，迫切需要一种效率更高，并且人员消耗和能源消耗更低的草坪机械。但是，国外自动割草机器设备价格贵和技术垄断的制约了我国在智能草坪机械这方面的推广进度。为此，我们必须依靠自己的力量和经验来研究具有自己特色的遥控割草机。综上，遥控割草机的研究具有很重要的商业价值、一定学术价值和积极的社会价值，它也能展现出我国机电一体化技术的发展水平。因此，对遥控割草机的研究是十分必要的。1.2 课题研究的范围和技术要求本课题研究主要是关于割草机机械部分的设计和计算，要用现有的科技成果和经验来完成机械部分的设计，而且能够和遥控部分有机结合，从而来完成遥控割草机的整体设计。由于本课题研究割草机本身构造不复制，所以本课题的研究对技术方面要求比较高。机械方面掌握的机械原理，基础理论力学，空气动力学，刀具相关知识即可。机械的驱动部分运用汇合力串行排列，这要加强对电动机和汽油机的工作的原理和类别，以及多种机械知识的综合运用。1.3 课题解决的主要问题（1）遥控割草机的割草部件及其传动系统的设计和计算；（2）遥控割草机本体驱动方案的设计及计算；（3）遥控割草机的外观设计和人机工程学设计；（4）遥控割草机的为调节部件设计及计算；（5）遥控割草机在远程的环境中突发情况的相应动作部件的设计及计算。2 系统主要结构及总体设计遥控割草机的主要结构有框架，电池，配电器，遥控器，驱动机构，转向驱动机构，机械传动机构，割刀等装置组成。遥控割草机是机电一体化的产品，以实际的需求为出发点，合理的选择遥控割草机的本体选型方案，割台系统方案和调高件选择等多方面的内容，最后给定设计主要参数。本文的是以作者调研并结合对国内外最新资料为基础并在遥控割草机自身性能特点而是进行设计。2.1 系统功能描述遥控割草机用于远程割草控制，是现在一定范围内通过单片机控制和草机按要求完成修剪草坪的工作。图1 遥控割草机的设计任务及功能构成Fig .1 The mission and function formation of remote control lawn mower2.2 割草机工作原理割草机按割草方式可以分为推进式、坐骑式（乘坐式）、手推随行式（自走式）和拖拉机悬挂式（或牵引式）等几种割草机。虽然这些割草机在功能上不够完善，但是性能稳定，并以发展出序列，有一定的技术基础。本遥控割草机以推进式和手推式割草机的机构为基础，遥控割草机的驱动由电动机完成，电动机连接减速器带动刀具旋转割草，此过程中产生的回转气流把割下来的草带出，电机轴通过链传动方式和联轴器联接，再通过减速箱的输出轴带动电动机行走，通过小电动机和转向机构由遥控来控制其转向，以期达到遥控割草的目的。2.3 功能解析遥控割草机的设计需要完成设计割台、驱动机构、控制系统等。本次设计侧重于遥控割草机机械部分设计，则在本文中只呈现机械部分的设计，其机械部分的功能分解后的功能如图所示图2 遥控割草机的功能图Fig .2 Function-tree of remote control lawn mower2.4 遥控割草机整体方案设计本文以遥控割草机性能的要求为侧重点，配合控制部分，进行遥控割草机的本体驱动方案的选择，以及割台方案和调高方案的选择。文中下面的部分就是围绕这部分展开。图3 驱动方式的选择Fig 3 Driving mode selection of mower2.4.1 遥控割草机驱动方案的选择遥控割草机为户外作业的移动性机器，为此有许多可供参考的驱动方案。其中应用作为广泛的是履带式、轮式、和足式等。较平整的路面应用较多的是轮式和履带式，而特殊的、条件相对恶劣的环境运用较多的是足式。割草机一般在条件较好的草坪上作业，结合其工作要求割草机选用轮式驱动方式。轮式驱动方式按轮子的数目可分为三轮、四轮和六轮，能够满足一般需求，其应运也相对较为广泛，如图3（a），（b）所示。四轮式的稳定性好，承载能力比较大，但是结构相对来说复杂，如图3（c），（d）所示。六轮式和四轮式相类似，并且具有更高的承载能力、柔性和稳定性，大部分用于未知环境的探测。按转向方式的不同，轮式驱动方式又可以分为差动转向式和铰轴转向式这两种，差动转向式如图3（b），（d）所示，这种方式是在车体两侧的驱动轮上都装有不同的控制电机，靠两轮的速度比来实现车体的转向。铰轴转向式如图3（a），（c）所示，这种方式是转向轮装在转向铰轴上，转向电机通过减速器和机械连杆机构控制铰轴从而用来控制转向轮的转向3。由于遥控割草机属于小型机械，要求尽可能选择简洁、控制难度低的驱动方案。综上，选择了典型的三轮差动的驱动方式，如图3中的（d）所示。此方式的特点是运动灵活、结构简单和能够实现零半径转弯，其不足和之处在于实现两电机同步转动对电机的同轴度及控制系统的精度要求比较高。2.4.2 割台方案的选择传统的割草机虽然功能不够完善，比如体力输出大、工作环境恶劣（尘土飞扬、噪音大），但是性能稳定并以发展出序列，有一定的标准化基础。推进式和手推式结构简单、成本低及应用较为广泛，可供选择的配件较多。如果用远程控制能够弥补工作环境恶劣的缺点，在本文中研究的遥控割草机以手推式和推进式割草机结构为基础，对其行走系及其他结构完成改进。推进式和手推式的主体部分就是割台，二者割台部分也十分相似。市场上采用这种结构的也较多。如果对割台进行新研发：一是研究的周期会很长，增加了额外的开支；二是没有对应的厂商制造基础，产品零件配换困难，产品广度上的再开发也艰难；再者短期内采用大量没时间积累的产品很难在质量上保证。此遥控割草机的割台部分直接借用了传统割草机的割台，适当做部分调整，兼顾整机的性能。2.4.3 调高方案的选择目前，对草坪割草机的割茬高度调节机构主要有两种。一种是前后轮同时联动的四连杆调节机构。其优点是调节敏捷简便、结构简单，许多割草机都运用此结构；缺点是其参数的设计和选择比较困难，合理的选择与否直接影响机器的作业质量。另一种是分别独立调节割草机的前后轮来改变切割平面到地面的距离，起到了调节割茬高度的目的。其优点是能够够很好的保证割刀的旋转平面与地面之间平行；缺点是调节机构的数量增加了，调节相对而言较复杂，且生产成本高。本文中的遥控割草机选用的是四连杆调节机构。3 遥控割草机的机械本体设计图4 驱动轮受力图Fig 4 Force Analysis of driving 遥控割草机本体采用四轮小车机构设计，前轮是有导向作用的车轮，两后轮为两电机利用差动的原理分别驱动的驱动轮，其优点是：实现控制简单，只要分别控制后两轮驱动电机的转速和转角，能够准确的控制遥控割草机的动作，转弯灵活，尤其是能实现零半径转弯，有利于遥控割草机在行走的过程中对路面障碍进行实时避障。3.1 车体驱动电机的选择根据遥控割草机的行走部分的要求，选择的电动机要具备广调速功能，并具有冲击，确定选用直流无刷电机。驱动电机的功率由割草机的质量M、运行的速度v、驱动轮的直径d来确定。分析和计算割草机的受力情况时，假设遥控割草机在平地上直线加速行驶，不考虑行驶过程中的空气阻力。遥控割草机驱动轮受力如图4所示，其中Mt，为作用在驱动轮的驱动力矩，P1为驱动轮上的载荷，N1为地面对驱动轮的法向作用反力，m1为驱动轮的质量，X1为驱动轴对驱动轮的阻力，U1为地面对驱动轮的切向反作用力。假设割草机的加速度为，对应车轮的角加速度为。由wi=可得 =，（i=1,2） ri为车轮半径根据平衡条件 U1X1=m1 M1MnU1r1=J1Mn为驱动轮滚动阻力力矩，其值为Mn=N1e1 为驱动轮的转动惯量联立和式得 X1+（m1+） 3 (1)由此可见，实际驱动力要克服三种阻力，即由驱动轴传来的阻力X1、驱动轮本身的加速阻力m1和驱动轮本身的滚动阻力。而后者由旋转质量产生的加速阻力和由平移质量产生的加速阻力m，dv组成。遥控割草机的从动轮受力如图5所示，其中P2为从动轮上的载荷，m2为从动轮的质量，N2为地面对从动轮的法向反作用力，U2为地面对从动轮的切向反作用力，X2为从动轮的推力。根据平衡条件 X2U2=m2 MtMf1U1R1= J1图5 从动轮受力图Fig 5 Force Analysis of followingMf2为从动轮滚动阻力力矩，其值为Mf2=N2e2; J2为驱动轮的转动惯量。由上式可得 X2=+（m+）由此可知，从动轮在推动时需要克服两种阻力：即从动轮的滚动阻力和从动轮的加速阻力。而后者又由平移质量产生的加速阻力m2和由旋转质量产生的加速阻力组成。遥控割草机车体框架受力图如图6所示，根据平衡条件得图6 车体框架受力图Fig. 6 Force Analysis of mower bodyX1X2= m2 其中mA为车身质量由式可得 =+（M+）其中，遥控割草机的总体质量M= m1+ m2+mA 由此可知，遥控割草机的驱动力是用来克服车轮的滚动阻力、平移质量的加速阻力和车轮旋转质量的加速阻力。所以驱动力必须大于滚动阻力才能加速行驶，如果驱动力小于滚动阻力则遥控割草机无法启动，则有+ 当驱动力增大到一定值的时候，驱动轮与地面会发生滑移现象，为此，增大驱动力只能使驱动轮加速旋转，地面切向反作用力U1不会增加，电机经过减速后达到驱动轴的力矩Mt之后，根据要求的行驶速度v，并且考虑机构的传动效率，初步确定单个电动机的功率PtPt=KMt其中，K为安全系数取遥控割草机车体40Kg,驱动轮直径200mm，行走速度3.5Km/h，安全系数为2，则选择的电机的功率约为174W，输出转矩1.96Nm，目前市场上的直流电动机并没有符合该特性的电机产品，可选择性能与之相近的电动机，利用减速箱来实现预期的目标。按照遥控割草机的实际需求和要求，选择佛朗克电机厂生产的FBL92F系列的直流电动机，所选用的电机型号为FBL92F30061RS。该电机参数如表1所示，其中外形和实物图为图7所示。表1 电机基本性能参数Table 1 Parameter for electromotor型号FBL92F输出转速600r/min输出转矩3.18Nm最大转矩6.37Nm额定电压36v额定电流6.94A最大电流13.89A极对数4表2 电机外形尺寸参数Table2 Electromotors sizeDEFGKNRTYM4-4SX123049.52783h7122901044-87.5图7 电机实物图Fig7 Electromotor3.2 遥控割草机车体减速箱的设计3.2.1 各主要部件的选择表3 减速器部件选择Title3 Selection of gearbox目的过程分析结论齿轮斜齿轮传动平稳斜齿轮轴承此减速器轴承所受轴向力不大球轴承联轴器传动轴变速频繁，有冲击弹性套柱销联轴器3.2.2 分配传动比初步选定遥控割草机的移动速度约为3Km/h，两驱动轮直径为d=200mm，则后轮的转速为 nr=92.9r/min 选定的电机的实际转速为600r/min，则需要设计一个减速比约为6.45左右的减速器以控制速度。查机械设计课程设计手册可知单机减速传动比为46，为了使遥控割草机的减速器结构简单，并且又能使遥控割草机的行走性能不受阻碍，选择减速器的传动比为6.则驱动轮的转速为100r/min。假设车轮作纯滚动时，小车的行驶速度为v=n实=100r/min3.140.2m=1.05m/s结论：i=63.2.3 传动系统的运动和动力参数的设定由传动比计算得i=6，假设电机的输入轴0轴、减速器输入轴1轴、输入轴2、输出轴3轴、车轮轴4轴的转速分别为n0、n1、n2、n3、；对应于0轴和其余各轴的输入功率分别为P0、P1、P2、P3；对应于0轴和其余各轴的输入转矩分别为T0、T1、T2、T3；相邻两个轴之间的传动比分别为i01、i12、i23；相邻两轴的传动效率分别为、。表4 减速器基本参数Table4 Basic parameters of gearbox轴号电动机0轴圆柱减速器1轴 2轴工作机3轴转速n(r/min)n0=600n1=600n2=100n3=100功率P（W）P0=200P1=198P2=196P3=194转矩T（Nm）T0=3.18T1=3.15T2=18.7T3=18.5两轴联接联轴器齿轮联轴器传动比i i01=1 i12=6 i23=1传动效率=0.99 =0.99 =0.993.2.4 设计齿轮（1）选精度等级、材料和齿数 1.选用斜齿圆柱齿轮 2.选用8级精度 3.材料选择。大小齿轮的材料均为45钢（表面淬火），硬度为48HRC， 4.选小齿轮的齿数为Z1=19，大齿轮的齿数为Z2=iZ1=619=114,取Z2=114.由于齿轮传动比较大且为整数，在工作过程中，长时间和同样位置齿轮啮合，不利于齿轮的维护，所以将齿轮2的齿数设定为112，传动比约为5.85，误差小于1%。选取螺旋角。初步选定螺旋角按下式计算，即 d1t4 (2) （2）按齿轮面接触强度设计确定公式内各计算数值 1.先试选=1.1 2.查图表得，选取的区域系数=2.337 3.查图得=0.78 =0.88 =+=1.66 4.小齿轮的传递转矩 =3.15Nm=3.15Nmm 5.从表中选取齿宽系数 6.查表得材料的弹性影响系数Z=189.8MPa 7.由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa 8.计算接触强度的许用应力取失效的概率为1%，安全系数为S=1.1，得 = 计算试算小齿轮分度圆的直径d,由计算公式得，d1t=19.53mm 计算圆周速度 =0.618m/s 计算齿宽b及模数m b=0.4519.53=8.76mm m=0.999mm 计算纵向重合度 =0.832=0.8320.4519tan15=1.906 计算载荷系数已知系数=1.35根据七级精度，查得动载荷系数=1.058查得 =1.000 =1.646故载荷系数 =2.351按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式可得 =19.7mm计算模数=1mm结论：（3）按齿根弯曲强度设计由式，确定计算得参数计算载荷系数根据纵向重合度，从图查得螺旋角的影响系数计算当量齿数查取齿形系数，查表得查取应力校正系数，查表得查表得，小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限由表查得弯曲疲劳强度寿命系数计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式1012得计算大小齿轮的大齿轮的数值大，故应校核小齿轮的弯曲强度。设计计算（3）对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数小于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取m=1.0mm，可满足弯曲强度。结论：齿数（4）几何尺寸计算计算中心距将中心距圆整为69mm 按圆整后的中心距修正螺旋角由于值改变不多，故参数等不需修正。计算大小齿轮的分度圆直径计算大小齿轮的齿根圆直径计算齿轮宽度圆整后取结论：中心距螺旋角分度圆直径齿根圆直径齿轮宽度（5）验算（1）验算齿轮弯曲强度（2）齿轮圆周速度对照表可知选用8级精度是合适的5。3.2.5 输入轴及其轴承装置、键的设计（1）输入轴上的功率，转速（2）求作用在车轮上的力（3）初步选定轴的最小直径选择轴的材料为45钢，调质处理。查表，取则由式2初步估算轴的最小直径这是安装联轴器处的轴的最小直径，此处要开键槽，所以校正值，联轴器的计算转矩查表14-1取，则查机械设计手册（软件版），选用GB/T 3852-1997中的LT2型弹性柱销联轴器，其公称转矩为16000N。半联轴器的孔径12,轴孔长度L=20,J型轴孔，A型键，联轴器主动端的代号为LT2 12*12 GB5014-1985，对应的，轴段1的直径，轴段1上的长度应比联轴器主动端轴孔的长度稍长，故取，输入轴的最小直径应该确定为12。（4）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案（如图8所示）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初选型号6002的深沟球轴承参数如下：基本额定动载荷图8 输入轴Fig.8 The input axle 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初选型号6002的深沟球轴承参数如下：基本额定动载荷，基本额定静载荷，再加上中间齿轮端面到壳体壁的距离9，则，轴段5的长度是轴承宽度加上齿轮端面到壳体的距离，所以取。轴段3上安装齿轮，由于齿轮和轴半径小，可将轴与齿轮作为一体，成为齿轮轴。故，齿宽，故取。查机械设计手册可得，轴承盖凸缘厚度，取联轴器轮毂端离。键联结联轴器，选择圆头平键。轴的受力分析画轴的受力简图计算支承反力在水平面上在垂直面上故图9 输入轴受力图Fig.9 Figure of the input axle under force 总支承反力画弯矩图画转矩图校核轴的强度最小直径剖面处，由于弯矩大，有转矩，还有键槽产生的应力集中，故此为危险剖面轴传递的转矩危险截面的当量弯矩假如认为轴的切应力是脉动循环应力，取折合系数，得轴的材料为45钢，进行调质处理，查表得，都大于对应的安全值，所以危险截面安全5。按弯矩合成应力校核轴的强度对于单向转动的转轴，通常转矩按脉动循环处理，故取折合的则查表15-1得，为此，所以安全。校核键的联结强度联轴器：5 （4）由表查得，所以强度满足要求。校核轴承的寿命轴承载荷轴承1：径向：轴向：轴承2：径向：轴向：查表得由表查得径向的当量动载荷径向基本额定动载荷的计算由于轴的结构要求两端选择相同尺寸的轴承，而，则轴承的径向当量动载荷为依据。因为轴承收轻微冲击，查表得，其工作温度正常，查表得。则：=952.29N查手册得轴承径向基本额定动载荷。又，所以选6002深沟球轴承符合要求6。从表13-3中查得预期计算寿命结论：选用HL1型弹性销联轴器轴的尺寸（：校核结果：轴校核安全，键校核安全，轴承选用6002深沟球轴承，校核安全。寿命（h）为3.2.6 输出轴及其轴承装置、键的设计输出轴上的功率，转速，转求作用在车轮上的力初步确定轴的最小直径选则轴的材料为45钢，进行正火处理。选取于是初步估算轴的小直径为安装联轴器处轴的最小直径，因为此处要开键槽，取，联轴器的计算转矩，查表得，所以从机械设计手册（软件版），为了配合同步带轮，通过计算，初步取输出轴的直径为12。轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案（如图10所示）图 10 输出轴 Fig 10 The output axle根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器上的轴向定位要求，1-2轴段右端需制出一轴肩，轴肩的度h=0.07,所以取2段的直径初选型号为6004的深沟球轴承参数如下：基本额定动载荷基本额定静载荷故：，轴段7的长度和轴承宽度一样，取。轴段4上安装齿轮，为了齿轮的安装，应略大于，所以选取=25，齿轮左端采用套筒固定，为了使套筒端面顶在齿轮左端面上，轴段4的长度应比齿轮毂长略短，若毂长和齿宽相同，已知齿宽b=9,则取齿轮右端用肩来固定，可以确定轴段5的直径，轴肩的高度现取，所以取，为了减小应力集中的问题，考虑右轴承的拆卸，轴段6的直径应根据6004深沟球轴承的定位轴肩直径来确定，即。取齿轮的端面与机体内壁间留有足够的间距H，取H=10，取轴承的宽度，所以。现取齿轮齿宽的中间威力的作用点，可得：键的联结齿轮：选平键键bh1=8mm7mm7mmT=4.0mm t1=3.3mm r=0.25 轴的受力分析画轴的受力简图图11 输出轴受力图Fig.11 Figure of the output axle under force 计算支承反力在水平面上在垂直面上总支承反力画弯矩图M1H=M2H=F1HL2=2585.28N.mm 故画转矩图校队轴的强度 C剖面左侧，因弯矩大，有转矩，还有键槽引起的应力集中，故C剖面左侧危险剖面轴的材料为45钢，正火处理。查得都大于相应值，故危险截面安全。按弯矩合成应力校盒轴的强度对于单向转动的转轴，通常转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6，则查得因此，故安全。校核键连接强度联轴器：查表得故强度足够。齿轮 6 （5）查表得故强度足够校核轴寿命轴承载荷轴承1 径向：Fr1=199.14（N）轴向：Fa1=43.3（N）轴承2 径向：Fr2=258.8（N）轴向：Fa2=43.3（N）由表查得e=0.34而查表可得径向当量动载荷计算所需的径向基本额定动载荷Cr1 因轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，今P r1= P r2，故轴承的径向当量动载荷P r1为计算依据。因受轻微冲击，查表得F p=1.1；工作温度正常，查表得f t=1。所以查表13-3得预期计算寿命结论：轴的尺寸（mm）：d1=16 d2=20 d3=25 d4=28 d5=24 d6=20 d7=12l1=46 l 2=25 l 3=8 l 4=5 l 5=5 l 6=11 l 7=12校核结论：轴校核安全键校核安全轴承选用6004深沟球轴承，校核安全寿命Lh=12973 h 3.2.7润滑与密封（1）润滑方式的选择因为润滑脂承受的负荷能力较大、粘附性较好、不易流失，齿轮靠机体油飞溅润滑。I， II轴的速度因子dn(1.53)105mmr/min，查机械设计手册可选用钠基润滑剂2号（2）密封方式的选择由于I，II，III王轴与轴承接触处的线速度v10m/s，所以采用毡圈密封（3) 润滑油的选择因为该减速器属于一般减速器，查机械手册可选用中负载工业齿轮油N200号润滑，轴承选用ZGN2润滑脂7。3.2.8 箱体结构尺寸表5减速器箱体结构尺寸表Fable 5 Size table of gearboxs structure目的分析过程结论机座壁厚=0.025a+58mm机盖壁厚11=0.025a+58mm机座凸缘壁厚b=l.512mm机盖凸缘壁厚b1=l.512 mm机座底凸缘壁厚b 2=2.5 20mm地脚螺钉直径df= 036a+1214 mm地脚螺钉数目a12L0mm齿轮端面与箱体内壁距离229 mm两齿轮端面距离A 4=2020 mmdf，d1，d2至外机壁距离 CI=I.2d+(58)Clf=20mmCl l=16mmC12=14mmdf，d1，d2至凸台边缘距离C2C2f=18mmC2 l=14mmC22=12mm机壳上部(下部)凸缘宽度K=C1+C2Kl=38mmK2=26mmK2=26mm轴承孔边缘到螺钉dl中心线距离e=(11.2)d1 10.5mm轴承座凸起部分宽度L1Clf+C2f+(35)38 mm吊环螺钉直径dq=08df 12mm3.2.9割台设计遥控割草机的割台设计要求是能够适应小面积草坪各种品种草的修剪，在草坪修剪高度范围内能实现有级调节，确保草坪修剪质量(衡量指标：平整度、割桩的平滑度)，尽可能提高工作效率；减小修剪费用。割台部分的设计需与行走部分和电器遥控很好的结合起来实现上述要求，其尺寸及重量要求尽可能小，为了确保遥控割草机的动力性要求，所设计的割台部分质量不得超过25kg，同时尽可能让装配好的遥控割草机的重心在遥控割草机的底盘面上的投影离运动中心近一些以确保遥控割草机具有较好的动力学性能8。目前草坪机械主要有两个基本类型：滚刀式修剪机和旋刀式修剪机，而滚刀价格较高，且要求严格的保养，所以割台部分采用旋刀式设计，即以高速水平旋转的刀片把草割下。所设计割草机构的刀片由汽油机驱动。围绕遥控割草机的设计要求，经分析割台部分的设计主要包括：汽油机参数的确定、刀片有关参数的确定、草坪修剪高度调节机构的设计等。 3.3.0 刀片有关参数的确定及驱动机参数的确定对于采用单个刀片的割草机而言，其刀片的直径等于割幅，割幅指的是割草机运行一次所能割掉的草坪宽度。刀片相关的参数为：刀片的直径Q(mm)、根部刃口半径r(mm)(如图所示)以及刀片的位置；汽油机的主要参数为：汽油机的转速n(rmin)与功率P(w)3.3.1 割刀的运动分析圆盘式割草机的割刀运动是刀盘的水平旋转与机器前进运动所合成的。刀片某一点对地面的轨迹为余摆线(如图所示)，刀片刃线对地面所扫过的面积为余摆带，其带宽与刃部长度相近似。刀片任意一点的位移可用方程式表示。设刀盘中心为坐标原点O，水平向右为X轴，、垂直向上(机器前进方向)Y轴。令刀盘逆时针转动，角速度为。则相临刀片各内、外端点的位移方程如下： (1)刀片内端a的位移方程。 Xa=7。eos(wz+) Ya =k+rsin(wf+) 式中 r=刀片内端半径；刀片内外端点对盘的连线夹角； w刀盘回转角速度： t一刀盘转过时间： Vm一机器前进速度式中a-相临刀片夹角图12 切割曼度分析图13 刀片运动轨迹 Fig.12 Analysis ofme cutting speed Fig.13 Pqth of the razors movement3.3.2 割刀的转速确定刀片割草主要是利用其线速度，使刀片将草迅速、整齐地切断，因此，在刀片的中间部位没有刀刃，割草部位主要是利用其半径外部的约13长度，割刀半径和速度的确定与参与切割的刀片刃部的极限速度有关。因刀片内端圆周速度最低，故应以该点为基准确定割刀应有的速度(如图所示)。综前所述，割刀任一点速度均为刀片圆周速度与机器前进速度的合成，故a点速度为9 （6）由上式可见，当时，Va最小。即令式中n -刀盘转速： Vd -刀片应有的切割速度；Vm-机器前进速度，Vm3.6km/hr-刀片内端半径，r0.35m 根据研究资料，茎秆无支撑切割时，刀片根部刃口处最低极限速度30 ms，由于旋转式割草机的刀片都是销连在刀盘上，为了使刀片工作稳定，切割速度应大于最低极限速度，一般为4090 ms，为了刀盘工作转速不至于过高，现取V=40 ms。3.3.3 刀片数的确定圆盘式切割器的切豁图是由多条余摆带所形成的，其带宽近似为刀片长度 h，刀片数是根据割刀进距H(圆盘转一周时机器前进距离)与在一个进距中各刀片余摆带的纵向宽度之和mh相等而定10。由于H=mh H=Vm60n则m=60Vmhn式中 vm-机器前进速度，vm36kmh h-余摆线纵宽(刀片工作刃线长度：0.058m) n-割刀转速，n=3100rmin m- (603.6)(0.0353100) 由上式计算，再考虑到割刀平衡问题，刀片的数量确定为1片。 3.3.4 割刀的技术数据割刀直径 Q=350mm 割刀最小转速 n=3100rmin 割刀数量 1片割刀刃口长度 L=58m 吞吐量 0.35平方米割草刀片材料选用45#钢，刀片厚度为4mm，并在其上面喷焊0.3mm厚的Ni60合金粉末，最后刀片的质量为036kg，如图14所示。装配、调整刀具时，保持两端力矩平衡，以减少振动和噪声。刀片的形式对于割草机性能有重要的影响，固结式刀片结构简单，制造容易，但草坪表面必须清洁无杂物，否则刚性刀片会将石头等障碍物抛向操作者或周围。活络式刀片用铰接方式与刀盘连接，即刀片可绕铰接点任意转动，刀盘旋转时，在离心力作用下刀片甩开，当遇到障碍时刀片可绕铰接轴转动而让开障碍物。而且活络式刀片适用于各品种草。故在遥控割草机中，选用活络式刀片，如图所示。刀片刃口平面的另一侧制成向上翘起的风扇翼片形，使刀片构成一混流式风机的叶轮，与台壳内腔的形状相配合，在剪草时形成轴向、径向和切向气流。轴向气流能将草株吸起直立，增强了草株的抗弯力，有利于切割11。图14 刀片Fig.14 The razors3.3.5 割草机割草部分驱动机的选择割草机割草部分的驱动机一般选用单缸四行程或二行程小汽油机，功率多为3、8kw，四行程发动机虽然重量较二行程的大，但由于其工作稳定性高、噪声低、油耗小、排放的污染少，正逐步替代二行程发动机，已成为。旋刀式割草机的主要机型。四行程汽油机的转速一般为30004000rmin，发动机全部采用风冷。汽油机功率选择与割草机器人的前进速度以及割幅等有关。割草机的功率P包括旋转切割器切割功率Pl和行走系统的行走功率P2即： P=F1+P2旋转切割机在平坦的草地上的切割功率P1可用下式计算：式中 Vm一机器前进速度(ms)： B一机器割幅(m)； Lo一切割每平方米面积的草所需要功率(Nmm2)经资料查得L0=1 50300 m机器前进速度Vm约为3.6kmh，割幅B=035m，Lo=270，计算得P1=334kw 由以上电机计算功率可得P2=400W 因上式中未考虑传动功率和空转所需的功率。因此单圆盘旋转割草机最低所需总功率： P=p1+P2=3.74kw 经计算并结合整机性能后选型为本田HODAGXVl60垂直轴通用汽油机该汽油机参数如表所示。表6汽油机参数Table 6 Parameter of petrol engine产品编号310001品名本田HODAGXVl60垂直轴通用汽油机发动机型号GXVl 60发动机型式单缸、四冲程、强制空气冷却气缸直径(mm)活塞行程(mm)6845压缩比8：1点火方式晶体管磁体点火(无触点)起动方式手拉反冲起动排量(m1)163净重(kg)15.5尺寸.(长X宽x高)420X365X355(mm)标定功率40KW(55PS)3600rp最大扭矩(kgmmm)1.12,500(psrpm)输出轴直径24安装尺寸(mm)158132(mm)3.4 遥控割草机车体设计综合遥控割草机的工作特点和需求，遥控割草机车体需具有以下特点：(1)底盘距地平面高度约为3090ram； (2)为了车轮能接触地表，车轮宽度尽可能要小；(3)作为原理样机，车体应拆卸方便，利于调试；(4)车体要有一定的刚度；(5)车体重量要轻；(6)内有高速旋转的电机，要留有空间散热。根据上述特点，对遥控割草机车体进行设计。车体主要由硬质铝合金板件拼接而成，各板件依靠连接件与螺栓连接。采用该结构的特点是便于拆卸，结构简单，并且硬质铝合金强度适中，密度小，能满足设计的质量和刚度要求。结合所选电机的输出转矩，设计机器人车体的车轮直径为200mm，厚度为50ram，平面底盘，可满足底盘距地平面高度约为3090mm的设计要求。另外在遥控割草机车轮内外两侧还铣出对称的深槽，用于增大摩擦，可确保机器人在地表稳定运行。设计机器人总体尺寸长x宽x高为866mm x 842mm x 230ram，总重量M约为45Kg(包括电瓶重量)，割草机底盘距离地面高度为。70mm，驱动车轮直径为200mm，两驱动轮轮距。766mm。割草机从动轮直径为200mm，导向轮和两后驱轮之间的距离为598mm15。3.5 草坪修剪高度调节机构的设计3.5.1修剪高度调节范围的确定草坪的修剪高度H(cm)指的是修剪后草坪茎叶的高度。常见草坪的修剪高度范围如表所示。依据表中数据同时考虑到割草刀片的安全性，确定割草机器人的刀片高度调节范围为30mm 90mm。表7 常见草坪草参考修剪高度Table 7 The reference height of common 1awn草坪草种凉爽季节高温逆境胁迫下匍匐剪股颖2.0细弱剪股颖0.762.01.32.0绒毛剪股颖0.52.01.32.0草地早熟禾7.6普通早熟禾7.6多年生黑麦聋7.6一年生黑麦草7.6苇壮羊茅8.9羊茅7.6紫羊茅7.6硬羊茅7.6无芒雀麦7.6冰草高度调节机构原理现在四连杆式调节机构的设计多采用比对设计或试凑法，但未见有对其做出理论分析与论述的。本文针对这一问题，对四连杆调节机构的运动参数进行分析，得出其相互间的数学模型16。四连杆式草坪割草机割茬高度调节机构如图所示。调节机构的固定铰接支承点固定在机器罩壳上，可绕轴心转动，即图中的01、02两点。当扳动调节手柄时，后轮摆臂时，后轮摆臂R2、K2绕02转动，并通过活动铰接点B、A及连杆S带动前轮摆臂R1、K1绕01转动，从而使割草机前、后轮的轮心P1和P2相对地面同时有升起或和跟降落的趋势，带动机器罩壳上的固定支承点01和02随起降，达到高度调节的目的。K1、K2、S及01与02的连线则构成四连杆调节机构。3.5.3 调高机构的计算不考虑地面约束时，理论上要求P1和P2两点的起、降高度应相等。但是若结构参数选择不当，会造成P1和P2两点间同时变化的高度差距较大，使割刀旋转平面与地面产生倾斜，影响作业效率和质量。使割刀旋转平面与地面倾斜有前倾和后倾两种情况，前倾时前低后高(按机器前进方向)，后倾相反17。1前轮2前轮摆臂3Ntq：4传动轴及割刀5发动机6后轮摆臂7机器罩壳8后轮图15 四连杆草坪割草机割茬高度调节机构简图Fig.15 Figure of the height regulating mechanism of four linkages 割刀旋转平面前倾时，产生的割茬横截面如图中所示，为一凹陷波浪状；后倾时为凸起的波浪状后倾时为凸起的波浪状，如图中所示。凸起或凹陷部位的最大高度差h计算如下：h=rsin (1)式中：r割刀旋转平面半径；割刀旋转平面与地面的倾角。图16 h推导示意图Fig.16 The reasoning figureh如图所示，分别以01、02两点为原点选择坐标系(X，Y)和l(X,Y)，则将其转换为 (X，Y)系的坐标：另：将式（5）代入（6）求得：因结果表达式很繁杂，故用函数符号表示。故A点与x轴的夹角则P1点的坐标为：割草机前、后轮变化的高度差为：令：由上面的数学推导可知，在给定的调节区间内，后轮的中心高度差，即函数是与调节机构的各几何尺寸相关的多元高次函数。因此，在调节区间内不可能使f为常量，亦即割刀旋转平面始终区间内不可能使与地面平行是不可能的。19在具体设计时，只能是选择合理的结构参数使f在区间a1，a 2内的 f 最大值小于或等于给定的数值，将割刀旋转平面的倾角控制在允许的范围内。所以，四连杆高度调节机构的设计是一个以给定的函数为多维约束条件，为因变量的多维约束优化设计计算问题结合车体数值，用图测法添加约束，最后得出杆件尺寸：P101=330mm，A0l=120mm，AB=384mm，B02=120mm，02P2=218mm 36扶手的人机工程学设计为应对遥控割草机可能发生的二一切情况，如电子部分紊乱，缺少能源等故障，作者给遥控割草机加上了扶手，主要用于远距离又无能源时的回程操作。扶手一般采用轻质硬化塑料制成，为空心圆管形，外径约为20mm，内径约为10mm。遥控割草机正常

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