旋刀式割草机的设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321_ 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31.1割草机的分类31.2割草机割草的基本要求及注意事项31.3研究的内容和方法41.4预期目标42 整机总体设计方案42.1 设计原则42.2 旋刀式割草机的设计方案53 旋刀式割草机主要部件的设计与计算73.1割草机工作部分设计83.2推杆的设计113.3机架的设计114 旋刀式割草机传动系统设计与计算154.1动力传递方案154.2传动比的计算155主要部件的强度分析166总结17致谢19参考文献20 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 Abstract Thedesignofhandpushreelmowerconsistsmainlyofwalkingwheels,frame,handrailframeandcuttingsubassembly,walkingwheelshavetheinnerringgears,cuttingsubassemblymakeupofthehobandfixedknife.Theshaftofhobrestsontheframe;atbothendsoftheshafthavethepiniongearsthatmeshwiththeinnerringgears.Thefixedknifeinstallsontheframe,thecuttingedgeoffixedknife is tangenttotheho sblade.Hobtwistedbladesfixonthetoolcarrier,andwiththebladecuttingangleonthefrontandrear.Thebevelanglesofcuttingedgecanenhancethecuttingforceswhenmowthelawn,andincreaseworkefficiency.Themowerdesignedforhomeandprivategardenandsmalllawnuse,withoutelectricityordiesel-powered,noairandnoisepollution,accordwiththerequirementsofenvironmentalprotection.Peoplewalkthroughthegrassfornotonlyphysicalexercisebutalsorealizationofthepurposeoftrimmingthelawn.Keywords:reelmower；lawn；environmentalprotection 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。（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。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。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;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。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 ,式中：扭转相应切力，；轴所受的扭矩，；轴的抗扭截面系数，；轴的转速，；轴传递的功率，；计算截面处轴的直径，。已知。其中，得，对于空心轴，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， 。将其代入式中，得实心轴轴径；空心轴轴径。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，,，,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。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；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-40100；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，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。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（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，许用压应力，抗拉强度。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销轴工作面的挤压应力 ，计算结果：的强度条件，安全。销轴的剪切应力 。计算结果：的强度条件，安全。销轴的弯曲应力 。计算结果：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。 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，用表示，则割草机的传动比。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 名义切向力 单位载荷 4.3.2齿面接触强度计算齿面压应力 取。齿面许用压应力 。计算结果：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,。齿根许用弯曲应力 。计算结果：的强度条件，安全。4.3.4齿根剪切强度计算 。 应力集中系数 剪切应力 。齿根最大剪切应力 。许用剪切应力 。计算结果：的强度条件，安全。4.3.5齿面耐磨能力计算齿面压应力 齿面磨损许用压应力。计算结果：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 齿面磨损许用压应力（查表5-3-38）。计算结果：的强度条件，安全。外花键的扭转与弯曲强度计算弯矩，弯曲应力 。当量应力 。许用压应力 计算结果：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。,，。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 ，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。式中：阶梯轴第i段上所受的扭矩，。 轴的材料的剪切弹性模量，对于钢材，。 阶梯轴第i段几面的极惯性矩，对于圆轴，。 阶梯轴第i段的长度，。 阶梯轴受扭矩作用的轴段数。工作轴的扭转角为。 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；对于精密传动轴，可取；对于精度要求不高的轴，。在割草机工作轴的传动中，因为是一般传动，所以取。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。（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。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