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电力拖动社会调查及设计论文学院：专业：班级：姓名：学号：小型割草机的动力及传动设计摘 要 随着社会的进步和经济的发展，人们对生存环境的要求一也越来越高，城市环境的保护得到越来越多的重视。我国草坪建设也得到了迅速的发展。 研制一种小型轻便的往复式割草机，不仅可以带来巨大的经济效益，而且可以把工作人员从艰苦的劳动条件下解放出来，可以大幅度提高劳动生产率，进而提高工作人员的工作环境，更好的维护好他们的身体健康安全。关键词：割草机，发动机，电动机，传动机构，直流电源第1章 绪论1.1 本论文的背景和意义： 割草机是指割下牧草或其他可制成干草的作物，并自动将其铺放在地面上的牧草收获机械，往复式和旋转式，割草机是利用发动机或电动机产生动力，通过传动系统将产生的动力传给切割装置从而实现切割运动。由于我国资金投入严重不足，技术创新的原动力、研发能力、技术模仿步伐放缓甚至停顿，我国的割草机械还处于落后水平：产品品种不全，成套性差；产品技术水平低；售后服务质量差。所以研制一种小型轻便的往复式割草机，不仅可以带来巨大的经济效益，而且可以把工作人员从艰苦的劳动条件下解放出来，可以大幅度提高劳动生产率，进而提高工作人员的工作环境，更好的维护好他们的身体健康安全。1.2 割草机割草的基本要求 不论是哪一种类型的割草机对草坪修剪的基本要求是一样的： （1）割草高度可根据要求调整，适应高度调整范围大，当草坪要求修剪很低能达到要求。（2）割草整齐、平整，同一行程前后割草高度一致，两次作业行程衔接平滑、无接茬。（3）对地形的适应能力强，仿行能力强，随地形变化前后剪草商度一致。（4）割草机对草坪碾压轻、伤害少。（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）割草机质量好，故障少，节省燃料、效率高:（7）易于操作、轻便灵活、维修调试方便，零部件通用性和互换性好。（8）正确掌握修剪草坪的时间并泪制定科学的修剪高度和修剪频率。1.3 主要内容： 本文主要介绍了将HRJ196 HRJ216嘉陵本田剪草机的发动机、传动方式用电动机及其对应的传动方式来代替以及相应的电源系统的相关设计。第2章 割草机的总体结构2.1 小型割草机的总体介绍： 2.2.1 小型割草机的基本外形：如图2-1所示。 图2-1 割草机整体图 2.2.2 割草机总体结构： 主要有电动机、减速器、切割装置等，如图2-2所示。 图2-2 割草机总体结构图 2.2.3 割草机工作原理： 电动机带动主轴转动，主轴由两个轴承支撑，再经过直齿轮进行减速处理，并将小直齿轮做成齿轮轴，轴端固定割草机头驱动刀具进行割草工作。第3章 选定的割草机相关参数3.1所选择的割草机的相关型号及技术要求 3.1.1 割草机型号： HRJ196 HRJ216嘉陵本田剪草机 3.1.2 发动机型号： 本田GXV160发动机 3.1.3 发动机相关参数：产品名称本田GXV160发动机最大输出功率5.5PS (4.1KW)额定输出功率4.8PS (3.5KW)；最大扭距1.3（kg*m）；最大转速2500rpm发动机型式单缸、四冲程、强制空气冷却；气缸6845mm尺寸（长X宽X高）420X365X355（N1-TYPE）mm净重15.5（N1-TYPE）kg3.2 传动关系 手推滚刀式割草机的传动部分由行走轮及滚刀轴的两端分别设置的一与行走轮的内圈齿轮相啮合形成行星轮系的小齿轮组成。当推动扶手架使割草机在草地上前行时，行走轮的内齿轮带动小齿轮旋转，使得滚刀也一起转动，通过滚刀刃与定刀刃形成的剪切动作，将草坪上多余高度的草割断。第四章相关设备及技术的匹配设计4.1 电动机的匹配选择 4.1.1 DC_Z系列直流电动机型号参数 4.1.2 电动机型号选择 根据原发动机相关参数，由公式： 当取最大转矩T=1.3Kg*m ，最大转速n=2500r/min时，电机的功率 可选得上表格中电动机：型号额定功率(Kw)额定转速（r/min）额定转矩（Kg*m）重 量（Kg）Z4-100-1429601.27724.2 割草机传动机构的设计： 4.2.1小型割草机传动装置的总体设计： 传动装置总体设计包括拟定传动方案、选择电动机、确定传动比以及计算传动装置的运动、动力参数。如图4-1所示。选用直流电动机、单级圆柱直齿轮减速器、电动机的满载转速n=2960r/min,传动装置的总传动比i=1:5.3。由此可计算各轴转速、功率、转矩。 图4-1 传动装置 4.2.2 传动零件的设计计算： 传动零件的设计计算包括确定传动零件的材料、热处理方法、参数、尺寸和主要结构，为装配草图的设计做准备。a.齿轮的设计计算: 按图4-2所示的传动方案，选用直齿轮柱齿轮传动;齿轮精度为8级;小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为240HBS，二者材料硬度差为4DHBS;闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小齿轮的齿数可取Z=2040。开式、半开式齿轮传动，由轮齿主要为磨损失效，为使轮齿不致过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，一般一可取小齿轮齿数Z=1720，。初选小齿轮齿数Z根据传动比，为了使各个相啮合齿对磨损均匀，传动平稳，一般互为质数，故可取大齿轮的齿数为。 图4-2 传动简图 b.确定几何尺寸：（1） 计算分度圆直径： （2） 计算中心距： （3） 计算齿轮宽度： c. 齿轮传动的类型: 齿轮传动就装置形式分: （1）开式、半开式传动 在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑i不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，故只宜用于低速传动。齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它不作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。 （2）闭式传动而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体(机匣)的，这称为闭式齿轮传动(齿轮箱)。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。本次设计的手推割草机属于农业机械，且是简易的机械设备，因此齿轮传动属于开式、半开式传动。d.校核齿根弯曲疲劳强度： ，经过校核，满足弯曲疲劳强度。e.计算齿轮传动其他几何尺寸：齿顶高、齿根高、全齿高、齿顶圆直径、齿根圆直径。 4.2.3 轴的相关设计及参数 轴的设计计算与轴上齿轮轮毂孔内径和宽度、滚动轴承的选择和校核、键的选择和验算、与轴连接的凸轮及半联轴器的选择同步进行。a. 已知条件：高低速轴传递的功率，转速，小、大齿轮的分度圆直径，齿轮宽度，两轴转矩。b. 已知轴的材料：45钢，调质处理。c. 初算轴径： 。d.校核轴的强度e.校核键连接的强度f.传动装置的装配图4-3. 图 4-3 传动装置装配图第5章 电源系统的设计5.1 电源系统的选择： 5.1.1电源的基本要求： 根据电动机的电压要求，需选择可调至440v的直流电源 5.1.2 某型号开关电源相关参数：输入电压220V，380V三相四线，415V，50-60HZ输出直流电流10-1000A 任意选择输出直流电压24V，36V，115V，230V，440V，660V 任意选择稳压精度1%稳流精度1%5.2 电源能耗计算 5.2.1 开关电源工作原理 开关稳压电源体积和功耗较小转换效率高，但其电压输出纹波大，动态响应差，可用于降压或升压转换处理。 图5-1 DC-DC 开关电源工作原理图当开关导通时，电容上的能量损耗在器件内部，造成严重的开关噪声，并且通过开关密勒电容耦合到驱动电路，使得驱动电路产生噪声和不稳定因素；关断时，由Ldi/dt感应电动势产生电压尖峰对开关管的最大电压具有很大挑战，同时关断时结电容储存CV2/2的能源。为了改善晶体管的工作条件，提出零电流开关和零电压开关技术，并且引入谐振的概念。a.零电流谐振开关电源工作原理 零电流谐振开关其原理如下图5-2 图5-2 零电流谐振开关原理图其原理是：当LC回路经过开关管谐振，电流缓慢上升，在电流上升之前，晶体管经过驱动进入饱和区，由于LC的谐振作用，开关中的电流将振荡，使得开关能够自动换流。由于谐振开关没有瞬态的大电压和大电流同时流过，故而开关管的损耗是很低的。b.零电压谐振开关电源工作原理 零电压谐振开关其原理如下图5-3图5-3 零电压谐振开关其原理图 由于谐振电源中传输的是正弦波，PWM传输的是方波，正弦波包含的能量没有方波高。经过谐振型开关电源减低了开关损耗，但是传递的能量却下降了，所以整体转换效率并不比PWM电路高多少。 一般较小电感值带来较大峰值电流，相应的带来较大的输出电压纹波；而较大电感值可以减小峰值电流来减少电压纹波。从能量储存方面来看在相同开关时间内电感越大储存的能量越多，所以小电感比大电感动态响应要快，电源转换效率电感小的要比电感大的要低。而对于同样电感值时，一般尺寸较大的直流电阻较低而可提供0.5%到1%效率提升。 5.2.2 相关计算： （1）根据电感公式有：V = L*di/dt ， V=Vi-Vo，T=Ton 即开关的导通时间，而Ton=T*D（T为振荡周期且T=1/F，D为导通占空比D=Vo/Vi），且di/dt的中值等于Io，所以峰值电流等于Io+ di/2.一般电源要求电流纹波在0.3Io0.5Io之间，计算时选择精度较高的0.3Io即可。所以公式可变为Vi-Vo =L*I/(1/F* Vo/Vi),即L(Vi-Vo)*Vo/0.3Io*Vi*F(其中Vi取输入最大值ViMax来计算)以上只是理论模式的计算，在实际电路中还存在着电感串联电阻损耗、高低边MOSFET损耗、开关管损耗。 （2）电感串联电阻损耗 PL = I2*R,其中R为电感串联电阻。在确定了电感值后一般选择电阻较小的电感以提高转换效率。 （3）开关损耗：开关损耗在开关打开和关闭的过程中，有MOS管栅极电容充放电而引起，在开关打开瞬间，开关两端电压较大将给栅极电容充电；关闭时电容放电电流较大，且充放电都在器件内部进行故而很容易产生噪声和干扰。参考文献 【1】 徐撷等.机械设计手册M.北京: 机械下业出版社，2003. 【2】 邱宣怀.机械设计M.第三版.北京: 高等教育出版社，1989. 【3】 淮良贵.机械设计M