UG家用驾驶式割草机结构设计【三维UG】【含CAD高清图纸和文档】【WG系列】
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毕业设计说明书(论文)作 者:3号楷体学 号：3号楷体学院(系):3号楷体专 业:3号楷体题 目:家用驾驶式割草机结构设计3号楷体3号楷体指导者： (姓 名) (专业技术职务)3号楷体3号楷体评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2014 年 6 月毕业设计说明书（论文）中文摘要驾驶式割草机是一种单人驾驶的小型工程机械。随着人们对物质文化生活水平要求的提高，人们逐渐对环境的要求也在不断提高，城镇绿地建设量与维修量随之增长，与此同时社会上对草坪机械的需求日益增长，带动了草坪机械产业的高速发展。本文研究的是一种驾驶式的由电瓶驱动的家用草坪割草机，介绍了驾驶式割草机的历史和现状。这种割草机主要用于大中型草坪的修剪和维护，要求具有良好的机械性能、安全性能和草坪修剪质量。本文设计的是驾驶式割草机的关键部件，选用已有的驾驶式割草机的小车，只对割草机的刀片和传动机构进行设计并进行三维模型设计。在现代技术的基础上，将机械原理与美学相结合，运用机械设计理论，根据实际情况，选择适当的刀具、电机等来达到本设计的最终目的。关键词：驾驶式，家用，割草机，结构设计，电瓶，三维模型； 34毕业设计说明书（论文）外文摘要Driving type mower is a small engineering machinery a single driving. With the requirements of peoples material and cultural life level, people gradually to the environmental requirements are also rising, urban green space construction and repair capacity increased, at the same time the community on the turf machinery growing demand, driven by the rapid development of turf machinery industry.This paper is a kind of driving style from the battery driven home lawn mower, this machine is mainly used for medium and large lawn mowing and maintenance requirements, high mechanical properties, safety performance and lawn quality good. This design is a key part of driving type mower, driving the mower with existing car, only to the lawn mower blades and transmission mechanism design and 3D model design. Based on modern technology, combined with mechanics and aesthetics, the use of mechanical design theory, according to the actual situation, select the appropriate tool, motor to achieve the ultimate goal of this design.Keywords: driving type, household, mower, structure design, battery, 3D model;目 录1 绪 论11.1国内外家用割草机的应用市场以及开发现状11.2驾驶式割草机的发展现状及未来发展方向21.3研究目的及意义31.4割草机的工作原理和机械结构31.5研究的主要内容和方法42 驾驶式割草机总体设计63 割草机系统传动装置的机械计算83.电机的选取83.同步带的概述83.1同步带介绍83.2同步带的特点93.3同步带传动的主要失效形式93.4同步带传动的设计准则123.5同步带分类123.3同步带传动计算123.3.1同步带计算选型123.3.2同步带的主要参数（结构部分）163.3.3同步带的设计183.3.4同步带轮的设计183.4轴的设计193.5轴的校核193.6键的校核203.7轴承的校核213.8刀具的设计及计算223.8.1刀具的概述223.8.2刀具的运动分析233.8.3刀具的结构尺寸及相关参数243.9 端面齿轮及拨杆的设计部分253.9.1端面齿轮和拨杆的概述253.9.2 端面齿轮和拨杆的运动分析254 驾驶割草机三维模型展示29总 结31致 谢32参考文献331 绪 论1.1国内外家用割草机的应用市场以及开发现状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。我国生产剪草机起步较晚，生产企业规模普遍较小，产品用途单一，品种数量少，远不能满足要求，而且质量与发达国家的相比也有很大差距。所以长期以来，草坪剪草机多以进口为主，主要来自日本、美国、意大利和瑞典等国。据统计，1999年的剪草机销售量在3万台左右，其中80为进口；2000年我国各类草坪机械保有量达13余万台，剪草机进口量在316万台左右；近两年，草坪机械平均年增长率达到30左右，国内每年草坪机械的销售总额大约为12亿13亿元人民币，其中从国外进口的机械占85，国内自行生产的产品占15左右，其合计销量约在1万台左右 。1.2驾驶式割草机的发展现状及未来发展方向最初OPEI（Outdoor Power Equipment Institute）对于驾驶式割草机的定义是：“自产生动力的可骑运载工具，在一般草坪花园中使用，用来割草，通常不可以用来耕作。它们由空气冷却，四冲程发电机，通常是12马力的功率或更小。发动机或由电线拖动或是电力（电池）启动。切断装置的旋转刀片通过皮带或者链条与发动机相连。一些包含一个传递动力轴来附加别的维修工具，但大部分没有。”实际上OPEI用很多非常专业的定义来定义驾驶式割草机后置发动机驾驶式割草机，驾驶式花园拖拉机和前置发动机草坪拖拉机。每种驾驶式割草机都有自己的规格，以使公司可以正确分类来装运营销等。 驾驶式割草机是一种单人驾驶的小型工程机械，从性质上来说也属于车辆的范畴之内。因此驾驶式割草机本身具有一般的可驾驶功能，并满足人体舒适性。随着科学技术的发展，新技术的不断提高，如电子学、新材料、导航定位技术等各项新技术不断应用于驾驶式割草机。现在人们已经不仅仅是把割草机作为一种普通的使用工具，而是赋予了它很多其他意义。随着人们对环境的关注，中国各大城市的绿地面积越来越大，草皮品种也趋向丰富，草坪业的迅速发展使人们对草坪割草机的需求也越来越大。但是由于我国经济水平还不高，对绿地大部分还只是低水平层次上的养护，以前畜力割草机曾是我国应用较多的割草机，由马或牛牵引完成割草作业。而国外园林机械工业和消费市场都已经相当成熟。随着机动割草机的引进，割草机将在我国的绿化事业中发挥越来越大的作用。(1)电子学、新材料的研究开发与制造新方法的采用对驾驶式割草机的未来将会有重大影响在今后驾驶式割草机的设计中，内部装置可多采用电子技术。人机工具界面中的信息界面将会是发展的重点，包括显示反馈装置的产生等，而不是现在的直接通过操作者的视觉反馈。人机系统的自动化程度将越来越高，驾驶式割草机将朝智能化的方向发展，如出现自动导航系统、自动定位系统和自我检测系统，甚至出现无人驾驶的驾驶式割草机。(2)外型将更加个性化、类型将更加多样化从收集的资料来看，目前市面上大部分的驾驶式割草机的外型都是大同小异，缺乏创新与变化。针对当前国内驾驶式割草机形态色彩单一，操作不够舒适简便等不足，驾驶式割草机应该在功能和外观上有所突破。在不久的将来，一定会出现更多、更丰富的机型，来满足不同个体的使用要求。驾驶式割草机市场将会进一步细化与多样化，更多针对不同场合、不同切割要求的割草机种类将出现。比如说针对不同使用人群的个性化设计，以及针对不同草场的种类和草坪的高度，不同的周围具体环境等等来分别对设计进行相应的调整与变化。(3)驾驶性能的改进，未来的驾驶式割草机将使操作者在其中的工作成为一种享受，或是一种休闲方式。当然，随着技术的进步和科技的发展，驾驶式割草机驾驶性能在不断改进，驾驶舒适性也将不断提高。甚至可以把它视为一种交通工具，或是一种休闲方式。在我国，由于国情等原因，人们还没有形成这种意识。而在国外，经常会举办割草机的设计大赛或是驾驶式割草机的比赛，还出现了很多割草机俱乐部。这说明，人们已经不仅仅是把割草机作为一种普通的使用工具，而是赋予了它很多其他意义。1.3研究目的及意义驾驶式割草机是一种单人驾驶的小型工程机械。随着人们对物质文化生活水平要求的提高，人们逐渐对环境的要求也在不断提高，城镇绿地建设量与维修量随之增长，与此同时社会上对草坪机械的需求日益增长，带动了草坪机械产业的高速发展。市场上提供的割草机大多具有工作效率低下，人的劳动强度大等缺点，为了改善这种状况，本设计研究的驾驶式割草机的出现就显得必要了。本设计研究旨在对现有的驾驶式割草机进行改进，不改变现有割草机的工作原理，提高驾驶式割草机的观赏性，结构简单，提高工作效率。现阶段驾驶式割草机的研究目的是在现代技术的基础上，将机械原理与美学相结合，运用机械设计理论，利用简单的机械结构，适当的刀具选择来达到本设计的最终目的。为了更好的达到设计研究的目的要求，割草机刀具的位置放置对观赏性的提高十分重要，刀具的选择对工作效率的提高有重要影响。本设计研究主要在这两方面进行重点研究来完成对驾驶式割草机的改进。1.4割草机的工作原理和机械结构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、汽油机和电动机3类驱动。其中以小型汽油机作为动力的较为普遍，而柴油机多用于大型的剪草机械，如牧场的割草机；按剪草时刀片运动的方式可分为滚刀式、旋刀式和剪切式3种；按切割器形状可分为旋刀式、滚刀式、往复割刀式和甩刀式等；按驾驶形式分类，可分为推动式(步行式)、自行式、驾驶式(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400lO00mm，剪草高度从15lOOmm有几个调节挡位 。（1）滚刀式剪草机其由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成。滚刀的形状像一个圆柱形鼠笼，切割刀呈螺旋形安装在圆柱表面，滚刀旋转带动草茎相对于底刀产生一个逐渐切割的滑动剪切而将草茎剪断。滚刀式剪草机剪草的质量取决于滚刀上刀片数和滚刀的转速，滚刀上刀片数越多，单位长度行进中切割的次数就越多，切下的草也越细，滚刀的刀片数一般为312片不等；滚刀的转速越高，切下的草也越细。滚刀式剪草机是高质量草坪最常用的剪草机型，适用于草高380mm 的草坪，其价格贵，维修保养要求严格。（2）旋刀式剪草机(又称悬刀式)它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。其工作装置为一长条形剪草刀或多把剪草刀在水平刀盘上，高速旋转的刀刃与草茎碰撞而将其割断，为无支承切割。刀刃的后面是类风叶形状，在高速旋转下，对地面形成一定的真空将草茎吹成直立状态，便于切割并与罩壳相结合，形成涡流将割下的碎草送人集草装置或从罩壳出口喷出洒到草坪，适于范围内剪草，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。（3）甩刀式剪草机其切割装置由多把垂直于地面的刀片铰接在旋转组成的旋转轴上， 当高速旋转时，在离心力作用下，其刀片像垂直于轴芯的甩刀，端部刀刃不断地冲击切割草茎。由于刀片与刀轴或刀盘为铰接， 当碰到坚硬冲击不断的物体时可以避让而不致损坏机器。（4）甩绳式剪草机其工作装置是由一个内装尼龙绳的打草盘、背向人的护罩组成。当打草盘高速旋转时，露在外面的尼龙绳在离心力作用下，像一束伸直的刀刃快速撞击草茎而切割断草。由于尼龙绳是柔性的，其撞击障碍物时退让，不会损坏机器本身，也不会对障碍物有较大的破坏。1.5研究的主要内容和方法本文针对驾驶式割草机，主要对总体结构进行设计及对刀具部分的重点设计分析。割草机的应用普遍被看好，因为家庭绿化意识的增强，家用割草机的作用显而意见。现在的驾驶式割草机虽然较多，但大部分驾驶式割草机的结构复杂，价格昂贵，应用很少。该驾驶式割草机主要是针对家用草坪设计的，电瓶驱动，结构规范，安全性高。该研究的主要内容包括：1）了解国内外小型割草机的应用市场以及开发现状；2）熟悉掌握割草机的工作原理和机械结构；3）对比市场小型割草机的特点和设计参数，详细分析各自优缺点；4）绘制小型割草机的结构装配图和关键零件图；5）对小型割草机采用UG软件对其造型。2 驾驶式割草机总体设计 驾驶式割草机总体设计参数要求：选择电瓶驱动、割草高度20-70mm、割草机最大宽度900mm。割草机的第一步在于了解草坪的特征。草坪的面积将影响您对发动机马力的选择，而草坪地形的特征则决定了割草机应具备的性能。 一般来说，3.5至5马力的发动机能够完全胜任小面积草坪的除草任务。适用于此类草坪的发动机必须具备启动稳定、性能可靠的特点。它启动流畅、便捷，并能在瞬间达到最大马力。 针对中等面积的草坪，5至6.5马力的手推式割草机或8.5至12.5 马力的驾驶式割草机较为合适。由于除草面积与发动机功率成正比，因此当您在选购割草机时，请务必留意发动机的耐用性和工作时限。大面积的草坪必须配备大功率发动机（20至25马力的花园拖拉机）。使用功率较小的割草机整理大面积的草坪，不仅会对设备造成损害，还会降低设备的使用寿命。功率为22马力的Vanguard VTwin是一款世界级的发动机，它不仅动力充沛，更兼具超卓性能。为延长使用寿命，该款发动机还特别采用了系列独一无二的内置式部件，其中包括压力润滑和独特机油冷却装置。如果是驱动直流电机毫无问题，只要把蓄电池组的电压与直流电机的额定电压匹配就可以了。如果是驱动交流电机，那就需要一个与交流电机匹配的逆变驱动器去驱动交流电机。如果是其它电机也需要一个与其它电机匹配的驱动器去驱动其它电机。本款设计的是小型家用驾驶式割草机。选择的是电瓶驱动。由于汽油发动机成本高，经常需要维护保养，本设计优先选用电瓶驱动，绿色环保，操作简便，更适用于家用割草机。驾驶式割草机由于切割宽度较大，可以确保按时完成草坪修整工作。手推式割草机则需要人工推动，工作效率低下。手推式割草机需要一天才能完成的修整任务，驾驶式割草机只需要几个小时即可完成。效率远超手推式。图2-1驾驶式割草机3 割草机系统传动装置的机械计算3.电机的选取（1）粗略计算驱动电机的功率根据割草的宽度为900MM.初步选择Z4-180-22/21直流电机图3.7 Z4-180-22/21直流电机的技术参数由于电机无法与输出轴直接相连，需要中间机构来过渡，在这里拟采用一对带轮进行设计。3.同步带的概述3.1同步带介绍同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。同步带传动（见图3-1）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-2080，v50m/s，P300kw,i10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。图3-1 同步带传动同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。 同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达1:10。允许线速度可达50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。传动效率高，一般可达98%，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。 本产品广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中。同步带的使用，改变了带传动单纯为摩擦传动的概念，扩展了带传动的范围，从而成为带传动中具有相对独立性的研究对象，给带传动的发展开辟了新的途径。3.2同步带的特点(1)、传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；(2)、传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低；(3)、传动效率高，可达0.98，节能效果明显；(4)、维护保养方便，不需润滑，维护费用低；(5)、速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；(6)、可用于长距离传动，中心距可达10m以上。3.3同步带传动的主要失效形式在同步带传动中常见的失效形式有如下几种：(1)、同步带的承载绳断裂破坏同步带在运转过程中承载绳断裂损坏是常见的失效形式。失效原因是带在传递动力过程中，在承载绳作用有过大的拉力，而使承载绳被拉断。此外当选用的主动捞轮直径过小，使承载绳在进入和退出带抡中承受较大的周期性的弯曲疲劳应力作用，也会产生弯曲疲劳折断(见图3-2)。图3-2 同步带承载绳断裂损坏(2)、同步带的爬齿和跳齿根据对带爬齿和跳齿现象的分析，带的爬齿和眺齿是由于几何和力学两种因素所引起。因此为避免产生爬齿和跳齿，可采用以下一些措施：1、控制同步带所传递的圆周力，使它小于或等于由带型号所决定的许用圆周力。2、控制带与带轮间的节距差值，使它位于允许的节距误差范围内。3、适当增大带安装时的初拉力开。，使带齿不易从轮齿槽中滑出。4、提高同步带基体材料的硬度，减少带的弹性变形，可以减少爬齿现象的产生。(3)、带齿的剪切破坏带齿在与带轮齿啮合传力过程中，在剪切和挤压应力作用下带齿表面产生裂纹此裂纹逐渐向齿根部扩展，并沿承线绳表面延件，直至整个带齿与带基体脱离，这就是带齿的剪切脱落（见图3-3）。造成带齿剪切脱落的原因大致有如下几个：1、同步带与带轮问有较大的节距差，使带齿无法完全进入轮齿槽，从而产生不完全啮合状态，而使带齿在较小的接触面积上承受过大的载荷，从而产生应力集中，导致带齿剪切损坏。 2、带与带轮在围齿区内的啮合齿数过少，使啮合带齿承受过大的载荷，而产生剪切破坏。 3、同步带的基体材料强度差。为减少带齿被剪切，首先应严格控制带与带轮间的节距误差，保证带齿与轮齿能正确啮合；其次应使带与带轮在围齿区内的啮合齿数等于或大于6，此外在选材上应采用有较高勿切韧挤压强度的材料作为带的基体材料。图3-3 带齿的剪切破坏 (4)、带齿的磨损带齿的磨损（见图3-4）包括带齿工作面及带齿齿顶因角处和齿谷底部的廓损。造成磨损的原因是过大的张紧力和忻齿和轮齿间的啮合干涉。因此减少带齿的磨损，应在安装时合理的调整带的张紧力；在带齿齿形设计时，选用较大的带齿齿顶圆角半径，以减少啮合时轮齿的挤压和刮削；此外应提高同步带带齿材料的耐磨性。图3-4 带齿磨损(5)、同步带带背的龟裂(图3-5)同步带在运转一段时期后，有时在带背会产生龟裂现象，而使带失效。同步带带背产生龟裂的原因如下， 1、带基体材料的老化所引起；2、带长期工作在道低的温度下，使带背基体材料产生龟裂。图3-5 同步带带背龟裂 防止带背龟裂的方法是改进带基体材料的材质，提向材料的耐寒、耐热性和抗老化性能，此外尽量避免同步带在低温和高温条件下工作。3.4同步带传动的设计准则据对同步带传动失效形式的分析，可知如同步带与带轮材料有较高的机械性能，制造工艺合理，带、轮的尺寸控制严格，安装调试也正确，那么许多失效形式均可避免。因此，在正常工作条件下，同步带传动的主要失效形式为如下三种； (1)同步带的承载绳疲劳拉断； (2同步带的打滑和跳齿； (3)同步带带齿的磨损。 因此，同步带传动的设计淮则是同步带在不打滑情况下，具有较高的抗拉强度，保证承线绳不被拉断。此外，在灰尘、杂质较多的工作条件下应对带齿进行耐磨性计算。3.5同步带分类同步带齿有梯形齿和弧齿两类，弧齿又有三种系列：圆弧齿(H系列又称HTD带)、平顶圆弧齿(S系列又称为STPD带)和凹顶抛物线齿（R系列)。梯形齿同步带 梯形齿同步带分单面有齿和双面有齿两种，简称为单面带和双面带。双面带又按齿的排列方式分为对称齿型（代号DA)和交错齿型(代号DB。梯形齿同步带有两种尺寸制：节距制和模数制。我国采用节距制，并根据ISO 5296制订了同步带传动相应标准GB/T 1136111362-1989和GB/T 11616-1989。弧齿同步带 弧齿同步带除了齿形为曲线形外，其结构与梯形齿同步带基本相同，带的节距相当，其齿高、齿根厚和齿根圆角半径等均比梯形齿大。带齿受载后，应力分布状态较好，平缓了齿根的应力集中，提高了齿的承载能力。故弧齿同步带比梯形齿同步带传递功率大，且能防止啮合过程中齿的干涉。弧齿同步带耐磨性能好，工作时噪声小，不需润滑，可用于有粉尘的恶劣环境。已在食品、汽车、纺织、制药、印刷、造纸等行业得到广泛应用。3.3同步带传动计算3.3.1同步带计算选型设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下：式中需要传递的名义功率工作情况系数，按表2工作情况系数选取=1.7；表2.工作情况系数2） 确定带的型号和节距 可根据同步带传动的设计功率Pd和小带轮转速n1，由同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。 其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3-2-2表3-2-2选同步带的型号为H：，节距为：Pb=8.00mm3) 选择小带轮齿数z1，z2 可根据同步带的最小许用齿数确定。查表3-3-3得。 查得小带轮最小齿数14。实际齿数应该大于这个数据初步取值z1=34故大带轮齿数为：z2=iz1=1z1=34。 故z1=34，z2=34。4） 确定带轮的节圆直径d1，d2小带轮节圆直径d1=Pbz1/=8.0034/3.1486.53mm大带轮节圆直径d2=Pbz2/=8.0034/3.1486.53mm5） 验证带速v 由公式v=d1n1/60000计算得， svmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。10、同步带带长及其齿数确定=() = =719.7mm11、带轮啮合齿数计算有在本次设计中传动比为1，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即=17。12、基本额定功率的计算查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步带的基准额定功率为=0.21KW表4-3 基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量13、计算作用在轴上力=71.6N3.3.2同步带的主要参数（结构部分）1、同步带的节线长度 同步带工作时，其承载绳中心线长度应保持不变，因此称此中心线为同步带的节线，并以节线周长作为带的公称长皮，称为节线长度。在同步带传动中，带节线长度是一个重要参数。当传动的中心距已定时，带的节线长度过大过小，都会影响带齿与轮齿的正常啮合，因此在同步带标准中，对梯形齿同步带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的同步带节线长度应在规定的极限偏差范围之内（见表4-4）。表4-4 带节线长度表2、带的节距Pb如图4-2所示，同步带相邻两齿对应点沿节线量度所得约长度称为同步带的节距。带节距大小决定着同步带和带轮齿各部分尺寸的大小，节距越大，带的各部分尺寸越大，承载能力也随之越高。因此带节距是同步带最主要参数在节距制同步带系列中以不同节距来区分同步带的型号。在制造时，带节距通过铸造模具来加以控制。梯形齿标准同步带的齿形尺寸见表4-5。3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交点之间的距离称为带的齿根宽度，以s表示。带的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传动较大的裁荷。图4-2 带的标准尺寸表4-5 梯形齿标准同步带的齿形尺寸4、带的齿根圆角 带齿齿根回角半径rr的大小与带齿工作时齿根应力集中程度有关t齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。5、带齿齿顶圆角半径八 带齿齿项圆角半径八的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在同步带传动中，带齿与带轮齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时，带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角梯形带齿齿形角日的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响。如齿形角霹过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入带轮齿槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产生带齿在轮齿顶部跳跃现象。3.3.3同步带的设计在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表4-6。带的图形如图4-3。表4-6 同步带尺寸型号节距齿形角齿根厚齿高齿根圆角半径齿顶圆半径H840。6.124.31.021.02图4-3 同步带3.3.4同步带轮的设计同步带轮的设计的基本要求1、保证带齿能顺利地啮入与啮出由于轮齿与带齿的啮合同非共规齿廓啮合传动，因此在少带齿顶部与轮齿顶部拐角处的干涉，并便于带齿滑入或滑出轮齿槽。2、轮齿的齿廊曲线应能减少啮合变形，能获得大的接触面积，提高带齿的承载能力即在选探轮齿齿廓曲线时，应使带齿啮入或啮出时变形小，磨擦损耗小，并保证与带齿均匀接触，有较大的接触面积，使带齿能承受更大的载荷。3、有良好的加了工艺性 加工工艺性好的带轮齿形可以减少刀具数量与切齿了作员，从而可提高生产率，降低制造成本。4、具有合理的齿形角齿形角是决定带轮齿形的重要的力学和几何参数，大的齿形角有利于带齿的顺利啮入和啮出，但易使带齿产生爬齿和跳齿现象；而齿形角过小，则会造成带齿与轮齿的啮合干涉，因此轮齿必须选用合理的齿形角。3.4轴的设计3.4.1 材料可选轴的材料为45钢，调质处理。3.4.2 计算轴的最小直径电机轴的直径为14,由于轴的直径小于100mm，且由3个键槽，故将轴径增加15%，即将轴径圆整为标准直径，取d=14mm3.4.3 轴的结构设计1、轴的外形结构2、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。（1）、根据内径可得d67=30 mm，根据的宽度可得出L67=20 mm，右侧采用轴肩定为，取d78=38 mm，L78=11 mm。（2）、初选深沟球轴承D6204，其尺寸为dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根据装配关系取L45=L910=15 mm 。（3）、5处为一定位轴肩，故取d56=d89=25 mm，根据装配关系，计算得L56=L89=383 mm 。（4）、3处为一定位轴肩，故取d23=d910=16 mm，根据装配关系，计算得L23=L910=33 mm。（5）、1处为轴的最小直径d=10 mm，攻螺纹，与螺母配合，选择螺母为 GB/T 6172.1。通过查机械设计手册的螺母厚度m=5 mm，由于采用双螺母预紧，故取L12=L1213=19 mm。（6）、4处为一定位轴肩，所以取d34=d1011=18 mm，根据装配关系计算得出，L34=L1011=40 mm。至此已经确定了轴的各段长度和直径。3.5轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差%3）.当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴还应进行键侧挤压验算。弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【5】表7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。：通过受力分析，最大挠度：查【1】表3-12许用挠度； 。3.6键的校核键和轴的材料都是钢，由【4】表6-2查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度，键与轮榖键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：3.7轴承的校核、轴轴承的校核轴选用的是深沟球轴承6206，其基本额定负荷为19.5KN, 由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。轴传递的转矩 受力 根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:在水平面：在水平面： 因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，【4】表13-6查得载荷系数，取，则有： 轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命 故该轴承6206能满足要求。、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。3.8刀具的设计及计算3.8.1刀具的概述驾驶式剪切机采用刚性切割式，运动方式选择往复式运动。往复式切割装置由上、下两组刀片组成，分动和双动两种运动方式。本设计采用单动运动方式。单动切割器是动刀片在定刀上作往复运动；其特点是：，刀片的行程与上、下刀片的距离均相等。剪切机的上、下刀片形状相同，剪切时，草两侧同时受到切割，在一个行程中，运动速度的大小有变化，合理切割的方法是利用较大的速度来剪切。刀片的速度图如图211所示。剪刀自点向右运动时，其速度自零逐渐增加，在没有达到之前，因切刀不相接触，不发生切割。刀片到达时，两刀刃开始接触，这时称为始切速，然后刀片继续向右运动而进入切割，直到刀片到达时，两刀刃相向接触完毕，这以后不再切割，这时称为终切速。由到为切割速度的变化范围。由图211可知，大于终切速。图211 切割速度的变化在切割过程中，有些草是在被一刀刃顶斜着推向另一刀刃和剪切机前进而向前倾斜状态下切割的，使草丛表面稍欠平整。3.8.2刀具的运动分析 刀片一个行程时间内机器前进的距离称为切刀的进程，以H表示，切刀一秒钟内运动的绝对距离为： 式中：机器的前进速度 刀具水平运动的距离 轮子的周长一个行程所需要的时间为：一个行程运动的绝对距离： 可得切刀的进程H为：由于端面齿轮旋转一周刀具往复运动6次，刀具行程运动呈现对称的加速减速运动，速度由变化，从0到达的所需的时间与到达0的时间均为。运动分析可知，刀具呈现匀加速运动，运动方程式为： 可得：切刀的平均速度：将切刀的平均速度与机器的前进速度的比值称为刀机速比。，据类似的茶树修剪机和采茶机的试验分析，可得动力转速较小的手推式剪草机传动的效率较高。3.8.3刀具的结构尺寸及相关参数刀片是切割装置的主要部件，由于使用条件和运动参数的不同，使刀片的参数随不同的机型而有些差异。表22手推式剪草机的主要参数项目切割器的形式切割幅宽刀片间距刀片运动形式刀片往复频率刀片形状配套动力操作人数净重手推式剪草机往复切割240mm20mm单动860r/min平形149.1W113r/min1人30kg切割角的增大使切口变得不整齐。当刀片行程在时，刀片的切割角和楔角不影响剪草的质量。往复式刀刃的切割角和楔角如图212所示。图212往复式刀刃的切割角和楔角试验分析可知行程与剪草质量的关系： 刀片的刀距行程对剪草的质量没有显著的影响。剪草质量比较好的行程在，碎片也相应较少。切割间距在时，切口平整；切割间距在30mm以上时，切口就不平整；切割间距大于40mm时，采摘面就象抓采样的，漏采的也增多。切割速度比与正常草芽叶、碎片的关系手推式剪切机刀片的切割速度比在2.5以下时，正常芽叶多，碎片少。对采摘质量没有大的影响。对类似作物的试验，任何往复刀片，当切割速度比在2.5以下时，正常芽叶稍有减少的趋势；切割速比在时，剪草质量无明显的差别。切割速度比在小于3时，剪草面切口出现明显的不平整。表23往复式刀片的主要技术参数项目刀片刀间距刀高切割角刀角硬度（HRC）往复式刀片动刀片20mm定刀片3.9 端面齿轮及拨杆的设计部分3.9.1端面齿轮和拨杆的概述手推式剪草机中端面齿轮和拨杆一对运动组合类似于凸轮和推杆，而拨杆的运动直接影响其刀具的往复运动。由拨杆在端面齿轮凹凸曲面上的规则运动，从而带动刀具的运动。3.9.2 端面齿轮和拨杆的运动分析端面齿轮的形状如图213所示：图213 端面齿轮的形状对拨杆的运动要求为：当端面齿轮转过时，推杆上升20mm；端面齿轮再转过时，拨杆下降20mm；推杆继续转过时，拨杆又停止不动。运动状态如图214所示。图214 运动分析图拨杆在端面齿轮处安装，图中a与b为拨杆上升对应的端面齿轮所旋转的角度，c为。在端面齿轮上拨杆与端面齿轮接触点旋转的角度所对应的行程为：式中d为拨杆与端面齿轮接触点在端面齿轮上离中心位置的直径大小。图215 端面齿轮的轮廓曲线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,可得运动轨迹方程为：在式中各参数：为端面齿轮旋转的角度；k为与端面齿轮运动行程与接触点上下运动的位移的相关参数。代入特殊值，可得：从而得出接触点上下运动位移的轨迹方程为： 推程阶段 远休止阶段 回程阶段 近休止阶段 通过上述运动分析可以求出拨杆在端面齿轮上的工作轮廓线。由于端面齿轮为六个相同的近似于凸轮的结构。故只需研究拨杆一个往复运动的工作轮廓线即可。计算结果可得端面齿轮的工作轮廓线对应的值表24 端面齿轮的工作轮廓线 （mm）(mm)002.2690.1184.5380.4746.8071.0669.0761.89511.3452.96013.6144.26315.8835.80218.1527.57820.4219.59122.69011.84124.95914.32827.22817.05129.49720.000通过上述表中参数，我们可以近似加工出端面齿轮的工作轮廓线。度数越分的密，端面齿轮的形状越精确。工作轮廓线如图216所示。图216 端面齿轮的工作轮廓线4 驾驶割草机三维模型展示图4-1 正面图4-2 俯视图图4-3 刀片部分总 结本文设计了一种割草机，详细地设计了割草机的各个部分，在全面分析各个系统的基础上，对系统研究过程中所遇到的一些问题也进行了深入的研究。割草机是一种具有很大的研究价值和应用前景的割草机，在不方便操作的地方都扮演着很重要的角色，本次设计对割草机的结构进行了设计，包括机身、肘关节、腕关节和手爪，主要工作如下：l 通过功能和设计任务的分析，初步制定了割草机的总体方案。l 接下来进行了结构的设计。l 重要零部件的受力分析与校核。l 电机选型与计算。l 主要零件工程图绘制。通过本次设计，把大学期间所学的知识都综合的利用起来，这再次加深了我对所学知识的印象，提高了我对知识的利用能力。但是，由于本人的水平和能力有限，本次设计一定存在一些不合理之处，希望老师给予批评和指正。本文所完成的工作达到了预期的目标，但是仍有进一步研究的必要，需要进一步改进的工作是本文在设计时考虑到的移动割草机的工作范围仍然是有限的，在将来可以集成更多的传感器在的车身上，以便移动平台能够更好的适应室外的工作环境。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然做得还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次设计的最大收获和财富，使我终身受益。致 谢本论文是在导师XX的悉心指导下完成的，在这次毕业设计中，老师给了我很大的帮助，不仅让我在规定时间能完成了毕业设计，还使我学到了很多有用的经验。在这里我衷心的感谢高老师。我
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