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机械毕业设计全套
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JX02-143@旋刀式割草机的设计,机械毕业设计全套
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旋刀式割草机的设计 姓 名：钟水林 班 级：机制 1004 学 号： 20101134 指导老师：林金龙 nts一、课题背景及其意义 随着社会的进步和经济的发展，人们对生存环境的要求也越来越高，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。草坪美化环境，固土护坡，净化空气多种功能已经成为人们的共识。割草机作为草坪养护的基本工具，已经实现了大规模的生产和使用。一些最新的科学理论、最新的科研成果和最新的科学技术都在这些机械设备上有体现。控制系统方面，单片机、可编程控制器 PLC等得自动化控制手段都得到充分的应用。一些发达国家如美国已经发明机器人割草机，实现了自动化作业。 nts二、 整机总体设计方案 nts 旋刀式割草机主要万向轮、下机架、发动机、上机架、推杆、工作轴、工业走轮和刀片等组成。汽油发动机提供动力，其输出轴和工作轴通过花键连接，带动旋刀工作，使其实现割草动作，发动机有油门控制旋钮，通过旋转旋钮控制发动机的转速以及停止，从而实现控制旋刀的工作转速， 使其能够在操作者的要求之下工作。机具的行走通过操作者推动割草机来实现，割草机的前轮是万向轮，可以实现割草机的灵活转向。 nts 在割草机工作时，行走的操作者为割草机提供行走动力，并控制使其按人的要求转向；发动机带动刀片旋转实现割草作业。翼片可将刀壳内的空气排出，这时刀壳内形成负压，当草长的较高，割草机前进时，刀壳前部下缘会把草按倒；翼片旋转形成的气流可将刀刃切下的草屑悬浮到气流中，经排草口排除刀壳，就地洒落。 nts三、主要零部件设计 3.1割草机机架设计 nts3.2割草高度调节设计 nts 通过调整改变花键的配合尺寸，从而达到调节旋刀的离地高度，从而实现割草高度的调节。工作轴与传动轴由螺纹管连接，可以固定调整后的高度。 花键连接调节原理 nts3.4 刀片 nts刀片选材及其结构 参考旋刀式割草机刀片研究的最新进展，刀片材料选用 65Mn钢，等温淬火后硬度达 4250HRC，可以显著改善刀片磨损，提高片的使用寿命。 研究指出，刀片速度为 7197m/s时，刀片结构上，翼篇形成角其 2535度，翼弦高 1719mm，翼弦长度为 5676mm，刀厚 3mm时，由旋刀引起的空气动力噪声相对较低。 根据以上文献资料确定刀片结构，并作出三维实体模型。 nts四、结论与展望 1、本文分析了目前国内外草坪割草机械的现状及存在问题，研究了普通草坪的物理状况，为旋刀式割草机参数提供依据。 2、针对当前国内草坪面积不大却形状各异、要求割草灵活方便的问题，结合草坪修剪及方便实用和农艺特点，吸收了最新型旋刀式剪草机及其它经典机型的设计理念，提出旋刀式割草机的改进设计的设计思路。 nts 3、在整机设计中，以汽油发动机作为动力，体积小、成本低、工作可靠。采用装配式机架，汽油发动机输出动力带动旋刀工作，发动机固定在机架上方，使整机结构简单紧凑又可根据不同工作环境以及工作要求调整机架。行走轮与机架直接固定，通过推杆实行转向 。 其他零部件经过计算校核后，尽可能采用通用件或标准件，体现了经济、实用、操作简易、维护简单、成本低廉的设计原则。 nts五、 致 谢 对于这次毕业设计的完成，首先感谢江西农业大学的辛勤培育，感谢学校给我提供了如此难得的学习环境和机会，使我学到了许多新的知识、知道了知识的可贵与获取知识的辛勤。 承蒙林金龙老师的耐心指导，我顺利地完成了我的毕业设计。在此深深感谢四年大学学习过程中所有授予我知识的老师，感谢你们！同时感谢林金龙老师在设计中的方案确定以及设计细节上的指导。 在我的设计过程中，还得到了众多同学的支持和帮助，在此，我对这些同学表示我衷心的感谢和永远的祝福！ nts肯请各位老师批评指正！ nts 旋刀式割草机的设计 目 录 1 国内外旋刀式割草机的发展状况 . 3 1.1 割草机的分类 . 3 1.2 割草机割草的基本要求及注意事项 . 3 1.3 研究的内容和方法 . 4 1.4 预期目标 . 4 2 整机总体设计方案 . 4 2.1 设计原则 . 4 2.2 旋刀式割草机的设计方案 . 5 3 旋刀式割草机主要部件的设计与计算 . 7 3.1 割草机工作部分设计 . 8 3.2 推杆的设计 . 11 3.3 机架的设计 . 11 4 旋刀式割草机传动系统设计与计算 . 15 4.1 动力传递方案 . 15 4.2 传动比的计算 . 15 5 主要部件的强度分析 . 16 6 总结 . 17 致谢 . 19 参考文献 . 20 nts _ 1 摘 要 本次 我 设计的手推 旋 刀式割草机主要由 框型 连接 成 的行走轮、支架、和割草机构组成，行走轮的内圈 设计 有齿轮，割草机构由滚刀构成。滚刀的轴架 放置 于支架上，该轴的两端分别装有与行走轮的内圈齿轮相啮合形成行星轮系的小齿轮，滚刀刀片其刀刃为扭曲弧度形固定于刀架上，且在刀刃的前后设有切削角度，这样当割草 机工作时，刀刃与草形成一定 合适的 角度，有力的提高了刀片与草之间的切削力，从而 尽量的 减小了滚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，对草坪 的长远发展 更有 好处 。本次设计的手推割草机适于 家里 庭 院及私人花园等草地使用，不需 要 电力或柴油为动力，无 噪音 及 杂物 等污染，符合 现代 环保要求。人们在割草 工作中 ，既 可以 锻炼身体又 可以达到 修整草坪的目的。 关键词：割草机； 环保 ； 割草 nts _ 2 Abstract The design of hand push reel mower consists mainly of walking wheels, frame, handrail frame and cutting subassembly, walking wheels have the inner ring gears, cutting subassembly make up ofthe hob and fixed knife. The shaft of hob rests on the frame; at both ends of the shaft have the pinion gears that mesh with the inner ring gears. The fixed knife installs on the frame, the cutting edge of fixed knife is tangent to the ho s blade. Hob twisted blades fix on the tool carrier, and with the blade cutting angle on the front and rear. The bevel anglesof cutting edge can enhance the cutting forces when mow the lawn, and increase work efficiency. The mower designed for home and private garden and small lawn use, without electricity or diesel-powered, no air and noise pollution, accord with the requirements of environmental protection. People walk through the grass for not only physical exercise but also realization of the purpose of trimming the lawn. Keywords: reel mower； lawn； environmental protection nts _ 3 1 国内外旋刀式割草机的发展状况 1.1 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 等 。其中，应用最多的是旋 刀式割草机、滚刀式割草机和往复式割草机。 往复式割草机割茬低而整齐，草坪损失少，单位割幅的金属用量和功率消耗低，从而达到成本低的效果 。它的 工作 速度一般为 45km/h。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上部的叶片，它适于 3575mm 范围内割草。由于 其工作中 低廉，维修方便，使用灵活，只要将刀 磨得锋利 ，就 能 达到较为理想的割草效果。因 而 ， 市场上 的草坪 大 都使用旋刀式割草机作业， 从而 使旋刀式割草机称为国内外最流行的割草机。 按配套动力和作业方式分可以分为：手推式、手扶自行式、和拖拉机悬挂式割草机 。 按动力驱动方式主要分为人力驱动、 电力 驱动和 发动机 驱动三种形式。其中，以各种 发动机驱动的割草机最多，发动机多 使用 单缸汽油机。 动力驱动的割草机按牵引方式或悬挂方式可分为前置 的 、侧置 的 、后置 的 、中置的 割草机。 当今 ，也 存在着 旋刀式手推随行式割草机，大部分采用中置 式 悬挂，而滚刀手推随行式割草机 大多 采用 了 前置 的 挂接，大型割草机则 会 采用混合牵引方式。 1.2 割草机割草的基本要求及注意事项 1.2.1 基本要求 （ 1）割草高度可根据 实际 要求 来 调整，适应 的 高度调整范围 较大 ，当草坪要求修剪 比较 低能 够 达到要求。 （ 2）割草 平整 、 整齐 ，同一 个往返中 割草高度 要求 一致，两次作业行程衔接 较为平滑、 没有 接茬。 （ 3）对 不同的 地形适应能力 较为 强， 行走 能力强，随地形 不同变化 剪草高度 较为一致。 （ 4）割草机对草坪碾压 较为轻 、伤害 比较少 。 （ 5）草屑 等得 收集 要求 干净，被切割细碎性能好， 有利于 洒落在草坪下及时 的 腐烂。 （ 6）割草机 的整体 质量 较好 ，故障 较少 ，节省 有用 燃料、效率 较为 高。 （ 7） 方便 于操作、 灵活轻便 、维修方便，零部件 互换性 和 通用性较 好。 （ 8）正确 的 掌握修剪草坪时间 同时 制定科学的修剪 频率 和修剪 高度 。 1.2.2 注意事项 （ 1）不可以将 手 推式 割草机用于割攀藤植物、屋顶或阳台上的 杂草 ，那样 会有可能 伤害到 自己 身体。 （ 2）每次 在 使用之前都 必须仔细的 进行检查，确认螺栓、螺母、工具 等 都没有磨损或 破坏 ，对于磨 损 或 破 坏了的刀片应当 及时的进行 更换。 nts _ 4 （ 3）检查一下要割草草坪表面，要 及时 清除干净石头等坚硬的物体，这些物品碰到刀 片 时 有可能 会飞甩出去而 没办法 控制。 （ 4） 如果 旁边有人， 特别 是儿童和 妇女 的时候，不 应该 使用 这种 割草机。 （ 5）割草时一定要穿防滑底靴子。 （ 6）旋转的刀片 有 可能会造成伤害，刀片转筒和操作人员之间的安全距离 要 通过导杆 分 隔开的，一定要保 持这个安全距离。在斜坡上割草时尤其要注意 这点 ，一定要科学的 顺着斜坡的方向割 草 。 （ 7）当后退拉动割草机时要小心，有 可能会有 绊倒的危险。 （ 8）任何时候都不 能 将手或 者 脚放在运动 的 部件的上方或下方。 （ 9）如果刀具遇到障碍或 者 坚硬的物体时，一定要适当地 全面 检查割草机。 （ 10）只 能 在能见度 较 好，视野 比较 清晰的时候才 能 进行 正常 工作。 1.3 研究的内容和方法 根据 目前 我国割草机的发展现状和存在问题 和 人们草坪割草机的高要求，对现 在有 的割草机进行 不同程度地 改进。在旋刀式割草机基础上，通过对 它进行 做减噪处理和刀片的 强化 处 理，利用现代 科学 设计方法，设计出一款结构 比较 简单、操作 狠 方便、低噪音、高效率的旋刀式割草机。 在 设计旋刀式草坪割草机整体结构，主要由汽油发动机、 工作轴 、 传动 轴、割草机机架、行走轮、旋刀刀片组成。 汽油发动机 机 为其 提供动力， 通过 工作 轴和 传动 轴为旋刀装置提供动力 。 旋刀装置主要部件为刀片。 讨论分析 旋刀式割草机 的基础参数，参考 现 有旋刀式割草机 的 基本 参数，既要保证 工作 的 要求，又要 求 尽量 的 减小 噪音污染并提高刀片 使 用寿命 。根据选 用 的有关参数，由经验 的 公式计算 旋刀式割草机 所 要 的功率，根据该功率选择 合适 的汽油发动机型号 。 该课题的研究方法 有 ：理论 方面的 设计、绘制模拟 的 样机 并 实现 仿真模拟 。既要保证 割草机的使用 方面的 要求，又要 求 减小 噪音污染，并提 高 刀片的 有效 使用寿命 。 1.4 预期目标 （ 1）整机结构 比较 简单， 维护 很 方便， 质量 较 轻，尺寸 较 小，机动性 较 好。 （ 2） 汽油发动机为工作动力源，人作为行走动力， 造价低、可靠性高、使用简便，具有节省能源，降低污染的特点。 （ 3）适于 一般草坪维护，成本低廉 ，有利于 大规模推广应用。 2 整机总体设计方案 2.1设计原则 总体设计的一个旋转刀式割草机设计遵循的原则 (1)第一个满足农艺要求和适应情节 草坪区、良好的指导和操作的灵活性。 (2)吸收的设施农业机械在国内外新技术 ,采用新原理、新结构和新工艺 ,设计合理 ,使用可靠 ,优质、廉价、可广泛推广。 (3)高度的零部件的通用化和标准化。 (4)机器结构简单、成本低、操作简单、维修方便 ,轻质量 ,良好的流动性。 nts _ 5 2.2 旋刀式割草机的设计方案 图 2-1 旋刀式割草机 实物图 图 2-2 旋刀式割草机 简图 1.工业脚轮 2.工业脚轮架 3.下机架 4.上机架 5.发动机 6.推杆 7.工业走轮架 8.工业 走轮 9.工作轴 10.刀片 如图 2 - 2所示 ,旋转刀式割草机工业脚轮 ,在框架下 ,引擎框架 ,推杆 ,工作轴 ,工业轮子和刀片 ,等。汽油发动机功率 ,输出轴通过花键和配备刀片轴相连 ,驱动旋转刀工作 ,使其实现割草 ,发动机油门控制旋钮 ,旋转旋钮控制发动机转速和停止 ,从而实现控制工作速度 ,实现旋转刀的控制工作。 手推割草机的权力是来自行走轮驱动 ,推力驱动的人。指 “ 人机工程手册 ,人们步行速度约为 3 5公里 /小时 ,48 64米 /分钟 ,即考虑削减推割草机 ,选择人步行速度 48米 /分钟 ,0.8米 /秒。 综合以上因素 ,推杆 的大小机械设计支持 ,并根据不同性别和年龄将推杆可以调整高度和角度的设计。站在大小的工作操作 ,以及人体需要活动空间。 由人机工程手册查得，人体身高尺寸（成年男性）多在 170 cm 左右。因此，推杆距地面的高度取为 1000 毫米 ,且可在 8401300 毫米之间调节，符合人体作业适应度。 nts _ 6 设计原则 :工作场所的高度取决于力量 ,运营商的高度的操作对象的大小 ,以及视野。 精密加工 ,使用肘部的支持。 (设计大小男人 :105 115 mm 的女性 :100 100毫米 ) B:副固定在工作台高度 :113毫米 C:轻体力劳动 。 (男 :95 100毫米女人 :90 90毫米 ) D:辛勤工作。 (男 :80 95毫米女人 :75 75毫米 ) 这个设计属于 D 范围内的设计。 因为一只手推式割草机 ,力量来自人步行和推力。应考虑的因素、结构尺寸和行走轮直径不宜太大。旋转刀片速度需求 71 97米 /秒 ,速度范围可以选择旋转到一个合理水平的噪音 ,并能正常工作。 如果车轮直径太大 ,会使机器底盘 ,影响整个机器的协调 ,如果车轮直径太小 ,很难 ,不能满足设计要求 ,以满足人们的推力约为 200 N 可以推割草机。 初步选择 外轮 D = 80毫米直径 , 由理查德 人机工程手册 ,人体身高大小在 170厘米 (男性 )。因此 ,把离地面高度为 100厘米 ,100 100厘米之间 ,可以调整 ,符合人体健康。 能耗计算 割草的功耗割草机的设计功耗 ,电源提供的 ,不包括在计算。旋转刀剪草坪割草机上平地消耗功率的计算公式 , 式 机速度 (米 /秒 ); B -机械切削副 (m); 伐区的茎每平方米需要功率 ,通常需要 = 200 300。 所需的割草机权力。 选择 1.5马力的发动机。 通过上述分析的割草机的各种参数 : 割草机的总体宽度 :495毫米 ; 割草机切割长度 :400毫米 ; 割草高度 :25 50 mm; 旋转叶片宽度 :B = 58毫米 ; 螺旋刀厚度 :l = 3毫米 ; 底盘高度从地面 :h = 350毫米 ; 发动机转速 :n = 3600 r / min; 螺旋刀的速度 :n = 3600 r / min = 75.4米 /秒 ; 螺旋刀片速度 :v = 71 71米 /秒 ; 切削速度之间 71 97毫秒 ,适当 ; 人们继续推动 15 20公斤 ,F = 200 n; P =阵线 = 200 * 0.8 = 0.16; nts _ 7 设置草地类型 :原位。 本田 GX35汽油发动机 ,它的主要技术参数如表 2 - 1所示 : 3 旋刀式割草机 主要部件的设计与计算 3.1 割草机工作部分 设计 图 3-1 刀组结构图 表 2-1 本田 GX35 汽油机技术参数 项目 技术参数 汽油机型号 GX35 汽油机型式 单缸、四冲程 气缸直径（ mm） 39.0 活塞直径（ mm） 30.0 排量（ mL） 31 标定转速 (r/min) 3600 最大功率（ ps） 4 旋转方向 逆时针方向（面向输出轴） 化油器型式 膜片式 nts _ 8 点火 系统 晶体 化，无触点 火花塞编号 GMR5H(NGK) 起动方式 手拉反冲起动 外形尺寸 （长 宽 高）（ mm） 198234240 调速器型式 离心重锤式 燃油箱容量（ L） 1 净重（ kg） 3.4 如图 3 - 1 所示 :旋转刀螺纹圆柱销定位螺母固定在工作轴 ,通过花键轴与发动机输出轴 ,轴上的轴向定位打开 11 毫米深孔和两个螺纹圆柱销的位置。工作部件组成一组这样的机构 ,旋转刀可以随时改变。 图 3-1 旋刀 图 3-2 旋刀结构图 旋转叶片结构图如图 3 - 2所示 ,材料是 65 mn 钢等温淬火后的硬度 42 50,。 3.1.2传动轴的设计 材料是 40 MNB 合金结构钢、调质处理、硬度的 ,28日 内部花键轴端 ,结构如图 3 - 3所示。 nts _ 9 图 3-3 传动轴 图 （ 1）轴径的初步计算 根据轴的扭转强度条件 =TT WT 32.09550000dnP T ,式中： T 扭转相应切力， MPa ； T 轴所受的扭矩， mmN ； TW 轴的抗扭截面系数， 3mm ； n 轴的转速， min/r ； P 轴传递的功率， kW ； d 计算截面处轴的直径， mm 。 已知 110,400 = AM PaT。其中30 95500000 .2 TA ， 得3333 09550000P 9550000= 0 . 2 0 . 2 TTPPdAn n n， 对于空心轴，3 40 )1( n PAd，式中 为空心轴的内径与外径之比，通常取 =0.50.6。 已知 P =1.25， n=3600 r/min，轴的材料选用 40MnB， 110,400 = AM PaT。 将其代入式中，得 实心轴轴径 mmnPAd 73.7360025.1110 330 =； 空心轴轴径 mmnPAd 90.7)5.01(360025.1110)1( 3 43 40 =。 故输出轴的实心部分最小轴径要大于 7.73mm，空心部 分最小轴径要大于 7.90mm， （ 2） 轴的结构 设计 nts _ 10 图 3-4 传动结构轴 传动 轴的结构简图如上图 3-4， 一有内花键 ， 另一端直接与发动机的输出轴相连 ；通过花键连接将动力传导至工作轴。 3.1.3 工作轴 的设计 材料是合金结构钢 40MnB，调质处理，硬度为 28HRC， MPa980b =, MPa835 0.2 = ， MPa785 S = ,轴上一端为外花键，结构如下图 3-5。 图 3-5 工作轴 轴径的初步计算 同上，工作轴最小轴径要大于 7.90mm。 轴的结构 设计 图 3-6 工作轴 结构图 工作 轴的结构简图如上图 3-6， 一端有加工有外花键 ， 与传动轴相连，另一端连接旋刀，带动旋刀进行割草作业。 nts _ 11 3.1.4 传动机构 设计 传动轴和工作轴通过花键连接，以此调整旋刀离地的高度，实现对割草高度的调节。 图 3-7 传动机构 3.2 推杆 的设计 材料是低合金结构钢 Q345 做成的钢管，有推杆和推杆套两部分组成，可伸缩满足不同身高的人对割草机的操纵，结构如下 3-8。 图 3-8 推杆 结构图 3.3 机架的设计 3.3.1 万向轮的 设计 割草机的行走轮，采用工业脚轮和工业车轮的设计理念，充分考虑割草机低速行驶的特点，行走轮材料采用聚甲醛 POM，材料选择依据：聚甲醛耐磨性和刚性高于尼龙，尤其是弹性模量高、硬度高，这事其他塑料所不能比的；聚甲醛自润滑性能好，耐磨性好，摩擦因数为 0.150.35，极限值为 51 .2 6 1 0 P a m /s ；聚甲醛有较小的蠕变性和吸湿性，故其尺寸稳定性好；长期使用温度为 -40 100 ；用聚四氟乙烯填充的聚甲醛，可显著降低米擦因数，提高耐磨性极限值。因此聚甲醛聚甲醛常被用来制作相对强度有一定要求的一般结构零件，适用于在轻载荷、雾润滑或少润滑条件下工作的各种耐磨受力传动零件，以及制作间摩擦自润滑零件。 nts _ 12 走轮的大小尺寸应与割草机的整体形状和尺寸紧紧相连。根据机具整体设计方案并参考 GB/T 14688-1993 等相关国标数据，割草机的前轮采用万向轮，以方便割草机的转向，以实现机动灵活的割草作业，后轮采用脚轮形式。 万向轮的外径是 =160 mm ，其具体形 状参照机械设计手册中工业脚轮的形状和尺寸。结构采用万向轮支架装配，万向轮支架材料选用 HT200，并将支架焊接在割草机机架上。由公式得：外轮的转速 34 8 1 0 / 1 6 0 3 . 1 4 1 4 4 . 2 1 r / m i nn 万向轮结构如图 3-9。 图 3-9 万向轮 结构图 3.3.2 脚轮 的设计 轮子材料是聚甲醛 POM，支架材料为 HT200，由于万向轮和脚轮的支架结构尺寸不相同，为了是机架在平地上保持水平，取脚轮的外径为 170mm，其具体形状参照机械设计手册中工业车轮的形状和尺寸。结构采用脚轮 支架装配，同样焊接在割草机底部底部。结构如图 3-10。 nts _ 13 图 3-10 脚轮 结构图 3.3.3 机架 的设计 （ 1）机架材料是低合金结构钢 Q345 做成的结构用冷弯空心型钢，由下机架和上机架两部分组成，可通过调节销轴实现对机架高度的调节，从而实现对旋刀离地高度的调节，实现对割草高度的调节。结构如下 3-11。 图 3-11 机架 结构图 （ 2） 销 轴 的选择 销 主要分为用于固定零件之间相对位置的定位销，用于连接的连接销和用于安全装置中的过载剪断元件的安全销。本设计中上机架和下机架的铰接处用销轴连接。销轴材料选用 35 钢，调 质处理，硬度为 2838HRC，表面氧化。 根据具体的情况要求 以及方便操作的要求，选用销轴 306 （ GB/T 882-2000），开口销（ GB/T 91-2000）。考nts _ 14 虑到割草机工作时对销轴有一些冲击，故取许用剪切应力 MPap 60 =，许用压应力MPapp 60 = ，抗拉强度 MPabp 470 = 。 发动机的质量为 3.4kg,燃油箱容量为 1L，装满燃油时燃油质量为 0.725kg，上机架材料采用 16Mn。其质量为 1.6kg。故作用在每个销轴上的力为 NF 31.144 10)725.06.14.3( =+= 销轴工作面的挤压应力 MP aadFp 06.06202 31.142 =， 计算结果：ppp 的强度条件，安全。 销轴的剪切应力 M P adF 25.04614.3231.1442 22 =。 计算结果： P 的强度条件，安全。 销轴的弯曲应力 MP ab 80.461.04 )185.020(480 . 1 d4 0 . 5 b )F ( a 33 = += +。 计算结果：bpb 的强度条件，安全。 3.4.4 刀壳的设计 外壳材料选用 HT100，选用依据是 HT100 有一定的强度，抗压强度非常高，有良好的吸振性、减振性和润滑性，有良好的切削加工性与铸造性，可用于制造外罩、手把等形状简单、对强度无要求的零件。 图 3-12 外壳 结构图 外壳的外形上方下圆，外壳的顶部有四个孔，可使用螺钉将其固定在机架底部。起到安全防护和收集草屑的作用。在外壳的一端有延伸的排草口。因为旋刀结构设计上，在两端有刃口和翼片，当旋刀旋转割草作业时，翼片可将刀壳内的空气排出，这时刀壳内形成负压，当 草长的较高，割草机前进时，刀壳前部下缘会把草按倒；当草长得茂盛而发生倒伏时，刀壳外的空气刀壳内时，可对倒伏的草起到提升的作用。翼片旋转形成的气流可将刀刃切下的草屑悬浮到气流中，经排草口排除刀壳，就地洒落。从而避免出现草屑在刀壳内堵塞的现象。 nts _ 15 4 旋刀式割草机 传动系统设计与计算 本次设计的手推旋刀式割草机的传动部分采用花键连接的轴组成。当发动机工作使得输出轴转动时，通过花键连接的工作轴旋转，使得旋刀也一起转动，通过旋刀的高速旋转动作，将草坪上多余高度的草割断。 4.1 动力传递方 案 动力传动方案 如图 4-1 所示： 图 4-1 动力传动方案 4.2 传动比的计算 电动机的转速为 3600r/min，用 n 表示，旋耕刀的转速为 3600 r/min，用 n 表示，则割草机的传动比 1nni =。 4.3 传动系统 计算与 工作轴 设计 割草机的传动轴和输出轴之间用花键连接，花键连接有外花键和内花键组成，花键连接具有受力均匀、可承受较大载荷、对中 性好、导向性好等特点，花键连接的齿数尺寸、配合等均按标准选取。本设计采用定心精度越高，定心的稳定性好的矩形花键，矩形花键的定心方式为小径定心。 4.3.1 载荷计算 输入转矩 mNnPT = 08.83600/05.39549/9549 名义切向力 NdTFmt 06.6535.24/82000/2000 =单位载荷 mmNzlFW t /63.3)306/(653)/( = 4.3.2 齿面接触强度计算 齿面压应力 M P ahWWH 42.25.1/63.3/ =取 5.1,1.1,1.1,25.1,25.14321 = KKKKS H。 齿面许用压应力 M P aKKKKS HHp 44.294)5.11.11.125.125.1/(835)/( 43212.0 = 。 计算结果： H Hp的强度条件，安全。 4.3.3 齿根弯曲强度计算 齿根弯曲应力 ,取 25.1=FS , M P aShW FF 91.2025.1/63.35.16/6 22 = 。 齿根许用弯曲应力 M P aKKKKSFbFp 56.345)5.11.11.125.125.1/(980)/( 4321 =。 计算结果：FpF 的强度条件，安全。 4.3.4 齿根剪切强度计算 mmdh 75.23=。 应力集中系数 nts _ 16 23/104.0238.21.0138.61.094.3107.11hhDhhhdDiehietn 23/104.06.05.15.122338.26.05.11.0138.66.05.11.094.316.05.107.1175.2323 83.6= 剪切应力 M P ad Thtn 07.375.2314.3 08.81 6 0 0 01 6 0 0 0 33 = = 。 齿根最大剪切应力 M P atntnF 97.2083.607.3max = 。 许用剪切应力 M P aFpFp 28.1722/56.3452/ = 。 计算结果：FpF max的强度条件，安全。 4.3.5 齿面耐磨能力计算 齿面压应力 2 .4 2 M P aH 齿面磨损许用压应力1 1 1 0 M P aHp 。 计算结果：1 HpH 的强度 条件，安全。 花键副长期工作无磨损时耐磨损能力计算 齿面压应力 2 .4 2 M P aH 齿面磨损许用压应力（查表 5-3-38）2 0 . 0 3 2 2 0 7 6 . 6 4 M P aHp 。 计算结果：1 HpH 的强度条件，安全。 外花键的扭转与弯曲强度计算 弯矩 MPaMb 0=， 弯曲应力 3332000 3 2 0 0 0 0 0 M P a3 . 1 4 2 3 . 7 5bFn hMd 。 当量应力 M P atnFnv 32.507.3303 222 =+=+=。 许用压应力 0 . 2 1 2 3 4/ ( ) 8 3 5 / ( 1 . 2 5 1 . 2 5 1 . 1 1 . 1 1 . 5 ) 2 9 4 . 4 4 M P av p FS K K K K 计算结果：vpv 的强度条件，安全。 5 主要部件的强度分析 轴的校核 对工作轴进行 扭转刚度 校核 计算 对 工作 轴进行受力分析，其受力分析图如下：轴材 料选用 合金结构钢 40MnB。MPa980 b = , MPa835 0.2 = ， MPa785 S = 。 nts _ 17 图 5-1 工作轴的受力图 图 5-2 工作轴扭矩图 工 作 轴 所 受 扭 矩 mNrn kwPM = 92.23600 1.19549m in )/( )(9549，轴的扭转变形角用每米长 的扭转角 来表示，阶梯轴的扭转角的计算公式为 iipiiiI lTLG14 11073.5。 式中：iT 阶梯轴第 i 段上所受的扭矩， mmN 。 G 轴 的 材 料 的 剪 切 弹 性 模 量 ， MPa ，对于钢材，MPaG 4101.8 = 。 piI 阶梯轴第 i 段几面的极惯性矩， 4mm ，对于圆轴，324dIp= 。 il 阶梯轴第 i 段的长度， mm 。 z 阶梯轴受扭矩作用的轴段数。 工作轴的扭转角为 4 14 11073.5 ipiiiI lTLG。 3 3 3 344 4 4 441 2 . 9 2 1 0 9 0 2 . 9 2 1 0 1 1 2 . 9 2 1 0 1 4 2 . 9 2 1 0 3 05 . 7 3 1 0 ( ) 0 . 8 83 . 1 4 2 3 3 . 1 4 4 0 3 . 1 4 6 0 3 . 1 4 2 01 4 5 8 . 1 1 03 2 3 2 3 2 3 2 o轴的扭转刚度条 件为 ， 为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用场合有关。对于一般传动轴，可取 m/)(15.0 ；对于精密传动轴，可取 m/)(5.025.0 ；对于精度要求不高的轴， m/)(1 。在割草机工作轴的传动中，因为是一般传动，所以取 m/)(15.0 。 计算结果：满足强度条件，安全。 6 总结 （ 1）本文分析了目 前 草坪割草 机械 的现状及存在问题，研究 了普通草坪 的状况，为 旋刀式割草机 参数提供依据。 （ 2）针对当前国内 草坪面积不大却形状各异、要求割草灵活方便的问题， 结合 草坪修剪及方便实用和 农艺特点，吸收了 JUS-420 旋刀式剪草机 及其它 经典 机型的设计理念，提出 旋刀式割草机的改进设计的 设计思路。 nts _ 18 （ 3）在整机设计中，以 汽油发动机作为 动力，体积小、成本低、工作可靠、。采用 装配式 机架， 汽油发动机输出动力带动旋刀工作，发动机 固定在机架上方，使整机结构简单紧凑 又可根据不同工作环境以及工作要求调整机架 。 行走 轮与机架直接固定，通过操向杆实行转向 。其他零部件经过计算校核后，尽可能采用通用件或标准件，体现了经济、实用、 操作简易 、 维护简单、成本低廉 的设计原则。 nts _ 19 致 谢 对于这次毕业设计的完成 ， 首先感谢母校 江西农业 大学的辛勤培育，感谢学校给我提供了如此难得的学习环境和机会，使我学到了许多新的知识、知道知识的可贵与获取知识的辛勤。 在我的设计过程中，还得到了众多 学生 的支持和帮助，在此，我对这些同学表示我衷心的感谢和永远的祝福！ 对于这次的毕业设计，还有许多美好的设想由于时间和自身因素无法得以实现，这不能 不说是本次设计的遗憾之处。不过，至少它启发了我的的思维，提高了我的动手能力，丰富了我为人处世的经验，进一步巩固了所学知识，这为我在以后的学习过程当中奠定了坚实的基础 。也为以后在自己的工作岗位上发挥才能奠定了坚实的基础。 最后，再一次衷心的感谢赠与我知识、给予我帮助的所有老师，你们传递的知识使我受用一生，你们的恩情我会 永生难忘 ！虽然说谢谢二字不足以表达我的感情，但是仍然对你们说声 “ 谢谢 你们啊 ” ， “ 桃李不言，下子成溪 ” ！ nts _ 20 参 考 文 献 1赵大伟 ,石淑英 .浅析旋刀式草 坪割草机产品质量状况 J.林业劳动安全 ,2001(2):27-28. 2卢希诚 ,尚树堂 ,水敬琪 .旋刀式草坪割草机切割刀具的研究 .J.北京林业大学学报 .1988(3):37-43. 3卢希诚 ,尚树堂 ,.旋刀式草坪割草机旋刀装置的减噪措施 J.北京林业大学学报 .1993(1):33-38. 4周忠旺 .草坪割草机的设计与割草质量 J.林业机械与木工设备 .2002(10):22. 5马晓春 .割草机的设计与动态特性研究 D.黑龙江 :东北林业大学 ,2005. 6高敏 .坐骑式割草机改型设计 研究 D.南京 :南京理工大学 ,2006. 7金立刚 .自动割草机器人的研制 D.辽宁 :大连理工大学 ,2006. 8林元德 .JUS-420 旋刀式剪草机及使用维修 J.林业机械 ,1989(5):25. 9苗少君 ,董金宝 .旋刀式草坪和割草机刀片几种钢材的热处理工艺及性能试验 J.北京林业大学学报 ,1994(2):69-74. 10刘静 .我国剪草机市场的现状和发展趋势 J.,2001(6):8-9 11 我国微型旋刀式割草机技术现状与发展思路探讨 J.湖南农机 . 12吴宗泽 .机械设 计实用手册 M.化学工业出版社 . 13何月娥 ,杨孝文 .农机试验设计 M.机械工业出版社 ,1986. 14机械设计手册联合编写组 .机械设计手册（中册） M.化学工业出版社 ,1982:763. 15机械设计手册编委会 .机械设计手册（第 2 卷） M.机械工业出版社 ,2004.8:11-13. 16 机 械 设 计 手 册 编 委 会 . 机 械 设 计 手 册 （ 第 3 卷） M. 机 械 工 业 出 版社 ,2004.8:22-143.80. 17机械设计手册编委会 .机械设计手册（第 3 卷） M.机械工业出版 社 ,2004.8:22-157. nts JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本 科 毕 业 论 文（设 计） 题目 ： 旋刀式割草机设计 学 院： 工学院 姓 名： 钟水林 学 号： 20101134 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 机制 1004 指导教师： 林金龙 职 称： 教师 二 0 一四 年 五 月 nts 旋刀式割草机的设计 目 录 1 国内外旋刀式割草机的发展状况 . 3 1.1 割草机的分类 . 3 1.2 割草机割草的基本要求及注意事项 . 3 1.3 研究的内容和方法 . 4 1.4 预期目标 . 4 2 整机总体设计方案 . 4 2.1 设计原则 . 4 2.2 旋刀式割草机的设计方案 . 5 3 旋刀式割草机主要部件的设计与计算 . 7 3.1 割草机工作部分设计 . 8 3.2 推杆的设计 . 11 3.3 机架的设计 . 11 4 旋刀式割草机传动系统设计与计算 . 15 4.1 动力传递方案 . 15 4.2 传动比的计算 . 15 5 主要部件的强度分析 . 16 6 总结 . 17 致谢 . 19 参考文献 . 20 nts 摘 要 本次 我 设计的手推 旋 刀式割草机主要由 框型 连接 成 的行走轮、支架、和割草机构组成，行走轮的内圈 设计 有齿轮，割草机构由滚刀构成。滚刀的轴架 放置 于支架上，该轴的两端分别装有与行走轮的内圈齿轮相啮合形成行星轮系的小齿轮，滚刀刀片其刀刃为扭曲弧度形固定于刀架上，且在刀刃的前后设有切削角度，这样当割草 机工作 时，刀 刃与草形成一定 合适的 角度，有力的提高了刀片与草之间的切削力，从而 尽量的 减小了滚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，对草坪 的长远发展 更有 好处 。本次设计的手推割草机适于 家里 庭院及私人花园等草地使用，不需 要 电力或柴油为动力，无噪音 及 杂物 等污染，符合 现代 环保要求。人们在割草 工作中 ，既 可以 锻炼身体又可以达到 修整草坪的目的。 关键词：割草机； 环保 ； 割草 nts Abstract The design of hand push reel mower consists mainly of walking wheels, frame, handrail frame and cutting subassembly,walking wheels have the inner ring gears, cutting subassembly make up of the hob and fixed knife. The shaft of hob rests on the frame; at both ends of the shaft have the pinion gears that mesh with the inner ring gears. The fixed knife installs on the frame, the cutting edge of fixed knife is tangent to the ho s blade. Hob twisted blades fix on the tool carrier, and with the blade cutting angle on the front and rear. The bevel angles of cutting edge can enhance the cutting forces when mow the lawn, and increase work efficiency. The mower designed for home and private garden and small lawn use, without electricity or diesel-powered, no air and noise pollution, accord with the requirements of environmental protection. People walk through the grass for not only physical exercisebut also realization of the purpose of trimming the lawn.Keywords: reel mower； lawn； environmental protection nts 1 国内外旋刀式割草机的发展状况 1.1 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 等 。其中，应用最多的是旋刀式割草机、滚刀式割草机和往复式割草机。 往复式割草机割茬低而整齐，草坪损失少，单位割幅的金属用量和功率消耗低， 从而达到成本低的效果 。它的 工作 速度一般为 45km/h。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上部的叶片，它适于 3575mm 范围内割草。由于 其工作中 低廉，维修方便，使用灵活， 只要将刀 磨得锋利 ，就 能 达到较为理想的割草效果。因 而 ， 市场上 的草坪 大 都使用旋刀式割草机作业， 从而使旋刀式割草机称为国内外最流行的割草机。 按配套动力和作业方式分可以分为：手推式、手扶自行式、和拖拉机悬挂式割草机。 按动力驱动方式主要分为人力驱动、 电力 驱动和 发动机 驱动三种形式。其中，以 各种 发动机驱动的割草机最多，发动机多 使用 单缸汽油机。 动力驱动的割草机按牵引方式或悬挂方式可分为前置 的 、侧置 的 、后置 的 、中置 的 割草机。 当今 ，也 存在着 旋刀式手推随行式割草机，大部分采用中置 式 悬挂，而滚刀手推随行式割草机 大多 采用 了 前 置 的 挂接，大型割草机则 会 采用混合牵引方式。 1.2 割草机割草的基本要求及注意事项 1.2.1 基本要求 （ 1）割草高度可根据 实际 要求 来 调整，适应 的 高度调整范围 较大 ，当草坪要求修剪 比较 低能 够 达到要求。 （ 2）割草 平整 、 整齐 ，同一 个往返中 割草高度 要求 一致，两次作业行程衔接 较为 平滑、 没有 接茬。 （ 3）对 不同的 地形适应能力 较为 强， 行走 能力强，随地形 不同变化 剪草高度 较为 一致。 nts（ 4）割草机对草坪碾压 较为轻 、伤害 比较少 。 （ 5）草屑 等得 收集 要求 干净，被切割细碎性能好， 有利于 洒落在草坪下及时 的 腐烂。 （ 6）割草机 的整体 质量 较好 ，故障 较少 ，节省 有用 燃料、效率 较为 高。 （ 7） 方便 于操作、 灵活轻便 、维修方便，零部件 互换性 和 通用性较 好。 （ 8）正确 的 掌握修剪草坪时间 同时 制定科学的修剪 频率 和修剪 高度 。 1.2.2 注意事项 （ 1）不可以将手 推式 割草机用于割攀藤植物、屋顶或阳台上的 杂草 ，那样会有可能 伤害到 自己 身体。 （ 2）每次 在 使用之前都 必须仔细的 进行检查，确认螺栓、螺母、工具 等 都没有磨损或 破坏 ，对于磨 损 或 破 坏了的刀片应当 及时的进行 更换。 （ 3）检查一下要割草草坪表面，要 及时 清除干净石头等坚硬的物体，这些物品碰到刀 片 时 有可能 会飞甩出去而 没 办法 控制。 （ 4） 如果 旁边有人， 特别 是儿童和 妇女 的时候，不 应该 使用 这种 割草机。 （ 5）割草时一定要穿防滑底靴子。 （ 6）旋转的刀片 有 可能会造成伤害，刀片转筒和操作人员之间的安全距离要 通过导杆 分 隔开的，一定要保持这个安全距离。在斜坡上割草时尤其要注意 这点 ，一定要 科学的 顺着斜坡的方向割 草 。 （ 7）当后退拉动割草机时要小心，有 可能会有 绊倒的危险。 （ 8）任何时候都不 能 将手或 者 脚放在运动 的 部件的上方或下方。 （ 9）如果刀具遇到障碍或 者 坚硬的物体时，一定要适当地 全面 检查割草机。 （ 10）只 能 在能见度 较 好，视野 比较 清晰 的时候才 能 进行 正常 工作。 1.3 研究的内容和方法 根据 目前 我国割草机的发展现状和存在问题 和 人们草坪割草机的高要求，对现 在有 的割草机进行 不同程度地 改进。在旋刀式割草机基础上，通过对 它进行 做减噪处理和刀片的 强化 处理，利用现代 科学 设计方法，设计出一款结构 比较 简单、操作 狠 方便、低噪音、高效率的旋刀式割草机。 在 设计旋刀式草坪割草机整体结构，主要由汽油发动机、 工作轴 、 传动 轴、割草机机架、行走轮、旋刀刀片组成。 汽油发动机 机 为其 提供动力， 通过 工作 轴和 传动 轴为旋刀装置提供动力 。 旋刀装置主要部件为刀片。 讨论分析 旋刀式割草 机 的基础参数，参考 现 有旋刀式割草机 的 基本 参数，既要保证 工作 的 要求，又要 求 尽量 的 减小 噪音污染并提高刀片 使 用寿命 。根据选 用的有关参数，由经验 的 公式计算 旋刀式割草机 所 要 的功率，根据该功率选择 合适的汽油发动机型号 。 该课题的研究方法 有 ：理论 方面的 设计、绘制模拟 的 样机 并 实现 仿真模拟 。既要保证 割草机的使用 方面的 要求，又要 求 减小 噪音污染，并提 高 刀片的 有效 使用寿命 。 1.4 预期目标 （ 1）整机结构 比较 简单， 维护 很 方便， 质量 较 轻，尺寸 较 小，机动性 较 好。 （ 2） 汽油发动机为工作动力源，人作为行走动力， 造价低、可靠性高、使用简便 ， 具有节省能源，降低污染的特点。 （ 3）适于 一般草坪维护，成本低廉 ，有利于 大规模推广应用。 nts2 整机总体设计方案 2.1设计原则 总体设计的一个旋转刀式割草机设计遵循的原则 (1)第一个满足农艺要求和适应情节草坪区、良好的指导和操作的灵活性。 (2)吸收的设施农业机械在国内外新技术 ,采用新原理、新结构和新工艺 ,设计合理 ,使用可靠 ,优质、廉价、可广泛推广。 (3)高度的零部件的通用化和标准化。 (4)机器结构简单、成本低、操作简单、维修方便 ,轻质量 ,良好的流动性。 2.2 旋刀式割草机的设计方案 图 2-1 旋刀式割草机 实物图 图 2-2 旋刀式割草机 简图 1.工业脚轮 2.工业脚轮架 3.下机架 4.上机架 5.发动机 6.推杆 7.工业走轮架 8.工业走轮 9.工作轴 10.刀片 如图 2 - 2所示 ,旋转刀式割草机工业脚轮 ,在框架下 ,引擎框架 ,推杆 ,工作轴 ,工业轮子和刀片 ,等。汽油发动机功率 ,输出轴通过花键和配备刀片轴相连 ,驱动旋转刀工作 ,使其实现割草 ,发动机油门控制旋钮 ,旋转旋钮控制发动机转速和停止 ,从而nts实现控制工作速度 ,实现旋转刀的控制工作。 手推 割草机的权力是来自行走轮驱动 ,推力驱动的人。指 “ 人机工程手册 ,人们步行速度约为 3 5公里 /小时 ,48 64米 /分钟 ,即考虑削减推割草机 ,选择人步行速度 48米 /分钟 ,0.8米 /秒。 综合以上因素 ,推杆的大小机械设计支持 ,并根据不同性别和年龄将推杆可以调整高度和角度的设计。站在大小的工作操作 ,以及人体需要活动空间。 由人机工程手册查得，人体身高尺寸（成年男性）多在 170 cm 左右。因此，推杆距地面的高度取为 1000 毫米 ,且可在 8401300 毫米之间调节，符合人体作业适应度。 设计原则 :工作场所的 高度取决于力量 ,运营商的高度的操作对象的大小 ,以及视野。 精密加工 ,使用肘部的支持。 (设计大小男人 :105 115 mm 的女性 :100 100毫米 ) B:副固定在工作台高度 :113毫米 C:轻体力劳动。 (男 :95 100毫米女人 :90 90毫米 ) D:辛勤工作。 (男 :80 95毫米女人 :75 75毫米 ) 这个设计属于 D 范围内的设计。 因为一只手推式割草机 ,力量来自人步行和推力。应考虑的因素、结构尺寸和行走轮直径不宜太大。旋转刀片速度需求 71 97米 /秒 ,速度范围可以选择旋转到一个 合理水平的噪音 ,并能正常工作。 如果车轮直径太大 ,会使机器底盘 ,影响整个机器的协调 ,如果车轮直径太小 ,很难 ,不能满足设计要求 ,以满足人们的推力约为 200 N 可以推割草机。 初步选择 外轮 D = 80毫米直径 , 由理查德 人机工程手册 ,人体身高大小在 170厘米 (男性 )。因此 ,把离地面高度为100厘米 ,100 100厘米之间 ,可以调整 ,符合人体健康。 能耗计算 割草的功耗割草机的设计功耗 ,电源提供的 ,不包括在计算。旋转刀剪草坪割草机上平地消耗功率的计算公式 , 式 机速度 (米 /秒 ); B -机械切削副 (m); 伐区的茎每平方米需要功率 ,通常需要 = 200 300。 所需的割草机权力。 选择 1.5马力的发动机。 通过上述分析的割草机的各种参数 : 割草机的总体宽度 :495毫米 ; 割草机切割长度 :400毫米 ; 割草高度 :25 50 mm; nts旋转叶片宽度 :B = 58毫米 ; 螺旋刀厚度 :l = 3毫米 ; 底盘高度从地面 :h = 350毫米 ; 发动机转速 :n = 3600 r / min; 螺旋刀的速度 :n = 3600 r / min = 75.4米 /秒 ; 螺旋刀片速度 :v = 71 71米 /秒 ; 切削 速度之间 71 97毫秒 ,适当 ; 人们继续推动 15 20公斤 ,F = 200 n; P =阵线 = 200 * 0.8 = 0.16; 设置草地类型 :原位。 本田 GX35汽油发动机 ,它的主要技术参数如表 2 - 1所示 : 3 旋刀式割草机 主要部件的设计与计算 3.1 割草机工作部分 设计 图 3-1 刀组结构图 表 2-1 本田 GX35 汽油机技术参数 项目 技术参数 汽油机型号 GX35 nts汽油机型式 单缸、四冲程 气缸直径（ mm） 39.0 活塞直径（ mm） 30.0 排量（ mL） 31 标定转速 (r/min) 3600 最大功率（ ps） 4 旋转方向 逆时针方向（面向输出轴） 化油器型式 膜片式 点火 系统 晶体 化，无触点 火花塞编号 GMR5H(NGK) 起动方式 手拉反冲起动 外形尺寸（长 宽 高）（ mm） 198234240 调速器型式 离心重锤式 燃油箱容量（ L） 1 净重（ kg） 3.4 如图 3 - 1 所示 :旋转刀螺纹圆柱销定位螺母固定在工作轴 ,通过花键轴与发动机输出轴 ,轴上的轴向定位打开 11 毫米深孔和两个螺纹圆柱销的位置。工作部件组成一组这样的机构 ,旋转刀可以随时 改变。 图 3-1 旋刀 nts 图 3-2 旋刀结构图 旋转叶片结构图如图 3 - 2所示 ,材料是 65 mn 钢等温淬火后的硬度 42 50,。 3.1.2传动轴的设计 材料是 40 MNB 合金结构钢、调质处理、硬度的 ,28日 内部花键轴端 ,结构如图 3 - 3所示。 图 3-3 传动轴 图 （ 1）轴径的初步计算 根据轴的扭转强度条件 =TT WT 32.09550000dnP T ,式中： T 扭转相应切力， MPa ； T 轴所受的扭矩， mmN ； TW 轴的抗扭截面系数， 3mm ； n 轴的转速， min/r ； P 轴传递的功率， kW ； d 计算截面处轴的直径， mm 。 已知 110,400 = AM PaT。其中30 95500000 .2 TA ， nts得3333 09550000P 9550000= 0 . 2 0 . 2 TTPPdAn n n， 对于空心轴，3 40 )1( n PAd，式中 为空心轴的内径与外径之比，通常取 =0.50.6。 已知 P =1.25， n=3600 r/min，轴的材料选用 40MnB， 110,400 = AM PaT。 将其代入式中，得 实心轴轴径 mmnPAd 73.7360025.1110 330 =； 空心轴轴径 mmnPAd 90.7)5.01(360025.1110)1( 3 43 40 =。 故输出轴的实心部分最小轴径要大于 7.73mm，空心部分最小轴径要大于7.90mm， （ 2） 轴的结构 设计 图 3-4 传动结构轴 传动 轴的结构简图如上图 3-4， 一有内花键 ， 另一端直接与发动机的输出轴相连 ； 通过花键连接将动力传导至工作轴。 3.1.3 工作轴 的设计 材料是合金结构钢 40MnB，调质处理，硬度为 28HRC， MPa980b =, MPa835 0.2 = ， MPa785 S = ,轴上一端为外花键，结构如下图 3-5。 nts 图 3-5 工作轴 轴径的初步计算 同上，工作轴最小轴径要大于 7.90mm。 轴的结构 设计 图 3-6 工作轴 结构图 工作 轴的结构简图如上图 3-6， 一端有加工有外花键 ， 与传动轴相连，另一端连接旋刀，带动旋刀进行割草作业。 3.1.4 传动机构 设计 传动轴和工作轴通过花键连接，以此调整旋刀离地的高度，实现对割草高度的调节。 图 3-7 传动机构 nts3.2 推杆 的设计 材料是低合金结构钢 Q345 做成的钢管，有推杆和推杆套两部分组成，可伸缩满足不同身高的人对割草机的操纵，结构如下 3-8。 图 3-8 推杆 结构图 3.3 机架的设计 3.3.1 万向轮的 设计 割草机的行走轮，采用工业脚轮和工业车轮的设计理念，充分考虑割草机低速行驶的特点，行走轮材料采用聚甲醛 POM，材料选择依据：聚甲醛耐磨性和刚性高于尼龙，尤其是弹性模量高、硬度高，这事其他塑料所不 能比的；聚甲醛自润滑性能好，耐磨性好，摩擦因数为 0.150.35，极限值为 51 .2 6 1 0 P a m /s ；聚甲醛有较小的蠕变性和吸湿性，故其尺寸稳定性好；长期使用温度为 -40 100 ；用聚四氟乙烯填充的聚甲醛，可显著降低米擦因数，提高耐磨性极限值。因此聚甲醛聚甲醛常被用来制作相对强度有一定要求的一般结构零件，适用于在轻载荷、雾润滑或少润滑条件下工作的各种耐磨受力传动零件，以及制作间摩擦自润滑零件。 走轮的大小尺寸应与割草机的整体形状和尺寸紧紧相连。根据机具整体设计方案并参考 GB/T 14688-1993 等相关国标数据，割草机的前轮采用万向轮，以方便割草机的转向，以实现机动灵活的割草作业，后轮采用脚轮形式。 万向轮的外径是 =160 mm ，其具体形状参照机械设计手册中工业脚轮的形状和尺寸。结构采用万向轮支架装配，万向轮支架材料选用 HT200，并将支架焊接在割草机机架上。由公式得：外轮的转速34 8 1 0 / 1 6 0 3 . 1 4 1 4 4 . 2 1 r / m i nn 万向轮结构如图 3-9。 nts 图 3-9 万向轮 结构图 3.3.2 脚轮 的设 计 轮子材料是聚甲醛 POM，支架材料为 HT200，由于万向轮和脚轮的支架结构尺寸不相同，为了是机架在平地上保持水平，取脚轮的外径为 170mm，其具体形状参照机械设计手册中工业车轮的形状和尺寸。结构采用脚轮支架装配，同样焊接在割草机底部底部。结构如图 3-10。 图 3-10 脚轮 结构图 nts3.3.3 机架 的设计 （ 1）机架材料是低合金结构钢 Q345 做成的结构用冷弯空心型钢，由下机架和上机架两部分组成，可通过调节销轴实现对机架高度的调节，从而实现对旋刀离地高度的调节，实现对割草高度的调节。结构如下 3-11。 图 3-11 机架 结构图 （ 2） 销 轴 的选择 销 主要分为用于固定零件之间相对位置的定位销，用于连接的连接销和用于安全装置中的过载剪断元件的安全销。本设计中上机架和下机架的铰接处用销轴连接。销轴材料选用 35 钢，调质处理，硬度为 2838HRC，表面氧化。 根据具体的情况要求 以及方便操作的要求，选用销轴 306 （ GB/T 882-2000），开口销（ GB/T 91-2000）。考虑到割草机工作时对销轴有一些冲击，故取许用剪切应力MPap 60 = ，许用压应力 MPapp 60 = ，抗拉强度 MPabp 470 = 。 发动机的质量为 3.4kg,燃油箱容量为 1L，装满燃油时燃油质量为 0.725kg，上机架材料采用 16Mn。其质量为 1.6kg。故作用在每个销轴上的力为 NF 31.144 10)725.06.14.3( =+= 销轴工作面 的挤压应力 MP aadFp 06.06202 31.142 =， 计算结果：ppp 的强度条件，安全。 销轴的剪切应力 M P adF 25.04614.3231.1442 22 =。 计算结果： P 的强度条件，安全。 销轴的弯曲应力 MP ab 80.461.04 )185.020(480 . 1 d4 0 . 5 b )F ( a 33 = += +。 计算结果：bpb 的强度条件，安全。 nts3.4.4 刀壳的设计 外壳材料选用 HT100，选用依据是 HT100 有一定的强度，抗压强度非常高，有良好的吸振性、减振性和润滑性，有良好的切削加工性与铸造性，可用于制造外罩、手把等形状简单、对强度无要求的零件。 图 3-12 外壳 结构图 外壳的外形上方下圆，外壳的顶部 有四个孔，可使用螺钉将其固定在机架底部。起到安全防护和收集草屑的作用。在外壳的一端有延伸的排草口。因为旋刀结构设计上，在两端有刃口和翼片，当旋刀旋转割草作业时，翼片可将刀壳内的空气排出，这时刀壳内形成负压，当草长的较高，割草机前进时，刀壳前部下缘会把草按倒；当草长得茂盛而发生倒伏时，刀壳外的空气刀壳内时，可对倒伏的草起到提升的作用。翼片旋转形成的气流可将刀刃切下的草屑悬浮到气流中，经排草口排除刀壳，就地洒落。从而避免出现草屑在刀壳内堵塞的现象。 4 旋刀式割草机 传 动系统设计与计算 本次设计的手推旋刀式割草机的传动部分采用花键连接的轴组成。当发动机工作使得输出轴转动时，通过花键连接的工作轴旋转，使得旋刀也一起转动，通过旋刀的高速旋转动作，将草坪上多余高度的草割断。 4.1 动力传递方 案 动力传动方案 如图 4-1 所示： 图 4-1 动力传动方案 4.2 传动比的计算 电动机的转速为 3600r/min，用 n 表示，旋耕刀的转速为 3600 r/min，用 n 表示， 则割草机的传动比 1nni =。 nts4.3 传动系统 计算与 工作轴 设计 割草机的传动轴和输出轴之间用花键连接，花键连接有外花键和内花键组成，花键连接具有受力均匀、可承受较大载荷、对中性好、导向性好等特点，花键连接的齿数尺寸、配合等均按标准选取。本设计采用定心精度越高，定心的稳定性好的矩形花键，矩形花键的定心方式为小径定心。 4.3.1 载荷计算 输入转矩 mNnPT = 08.83600/05.39549/9549 名义切向力 NdTFmt 06.6535.24/82000/2000 =单位载荷 mmNzlFW t /63.3)306/(653)/( = 4.3.2 齿面接触强度计算 齿面压应力 M P ahWWH 42.25.1/63.3/ =取 5.1,1.1,1.1,25.1,25.14321 = KKKKS H。 齿面许用压应力 M P aKKKKS HHp 44.294)5.11.11.125.125.1/(835)/( 43212.0 = 。 计算结果： H Hp的强度条件，安全。 4.3.3 齿根弯曲强度计算 齿根弯曲应力 ,取 25.1=FS , M P aShW FF 91.2025.1/63.35.16/6 22 = 。 齿根许用弯曲应力 M P aKKKKSFbFp 56.345)5.11.11.125.125.1/(980)/( 4321 =。 计算结果：FpF 的强度条件，安全。 4.3.4 齿根剪切强度计算 mmdh 75.23=。 应力集中系数 23/104.0238.21.0138.61.094.3107.11hhDhhhdDiehietn nts 23/104.06.05.15.122338.26.05.11.0138.66.05.11.094.316.05.107.1175.232383.6= 剪切应力 M P ad Thtn 07.375.2314.3 08.81 6 0 0 01 6 0 0 0 33 = = 。 齿根最大剪切应力 M P atntnF 97.2083.607.3max = 。 许用剪切应力 M P aFpFp 28.1722/56.3452/ = 。 计算结果：FpF max的强度条件，安全。 4.3.5 齿面耐磨能力计算 齿面压应力 2 .4 2 M P a
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