旋刀式草坪修剪机工作装置设计-四川大学锦江学院毕业论文

四川大学锦江学院毕业论文（设计） I 旋刀式草坪修剪机工作装置设计 【摘【摘 要要】 本次设计的旋刀式草坪修剪机工作装置结构简单，价格比较便宜，使 用保养较简便.因而，在国际上得到了广泛使用。 手推步行操作式旋刀式草坪修剪机一般由 4 个轮子支承着.刀壳顶部安装着 刀壳上的动力机的曲轴或输出轴，轴的下端安装旋刀修剪装置.机器的前进可由 动力机经传动装置驱动，也可以由人力推动。旋刀式草坪修剪机作业时可将废除 的草皮排在草地上，也可将废除的草皮收集在集草器内。 旋刀式草坪修剪机的旋刀装置通常为长方形，两端有刃口和翼片.一般工作 的时候刀片割草， 背后的翼片可将刀壳内部的空气排出， 这时候刀壳内形成负压. 当草长的较高，机器前进时，刀壳前端部会把草压倒;另外，刀壳外面的空气进 入刀壳内的同时，可对倒伏的草起到提升的作用，这对于草长得很茂盛并发生倒 伏的情况有很好的针对作用。 这样机器一次通过后， 就可将草坪修剪得比较整齐， 因此，提高了工作效率。翼片形成的气流可将刀刃切下的草屑悬浮到气流中，经 刀壳气道、排草口、排草通道排出，或收集起来.气流还可避免草屑在刀壳内形 成堵塞现象.上述这种切割方式，按切割原理属无支撑切割.为了留下整齐的割 茬，这就要求切割刀刃有一定的切割速度，这样茎叶才不会弯曲。如果由于茎杆 刚度较大，而且草的茎杆粗一些，切割速度可以降低一些，但是一般不得低于 26m/s.这对于细茎杆的草坪草切割速度应高一些， 一般切割速度达到 65m/s 完全 可以满足要求.旋刀式草坪修剪机的配套动力有电动机和汽油机两种。电缆供电 的割草机(由电缆或蓄电池供电)只能在小面积上使用.而由蓄电他供电的割草 机，因机器重量较大，且蓄电池需经常充电(一般剪完 650mz 后需进行充电)。在 小型割草机上(2.1kW 下)常采用电动机作为配套动力机.而在 2.1kW 上的割草机 则多采用汽油机作为配套动力机。本次采用汽油机。 【关键词】【关键词】 旋转式 草坪 割草机 手推 四川大学锦江学院毕业论文（设计） II Rotary lawn mower design of working device The design of the rotary lawn mower working device has the advantages of simple structure, cheap price, use and maintenance more convenient. Therefore, widely used in international. Hand walking operation type rotary lawn mower usually consists of4 wheels supported. A cutter mounted on the shell of the engine crankshaft or the output shaft vertically downward through the knife shell top, the lower end of the shaft mounted rotary cutter device. The machine advance is pushed by manpower, can also be controlled by the power transmission device to drive the operation of the machine: machine when the grass in the meadow grass, also can be collected in the set in the grass. Rotary lawn mower rotary cutter device is usually rectangular in shape, both ends of a cutting edge and fins. Operation blade mowing, blade knife can be shell from the air, then the tool casing to form the negative pressure. When the grass is higher, the machine moves forward, the lower edge of the knife shell may make the grass in front inverted; in addition, when the grass was so long and lodging, the knife shell outside air into the knife shell at the same time, the lodging of grass to enhance the effect. This machine once through later, can be fairly neatly manicured lawns, therefore, improve the work efficiency. Besides, vane air flow formed the knife edge can be cut under the grass clippings suspended in a stream of air through the knife shell, airway, grass discharge, a grass discharge channel to discharge, or collected. The airflow can also avoid the grass clippings in the tool casing formed jam. The cutting means, according to cutting principle is no support requirements of cutting edge cutting. Has a certain cutting speed, cutting grass stems and leaves will not bend, leaving an uncluttered stubble. If the grass stems with rough, due to stem stiffness, the cutting speed can be lower, the general should not be less than 26m / S. For thin stem of lawn grass cutting speed should be high More generally, the cutting speed is up to 65m / s can completely meet the requirements. Foreign rotary lawn mower accessory power motor ( by cable or battery powered ) and gasoline engine two. Based on convenience and safety reasons by cable powered mower only within a small area. By hispower.Mower,becausethemachineweightisbigger,andthe accumulator is frequently required to charge ( generally cut650mz need to charge ). So, in the small lawn mower (2.1kW ) often used as auxiliary power motor. In 2.1kW lawn mower is used as a matching engine gasoline engine. 【Key words】Rotary typeLawnLawn mowerHand push 四川大学锦江学院毕业论文（设计） III 目录 1绪论.- 1 - 1.1草坪修剪机机的发展历史. - 1 - 1.2 存在问题. - 1 - 2 割草机概述.- 2 - 2.1 割草机的分类. - 2 - 2.2 旋刀式草坪修剪机工作装置的结构特点. - 3 - 2.2.1 本设计方案的特点.- 3 - 2.2.2 草坪修剪机的框架图.- 4 - 2.2.1 除草机割草的基本要求.- 4 - 3 割草机构的设计.- 5 - 3.1 刀片材料的选择. - 5 - 3.2 旋刀刀片的设计. - 5 - 3.3 割刀的受力分析. - 6 - 3.3.1 割刀的转速确定.- 8 - 4 旋刀轴的设计.- 9 - 4.1 轴的概述. - 9 - 4.2 轴的设计. - 9 - 4.3 轴的计算.- 10 - 4.4 轴承材料.- 13 - 4.4.1 轴承的材料分类.- 13 - 4.4.2 轴承的选择.- 13 - 4.4.3 圆柱滚珠轴承结构.- 14 - 4.5 润滑剂的选用.- 14 - 5 使用修剪机时的注意事项. - 16 - 参 考 文 献.- 18 - 致谢.- 19 - 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 1 - 1绪论绪论 1.1草坪修剪机机的发展历史 在草坪修剪机问世之前，修剪草坪的主要工具是最原始的镰刀，当然保持草 地平整的重要方法是放牧牛羊。一个叫托马斯普拉克内特的工程师在 1805 年 获得了第一台割草机的发明专利。但同时其他发明家看到普拉克内特的机器后， 认为他们能够干得更好。最成功的是埃温巴丁。他在 1830 年制造了一台割草 机，而且非常类似于今天使用的那些草坪修剪机。1830 年，英国纺织工程师比 尔.布丁取得了滚筒割草机的专利，此后割草机就正式登上了历史的舞台，并且 得到了快速的发展。 我国生产割草机起步较晚，生产企业的规模普遍较小，均没有形成规模批量， 长期以来， 均以进口为主。 据统计， 到1999年底我国有各种园林机械10万台， 1999 年的割草机销售量在3万台左右，其中80%为进口。我国割草机进口主要来自于 日本、美国、意大利、瑞典等国家，进口价格在0.38万元到5.8万元。 国内的生产厂家主要有：中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司，南通机 床厂为转产生产割草机的厂家两家大型厂家，及其他一些小型厂家。总的来说， 我国草坪修剪机市场的前景很广阔，有很大的发展舞台。 1.2 存在问题 国内割草机械市场发展缓慢，我国草坪机械产品全线接受检验，应用中暴露 出些质量问题。对此，一些专家普遍认为，以下几个方面是导致当前我国畜牧 业类机械产品质量水平低的主要原因： 一、 目前草地草坪业投入的资金不足， 国家对其支持力度有所减缓甚至下降， 使得许多割草机械制造企业纷纷转产甚至停产；再加上我国技术、制造手段、工 艺等方面的想对比较落后，起步晚，在这种情况下，我国的草坪修剪机完成的工 作量仅仅是其他国家同类机型的二分之一。制造能力和水平进一步拉大了距离。 产品品种不全，成套性差。我国的用户不能根据各自的经营规模来选择最合适自 己的机具，很多是被动的选择，产品种类不齐全导致割草机效益不高。 我们割草机的生产技术水平想对比较低。 这个行业整体科学技术水平的标志 就是该行业的技术水平高低。专家分析认为，造成割草机械产品质量水平低的原 因有多方面，但很多厂家缺乏比较好的售后服务系统、缺乏资金投入、人才短缺 是造成研发能力和生产制造工艺水平低的关键所在。 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 2 - 2 割草机概述割草机概述 2.1 割草机的分类割草机的分类 按切割器类型可以分为旋刀式、往复式、滚刀式、甩刀式、甩绳式。其中， 应用最多的是滚刀式割草机和旋刀式割草机。 依靠高速旋转刀盘上的刀片冲击切割牧草。 切割速度(刀片刃口根部的圆周速 度)高达 6090 米/秒。工作平稳，作业前进速度可达 15 公里/小时以上。其特 点是对牧草的适应性强，适用于高产草场，但切割不够整齐，重割较多，单位割 幅所需功率较大。 有滚刀式和旋刀式两种： 滚刀式割草机的传动装置位于切割器的上方。 一台滚刀式割草机一般装有4个立式圆柱形或圆锥形滚筒。而这，为了避免漏割 相邻刀盘上刀片的回转轨迹有一定重叠量， 每个滚筒的下方一般都装有铰接26 个刀片的刀盘。相邻两滚筒相对旋转，滚筒由胶带或锥齿轮传动。割下的牧草在 一对滚筒的拨送下，向后铺放成整齐的小草条。虽然结构不够紧凑，但是能满足 低割要求，这里我们暂时不采用；旋刀式草坪修剪机的传动装置位于刀盘的底 部，因而又称下传动旋刀式割草机。在旋刀式割草机的刀背上，相邻刀盘上刀片 的配置相互交错，一般并列装有46个刀盘，每个刀盘铰接26个刀片。但是这 样导致了旋刀刀片的回转轨迹有一定重叠量。刀盘一般由齿轮传动，相邻刀盘的 转向相反。结构紧凑，传动可靠、平稳。旋刀式割草机刀盘上铰接的刀片，当刀 片高速运转时， 因为在离心力作用下保持其切割状态。 但是当阻力过大或遇障时， 刀片可以马上回摆，这样避免损坏。当刀片一边的刃口磨损以后可以换边使用。 在旋刀式割草机上，装有安全装置，而且在切割器上方还加设防护罩，这样可以 充分保证人身安全。 按作业方式和配套动力分可以分为：手推式、手扶随行式、手扶自行式、坐 骑式和拖拉机悬挂式割草机。 按动力驱动方式主要分为发动机驱动、 人畜力驱动和电力驱动三种形式的旋 刀式割草机。其中，以发动机驱动的割草机是最多的，发动机多为单缸汽油机。 太阳能割草机虽然已有生产，但因为成本高而导致应用较少。 动力驱动的割草机按牵引方式以及悬挂方式可分为侧置式、 前置式、 后置式、 中置式草坪修剪机。而目前，也有旋刀式手推随行式修剪机，但是世界上大部分 采用中置悬挂。 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 3 - 2.2 旋刀式草坪修剪机工作装置的结构特点 （1）本次设计的旋刀式草坪修剪机工作装置主要由动力与传动部分、 地盘、 刀盘、行走部分和相关的电器系统组成。 （2）旋刀式草坪修剪机工作装置的工作原理 当推动扶手架使割草机在草地上前行时，汽油机的转动带动旋刀的转动，使 得刀片也一起转动，通过刀刃与刀刃形成的剪切动作，将草坪上多余高度的草割 断。 2.2.1 本设计方案的特点 1）本次采用的是汽油机器为动力，使工作效率大大提高。 2）其传动部分结构简单，维护方便。 3）体积小、重量轻、结构简单、操作方便、保养方便、成本低廉。 4）割草动作没有撕扯，对草坪更有益。 下图是一个普通的草坪修剪机装置照片 这个草坪修剪机是由机架、驱动盘、割刀、悬挂架、弹簧、护罩等六大部分 够成。采用的是标准的三点悬挂装置，这是为了方便调草坪修剪的高度。固定在 收割机上支架的部分是机架，与悬挂架通过安全拉杆连接。为了保护刀片遇到大 障碍时拉杆螺栓不会被拉断。悬挂架与机架焊接在一起，悬挂架下面有三个铰点 (其中下面的两个饺点在垂直方向上重叠)，为了适应地面的凸凹不平减震作用， 弹簧固定在悬挂架与拖拉机悬挂三点悬挂装置上。以防石子飞出伤人，护架上罩 有帆布罩。一侧刃口用钝后可左右互换刀片，使用另一侧新刃口。刀片的刃口可 自磨。 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 4 - 2.2.2 草坪修剪机的框架图 又因为该割草机是手推式的，动力来源于汽油机，汽油机带动刀片转动。其 简图如下： 集草类型：就地洒落 2.2.1 除草机割草的基本要求 无论是哪一种类型的除草机对草坪修剪的要求基本是一样的： （1）除草时的高度可根据要求进行调整，当草坪要求修剪很低能达到要求， 而且适应高度应该调整范围很大。 （2）割草整齐、平整，同一行程前后割草尽量高度一致。 （3）对地形的适应能力强，仿行能力强，随地形变化前后剪草高度一致。 （这一点很重要） （4）割草机本身重量不能过大，这样对草坪伤害少、碾压轻。 （5） 草屑收集干净， 或被切割部分细碎性能好 （草屑撒在草坪中当肥料时） ， 以便于洒落在草坪下及时腐烂。 （6）割草机节省燃料、效率高、质量好、故障少。 （7）除草机操作简单、轻便灵活、调试维修方便，零部件互换性和通用性 好。 （8）正确掌握修剪草坪的时间并且制定科学的修剪高度和修剪频率。 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 5 - 3 割草机构的设计割草机构的设计 3.1 刀片材料的选择 割草机刀片必须采用高强度优质钢材，否则在很多情况下都无法处理。选用 经过特殊热处理工艺的刀片，有较高的耐磨性、抗冲击韧性、强度、锋利度。为 了尽量减少运动时的空气阻力，刀架和刀片外形应该符合空气动力学的要求，以 降低功率消耗。装配、调整刀具的时候，要减少振动和噪声，就要保证两端力矩 平衡。 根据经验，刀片材料均选用弹簧钢。弹簧钢一般是专门用来制造各种弹簧和 弹性元件或类似性能要求的结构零件的主要材料。它具有优良的综合性能，如抗 弹减性能(即抗弹性减退性能)、力学性能、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐 热、抗氧化、耐腐蚀、耐低温等)。除此之外，弹簧钢还具有：良好的表面质量(严 格控制表面缺陷、脱碳)、优良的冶金质量(高的均匀性、纯洁度)、精确的尺寸、 外形。 3.2 旋刀刀片的设计 割草机刀片数为 4 片，刀片形状如下图所示。且相互分布与刀架的四个方向 上。每个刀片都与刀架用栓固定，这样当某一个刀片磨钝或损坏后，可以只更换 这一个刀片，维修方便，降低了费用。 旋刀刀片的刀刃为直线固定于刀架上，且在刀刃的两面都设有切削角度，这 样当割草机割草时，刀刃与草形成角度，有利地提高了刀片与草之间的切削力， 从而减小了当刀片在切割草的同时撕拉草筋而损伤草根的程度， 有效地提高了割 草机的割草效率。该切削角度其前角与水平线构成的角度为 350，其后角与水平 线构成的角度为 108。这一角度为最有效的角度。 （摘自马晓春教授割草机的设计与 动态特性研究一文） 螺旋式刀片的旋转角度为 1000， 每旋转一个角度都能与下刀口形成一个完整 的剪切点，并始终保持一致，能够使刀片在割草的过程中均匀的剪切草平面。 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 6 - 3.3 割刀的受力分析 旋刀式草坪修剪机的割刀运动是机器的前进的运动和刀盘的水平的旋转综 合在一起合成的。刀片某一点相对地面的运动所产生的轨迹是余摆线，刃线在地 面经过的面积叫余摆带，其宽与刃刀刃部的长度相差不大。 下面我们用方程式来表示刀片任意一点的位移情况。设 O 为坐标原点，水 平向右为 x 轴，垂直向上(割草机的前进方向)为 Y 轴。假设刀盘正常情况下逆时 针转动，角速度为 w。 切割速度分析图 .则相临刀片各内、外端点的位移方程如下: (1)第 1 刀片内端 a 的位移方程。 )sin( )cos( wtrvYa wtrXa m 式中 r刀片内端半径; 刀片内外端点对盘的连线夹角; 刀盘回转角速度; T刀盘转过时间; m v 机器前进速度 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 7 - 刀片运动轨迹 （2）外端 b 的位移方程： wtR m v b Y wtRX sin cos b 式中R刀片外端半径 （3）第 2 刀片内、外端点的位移方程： )sin( )cos( )sin( )cos( wtRtvY wtrX awtrtvY awtrX md d mc c 式中 a相邻刀片夹角 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 8 - 3.3.1 割刀的转速确定 根据切割速度的要求可以确定割刀转速。通过多次试验总结得出，在切割牧 草时，其刀片线速度一般为 81-83m/s，这主要应用于无支撑切割的旋刀式切割 器。如果要确定割刀的切割速度，应该以刀片内端为基准。 综上所说， 割刀上面任何一点的速度是割草机前进的速度和旋刀刀片圆周速 度合成的，所以 a 点速度为 由上式可见，当 ).2 . 1 . 0(2nKKwt 时，Va 最小。即 ma VrwV min 令 Vd=Vamin,则 min/2000 / )( )(30 rn rVVw r VV ad ma 式中 n刀盘旋转的转速； Vm草坪修剪机的前进速度，Vm=5.5KM/H=1.528M/S(一般草坪工作 速度)； Vd刀片的切割速度； r刀片的内端半径，r=0.44m 根据国内外多年的研究资料表明，当杂草的茎秆在无支撑切割状态时，旋刀 刀片内部刃口处的最低极限速度为 30 M/S，由于旋刀式草坪修剪机的刀片是用 螺栓连接在刀盘上。切割速度应大于最低极限速度，这是为了使刀片工作稳定。 根据经验表明一般为 55-95 m/s，但是为了使刀盘工作转速不至于过高，现取 Va=90 m/s。 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 9 - 以下是修剪机的数据采集 形式：采用悬挂式，动力输出轴带动作业 汽油机输出轴转速：最低 2000 圆盘数：1 刀盘直径：800mm 刀片数：4 刀盘转速：2000 刀片斜度：30 度 4 旋刀轴的设计旋刀轴的设计 4.1 轴的概述 轴是组成机器的主要零件之一。 一切做回转运动的传动零件都必须安装在轴 上才能进行运动及动力的传递。因此，轴的主要功用是传递动和支撑回转零件。 按照承受载荷的不同，一般情况下轴可以分为转轴、心轴和传动轴三大类。 工作中有时候既能承受弯矩又能承受扭矩的称之为转轴。 只承受弯矩而不承受扭 矩的轴称之为心轴。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称之为传动轴。除此之外，还 有很多种不同的分类方法，在此就不一一列出。 为了加高轴的抗疲劳强度， 可以通过表面强化处理包括喷丸、 滚压等来实现。 对轴进行热处理的各种方法包括：高频氮化、氰化、淬火、渗碳等。 4.2 轴的设计 轴的设计包括其工作能力的计算和结构设计两方面的内容。 我们需要的轴的结构形式和尺寸，是根据轴上 1）零件的安装、2）定位、3） 轴的制造工艺三个大的方面来确定。工作能力以及轴他的可靠性，直接决定轴的 制造成本以及轴上零件装配的困难。 轴的振动稳定性、强度、刚度三个重要方面的要求主要是指轴工作能力的计 算。在大多数情况下，轴的强度是衡量轴的工作能力的重要指标。为了防止断裂 或者塑性变形，必需对轴进行强度计算。其他方面都可以少一点。 为了防止工作时产生过大的弹性变形， 对于受力大的细长轴和刚性要求较高 的轴（比如说车床主轴） ，还应进行刚度计算。为了防止发生共振而破坏对高速 运转的轴还要进行振动稳定性的计算。 轴的外形和全部结构尺寸是其结构设计中比较重要的部分。 轴的结构主要取决于以下四个主要因素： 1） 加工工艺； 2） 安装零件的类型、 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 10 - 尺寸、数量及轴联结的方法；3）轴的载荷性质、方向、大小、分布情况；4）在 机器中的装配位置及形式。 轴没有标准的结构形式，这是因为影响轴的因素比较多，而且不同的情况， 轴的结构形式也会不一样。所以，设计的时候，必须使轴满足以下条件： （1）轴 和它上面工作的零件要有准确的工作位置，不能随意摆动； （2）轴上的零件应便 于装卸和调整； （3）轴应具有良好的制造工艺等。 4.3 轴的计算 （1）求滚刀轴上的功率 P2、转速 n2和转矩 T2 人的持续推力为 1520kg, 外轮的转速 n1=48103/2603.1458r/min， 根据传动比 i12=1：5.3，则小齿轮的转速为 n2=585.3=307.4 r/min， 取 F=2010=200N P=FV=2000.8=0.16Kw 根据公式算得： 5 53 /min 95.5 100.16 95.5 104.971 10 307.4 KW r P T n Nmm （2）求作用在齿轮上的力 因已知滚刀轴端的齿轮的分度圆直径： d2=Z1m=202mm=40mm 而 Ft= 2 2 d T = 2 4971 40 248.55N Fr=Fttan=248.55tan20o=90.46N （3）初步确定轴的最小直径 先初步估算轴的最小直径。本设计选取轴的材料为 45 钢，调质处理,适用于 承受交变负荷、中等速度、中等负荷，强烈磨损、无很大冲击的重要零件。取 A0=112，于是得 0.16 33 058 112 P n dA =15.708mm 因此，选取轴径为 16mm。 根据整体设计要求，轴的长度选择在 200250mm 之间比较合适。在生活中 很多普通草坪修剪机工作装置的高度为 300mm。本次设计经过多个实地考察， 最终选择轴的长度为 220mm。 输出轴的最小直径显然是安装小齿轮处轴的直径 d1-2。 为了使所选的轴直径 d1-2与小齿轮的孔径相适应，故需同时选取小齿轮的孔径为 16mm。 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 11 - 轴及轴上零件简图 （4）拟定轴上零件的装配方案 1）根据设计要求，已知割草机的割幅为 400mm。由于小齿轮上主要受径向 力，所受的轴向力不大，因此小齿轮一端利用轴肩定位，另一端可利用弹性挡圈 进行轴向定位。 2）选择滑动轴承 因轴承主要承受径向载荷的作用，考虑到减小轴承的径向尺寸，增强支架的 支撑强度，故使用滑动轴承，由机械设计图册表 13-13，初选铜合金翻边整 体轴套(F 型)， 选择内径 D=18， 外径 D1=24， 翻边外径 D2=30， 翻边宽度 b2=3， 宽度 B=30。 3）轴上零件的周向定位 齿轮与轴的周向定位采用平键连接。键连接的功能、分类、结构型式及其应 用如下： 键是一种标准零件，通常用来实现轴与零件之间的周向固定以传递转矩，有 的还能实现轴上零件的轴向固定或者轴向滑动的导向。键的来年界主要有：平键 连接、半圆键连接、锲键连接和切向键连接。 键的选择包括类型选择和尺寸选择两方面。 其主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽 b键高 h 表示）与长度 L。键的截 面尺寸 bh，按轴的直径 d 由标准中选择键的长度 L。一般可以按轮毂的长度决 定，键长等于或略短于轮毂的长度。一般轮毂的长度可以取为 L=(1.52)d，这 里 d 为轴径，由设计手册表 4-1 查出。普通平键和普通锲键的主要尺寸。 因为：d=16mm,即公称直径：d1217 公称尺寸：bh=55公称尺寸 b:5 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 12 - 深度：轴 t:3.0 极限偏差： 0.1 0 毂 t1:2.3 极限偏差： 0.1 0 L / =(1.52)d =2432mm。 键的长度系列在 2432 之间有 25、28、32 三种。 取长度 L=25。平键选用材料为 45 钢，个数为 4。 键槽可以通过键槽铣刀来加工，为了确定轴与齿轮配合具有良好的对中性， 我们的齿轮轮毂与轴的配合选为 7 6 H n ，长为 25。 4）确定轴上圆角和倒角尺寸 轴端倒角为 245，参考机械设计表 15-2。 （5）求轴上的载荷 根据轴的结构图，确定轴承的支点位置，已知 B/d=30/181,由机械设计 图 15-23 可知 e=0.5d=9，则 Fr的作用点与支点的距离为 L=43， Fr= Fttan=248.55 tan20 。 =90.46N，则 弯矩 MH=FrL=90.4643=3889.78 Nmm MV=FtL=248.5543=10687.65 Nmm 则 2222 3889.7810687.65 HV MMM11373.48 Nmm 扭矩 5 53 /min 95.5 100.16 95.5 104.971 10 307.4 KW r P T n Nmm （6）按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强 度。根据式及上面的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 =0.6，轴的计算应力 2222 3 ()11373.48(0.6 4971) 0.1 18 ca MT W 20.16MPa 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由机械设计表 15-1 查得 1 =60MPa。因此 ca 1 ,故安全。 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 13 - 4.4 轴承材料 轴瓦或轴承是滑动轴承的重要零件，轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。 由于轴瓦或轴承衬与轴颈直接接触，一般轴颈部分比较耐磨，因此轴瓦的主要失 效形式是磨损。轴瓦的磨损与轴颈的材料、轴瓦自身材料、润滑剂和润滑状态直 接相关，选择轴瓦材料应综合考虑这些因素，以提高滑动轴承的使用寿命和工作 性能。 4.4.1 轴承的材料分类 （1）金属材料，如轴承合金、青铜、铝基合金、锌基合金等； （2）多孔质金属材料（粉末冶金材料）； （3）非金属材料。 其中： 轴承合金：轴承合金又称白合金，主要是锡、铅、锑或其它金属的合金，由 于其耐磨型好、 塑性高、 跑合性能好、 导热性好和抗胶和性好及与油的吸附性好， 故适用于重载、高速情况下，轴承合金的强度较小，价格较贵，使用时必须浇筑 在青铜、钢带或铸铁的轴瓦上，形成较薄的涂层。 多孔质金属材料：多孔质金属是一种粉末材料，它具有多孔组织，若将其浸 在润滑油中，使微孔中充满润滑油，变成了含油轴承，具有自润滑性能。多孔质 金属材料的韧性小，只适应于平稳的无冲击载荷及中、小速度情况下。 轴承塑料：常用的轴承塑料有酚醛塑料、尼龙、聚四氟乙烯等，塑料轴承有 较大的抗压强度和耐磨性，可用油和水润滑，也有自润滑性能，但导热性差。 4.4.2 轴承的选择 根据轴承中摩擦性质的不同， 可把轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承两 大类。滚动轴承具有以下几个性质：摩擦阻力及其小，机器整体消耗的功率小， 机械利用效率比较高，方便起动；标准尺寸化，更便于安装拆卸，这样以后使用 起来维修就非常方便；精度高，寿命长，磨损量小；适用于大规模生产，并且质 量很稳定很可靠，生产效率高等优点，因此在一般机器中应用较广，但滚动轴承 也有噪音大、径向尺寸过大、轴承座的结构比较复杂、成本较高等缺点。 滑动轴承具有径向尺寸小、 装配空间小， 减小设备体积； 价格相对比较便宜， 安装拆卸方便；具有良好的润滑性和抗磨耗性，能在无油或少油条件下工作，特 别适用于高温，水溶液浸润或其他无油加油或加油困难场合；且滑动轴承具有较 好的自润滑、耐磨损、低摩擦等性能。由于滑动轴承本身具有的这些独特优点， 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 14 - 使得它在某些不能、 不便或使用滚动轴承没有优势的场合仍占有重要地位。 例如, 在承受较大负荷的场合和或要求径向尺寸小、结构要求紧凑的场合,多采用滑动 轴承。 滑动轴承根据承受载荷的方向不同分为: 推力滑动轴承与径向滑动轴承两 种。 根据润滑膜的形成原理不同分为：动压滑动轴承与静压滑动轴承， 根据结构型式不同可分为：整体式滑动轴承与剖分式滑动轴承。 4.4.3 圆柱滚珠轴承结构 圆柱滚珠轴承分为剖分式和整体式结构。为了改善轴瓦表面的摩擦性质，常 在其内径面上浇铸一层或两层减摩材料，通常称为轴承衬。 轴承应用特点： 1.无油润滑或少油润滑， 适用于无法加油或较难加油的场合， 可以在使用时不保养或少保养；2.耐磨性能好，磨擦系数小，使用寿命长；3.可 在-190+280范围内使用；4.走合性能好，低噪音，无污染；5.薄壁结构， 质量轻，可缩小机械体积；6.在运作时能形成转移膜，起到保护对磨轴的作用， 无咬轴现象；7.对对磨轴的硬度要求低，未经调质处理的轴都可使用，从而降低 了相关零件的加工难度；8.无吸水、吸油性，热胀系数小，散热性好，尺寸稳定； 9.钢背面可电镀多种金属，因此可在腐蚀性介质中使用，不会生锈。 4.5润滑剂的选用 可用润滑脂来润滑，在选择润滑脂时应考虑下列几点： 1）轴承载荷大，转速低时，应选择锥入度小的润滑脂，反之要选择锥入度 大的。高速轴承选用锥入度小些、机械安定性好的润滑脂。特别注意的是润滑脂 的基础油的粘度要低一些。 2） 选择的润滑脂的滴点一般高于工作温度 20-30， 在高温连续运转的情况 下，注意不要超过润滑脂的允许使用温度范围。 3）滑动轴承在水淋或潮湿环境里工作时，应选择抗水性能好的钙基、铝基 或锂基润滑脂。 4）选用具有较好粘附性的润滑脂。 （2）用润滑脂的选择： 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 15 - 载荷1MPa，轴颈圆周速度 1m/s 以下，最高工作温度 75，选用 3 号钙基 脂； 载荷 1-6.5MPa，轴颈圆周速度 0.5-5m/s，最高工作温度 55，选用 2 号钙 基脂； 载荷6.5MPa，轴颈圆周速度 0.5m/s 以下，最高工作温度 75，选用 3 号 钙基脂； 载荷6.5MPa，轴颈圆周速度 0.5-5m/s，最高工作温度 120， 选用 2 号 锂基脂； 载荷6.5MPa，轴颈圆周速度 0.5m/s 以下，最高工作温度 110，选用 2 号钙-钠基脂； 载荷 1-6.5MPa，轴颈圆周速度 1m/s 以下，最高工作温度 50-100，选用 2 号锂基脂； 载荷5MPa 轴颈圆周速度 0.5m/s， 最高工作温度 60， 选用 2 号压延机脂； 在潮湿环境下，温度在 75-120的条件下，应考虑用钙-钠基脂润滑脂。在 潮湿环境下，工作温度在 75以下，没有 3 号钙基脂，也可用铝基脂。工作温 度在 110-120时，可用锂基脂或钡基脂。集中润滑时，稠度要小些。 （3）使用润滑脂的润滑周期： 偶然工作，不重要零件：轴转速200r/min，润滑周期 5 天一次；轴转速 200r/min，润滑周期 3 天一次。 间断工作：轴转速200r/min，润滑周期 2 天一次；轴转速200r/min，润 滑周期 1 天一次。 连续工作，工作温度小于 40：轴转速200r/min，润滑周期 1 天一次；轴 转速200r/min，润滑周期每班一次。 连续工作，工作温度 40-100：轴转速200r/min，润滑周期每班一次；轴 转速200r/min，润滑周期每班二次。 综上所述， 主要考虑减小割草机支撑旋刀轴处的轴承的径向尺寸， 选用轴承， 轴承的材料选用铜合金，锡青铜，润滑脂润滑，使用 2 号锂基脂，润滑周期 3 天 一次。 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 16 - 5 使用修剪机时的注意事项使用修剪机时的注意事项 （1）不可以将手动割草机用于割除攀藤植物、屋顶或阳台上的青草等，那 样有可能伤害到身体。 （2）每次使用之前都需要进行一次检查，确认所有的螺栓、螺母、工具都 没有磨损或损坏，对于磨钝或损坏了的刀片应当更换。 （3）再检查一下要割草的草坪表面，要清除干净石头、木块、电线等其他 坚硬的物体，这些物品碰到刀具时会飞甩出去而无法控制。 （4）旁边有人，尤其是儿童和动物的时候，不要使用该割草机。 （5）割草时一定要穿用防滑底做成的结实靴子。 （6）旋转的刀片转筒可能会造成人身伤害，刀片转筒和操作人员之间的安 全距离是通过导杆隔开的，一定要一直保持这个安全距离。在堤岸或斜坡上割草 时尤其要注意，一定要顺着斜坡的方向割。 （7）当后退拉动割草机时要特别小心，有绊倒的危险。 （8）任何时候都不要将手或脚放在运动部件的上方或下方。 （9）如果刀具或割草机遇到障碍或坚硬的物体时，一定要适当全面地检查 割草机。 （10）只有在能见度好，视野清晰的时候才可以进行工作。 四川大学锦江学院毕业论文（设计） - 17 - 结论 手推滚刀式割草机适于庭院小型草地使用，不需电力或柴油为动力，节约能 源。人们在漫步的运动中采用手推式割草，既悠闲锻炼又可修整草坪。该割草机 具有体积小、重量轻、结构简单、操作方便、保养方便、成本低廉等优点，其传 动部分结构简单，维护方便，且采用人的推力为动力，无废气及噪音等污染，而 且割草动作没有撕扯，对草坪更有益。 在这次的毕业设计中，我根据手推式割草机的技术参数要求，首先确定割草 机的总体方案设计，然后对割草机的传动部分、割草机构、滚刀轴、轴承的选择 等进行合理设计。在满足工作要求的前提下，尽量使割草机的结构紧凑，以减小 割草机的整体尺寸，从而减小割草机的总体体积和自重，达到工作、使用更加方 便的目的。 通过这次比较完整的手推割草机的设计， 我认识到了单纯的理论知识学习和 实际设计之间的差距。 通过这次毕业设计既锻炼了我的综合运用所学的专业基础 知识，解决实际应用问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计 规范以及电脑制图等其他专业能力的水平，而且通过对全局的掌握，对局部的把 握，以及对细微之处的处理方式，都使我的能力上了一个新的台阶，经验得到了 丰富，并且使我的毅力，意志力以及耐力都得到了锻炼。这些都是我希望得到的 也是毕业