电动茶园修剪机的设计【三维CATIA】【19张CAD图纸、文档所见所得】
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本科毕业设计任务书机电工程系 填写时间：2015年1月1日课题名称电动茶园修剪机的设计学生姓名专业、学号毕业设计基本要求、重点需要研究的问题要求：完成电动茶园修剪机的设计，该修剪机工作原理可行、同时具有轻便、安全、易携带等特点，完成1份15000左右设计说明书及2张A0的设计图纸。主要内容：完成电动茶园修剪机设计，包含电源的选择、传动系统的设计、主要工作部件的设计。 需要解决的关键问题：考虑修剪机轻便、安全等特点。计划进度安排（1）查找、了解相关资料，并完成开题报告。3.0周（2）查找资料并确定设计的方案及论文大纲。2.0周（3）完成总体设计及零部件的设计及零配件选型及图纸的绘制。6 周（4）整理平时收集的资料并完善设计说明书。3.0周（5）答辩及其准备。1.0周应收集的资料及主要参考文献茶园修剪的农业要求蓄电池、电机的选用常见机械机构的选择机械传动相关资料机械设计手册指导教师（签名）： 职称：副教授 系（教研室）主任（签名）：分管院长（签章）：本科毕业设计开题报告设计题目： 电动茶园修剪机的设计 专业年级： 11级机械设计制造及其自动化 学 号： 116712147 姓 名： 指导教师、职称： 2015年 1 月 23 日一、本设计课题的目的意义，主要及拟解决的关键性问题（附参考文献）茶起源于中国，栽培历史已有三千多年， 是人类三大饮品之一，消费量超过咖啡和可可。饮茶有益于人的身体健康，其主要作用是：兴奋解倦，利尿明目，解毒止渴，消食去腻，益思少睡，增加营养，抵抗衰老，降压减肥，强化血管，抑癌。宋代大诗人苏东坡深有体会“人不可一日无茶”，著名营养学家于若木称“茶是大自然给予人类的最好的饮料”，日本人则称茶为“原子时代的饮料”。茶树修剪机是茶园管理专用作业机械，用于茶树的轻修剪、定型修剪、深修剪、重修剪等作业场合。以往，茶树修剪多是用修枝剪刀进行手工修剪，费时费力，作业质量较差。对于机械化茶园来说，要保证树冠整齐，形成理想的茶树采摘面，实现机械化采茶，就必须采用机械化修剪作业。由于我国茶叶历史悠久，种植地域广泛，迫切需要机械修剪器具来代替手工修剪，机械修剪是解决劳动力不足和降低生产成本的根本途径。电动茶园修剪机的设计即针对茶树修剪面临的问题及现有修建设备的不足等研究出的一种新型的修建机械设备，并对整机各结构部件进行协调，对修剪机所用的刀片材料、结构进行分析，研制配套的传动系统，相应的带轮，电源的选择及其他部件的设计，并进行计算和装配图的绘制。拟解决的关键问题：考虑修剪机轻便、安全等特点。参考文献：1西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械设计第八版.高等教育出版社.2002：395-773.2吴宗泽，罗圣国.机械设计手册M.北京：机械工业出版社.2006.3南京林产工业学院.木材切削原理与刀具M.北京：中国林业出版社.1993：177-181.二、本设计课题的主要设计、预期设计结果主要设计内容：完成电动茶园修剪机设计，包含电源的选择、传动系统的设计、主要工作部件的设计。预期设计结果：代替手工修剪，使茶树修剪简洁方便，提高工作效率。三、设计方法和步骤1、查阅并收集资料，确定电动茶园修剪机设计的总体方案；2、确定电动机及电源系统的选择；3、确定传动系统及其他主要部件的设计；4、利用CAD绘制出总装配图以及零部件图；5、编写设计说明书。四、设计工作的总体安排及进度2015年1月23日：查找、了解相关资料，并完成开题报告；2015年3月20日：确定本设计的总体方案及论文大纲；2015年4月25日：完成总体设计及零部件的设计或选型及图纸的绘制；2015年5月1日：整理平时收集的资料并完善设计说明书；2015年5月16日：提交毕业设计说明书及相关图纸，准备论文答辩。五、指导教师审查意见：签字： 年月日六、系(教研室)审查意见： 签字： 年月日七、学院审查意见： 分管院长签章： 年月日说明书 设计题目： 电动茶园修剪机的设计 专业年级：机械设计制造及其自动化2011级 学 号： 116712147 姓名： 指导教师、职称： 2015 年 5 月 27 日目录摘要IAbstractII1绪论- 1 -1.1 茶园修剪机的发展- 1 -1.1.1国内外电展概况- 1 -2系统的设计方案- 3 -2.1总体结构- 4 -2.1.1主要技术参数- 5 -3动力选取- 6 -4.传动部分的设计- 7 -4.1齿轮设计- 7 -4.1.1试求小齿轮分度圆直径- 7 -4.1.2计算载荷系数- 7 -4.1.3按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径- 7 -4.1.4按齿根弯曲强度设计- 8 -4.2轴的设计与强度校核计算- 9 -4.2.1求作用在齿轮上的力- 10 -4.2.2按扭转强度条件效核- 11 -4.2.3选择轴承- 12 -4.2.4初步计算当量动载荷- 12 -4.2.5求基本额定动载荷- 12 -4.2.6滚动轴承的验算- 12 -5 背架的设计及其他部件的选择- 14 -6 结论- 15 -参考文献- 16 -致 谢- 17 - 摘要茶园修剪机是一种小型茶园修剪器械。每年，茶园必须进行修剪，这对维 护茶园旺盛的生长，加强树冠新梢的密度，有着良好的作用，并能达到培育有要求的树冠面。因此，修剪是茶园生长的主要技术措施之一。现有茶园修剪机存在着手持部分重量过重，劳动强度大的缺点。本文设计了一种便携式双刃面往复式茶园修剪机，采用电机为动力，通过减速装置传递到工作部分，与执行机构连接。减速器采用直齿圆柱齿轮，减速器将动力传到曲柄滑块机构，由曲柄 滑块机构带动切割刀片做往复运动，切割刀片根据实地调研设计成与现种植茶园植物的宽幅相应的宽度，采用单动、双面刃刀片。本文所设计的往复式茶园修剪机能在很大程度上降低劳动者的作业难度。本文所设计的手提往复式茶园修剪机具有以下特点：1、机体自带电机,外接电源，适应性强，操作安全。2、减轻了工人操作时劳动的强度。3、作业质量较好，性能稳定。4、一机多用，既可用作茶园修剪整形，又可作为茶树修剪。5、适应范围广关键词：茶园修剪机；电动；方便；环保 AbstractHedge trimmer is a small garden pruning machinery each year, the hedge must be trimmred, which maintains. Hedge exuberant growth, enhance the density of the canopy shoots, have a good effect, and can meet the requirements of the canopy surface nurturing. Therefore, Hedge trimmer is the growth of the main technical measures. There is an existing hedge trimmers hand some of the weight is too heavy, labor-intensive shortcomings. This paper presents a double-hedgde surface portable reciprocating hedge trimmers, power section using portable structure, using a small internal combusion engine, the power transmitted through the shaft to the working parts are connected with reducer. Using spur gear reducer, reducer will power to the slider-crank mechanism, slider-crank mechanism driven by a reciprocating cutting blade, cutting blade is desgned based on field research with the existing hedgerow planting width corresponding to the width of the plant, single action, double-hedged blade. This article is designed reciprocating hedge trimmer function largely reduce worksneat crown job. This design of this portable reciprocating hedge trimmers have the following characteristics.1:The body comes generators, power without an external power supply, adaptable, safe operation.2:Reducing the labor intensity of workers when operating.3:The job quality is better and stable performance.4:A multi-purpose machine, both as a hedge trimmer shaping, but also as a lawn edges.5:Wide.Keywords: Hedge; Trimmers; Reciprocating; Reduce - 16 -1绪论1.1 茶园修剪机的发展1.1.1国内外电展概况茶园修剪机的知名品牌主要有 STIHL、HUSQVARNA和HOMELITE 等。美国RYOBI公司生产的HT系列茶园修剪机有3个型号,即HT816R、 HT818R和HT822R,都使用工频交流电动机,HT822R的功率为348 W,重量2.7 kg,修剪枝条最大直径9.5mm。HUSQVARNA生产的600HEL型茶园修剪机,功率600W,重量3.3 kg,修剪枝条直径为1.4 cm,割幅55cm。德国STIHL生产的锯链导板式高枝剪,功率0.9 kW,重量6.7 kg,装在伸缩杆上可用于修剪高 或宽的茶园。日本小松公司生产的E7B70和HT750型，具有体积小、质量轻、噪音小和工作效率高等特点。我国对于茶园修剪机的研制起步比较早，有如下几种类型，比如北京园林机械厂研制的以中频电机动力的双动往复刀片式，上海园林工具厂研究的电动旋刀式。我国生产的LJ3型便携式茶园修剪机由二冲程小汽油机驱动,功率0.75kW,切割装置为双刀片往复式,每分钟往复1000次,修剪枝条直径15mm,割幅500mm,重量8kg。目前在我国采用的是各种茶园修剪机，主要有手持式、背负式和机载自行式等几种，由于修剪茶园和茶树造型的作业地点变化较大，多采用以内燃机为动力的设备，也有一些小型的修剪设备以电动机为动力，1.1.2 对茶园修剪机识茶园修剪机又称茶园机，是指以汽油机或电动机为动力用作茶园的修剪、整形等专用的机械，主要用于茶园修剪。茶园修剪机按其动力可分为手持式汽油修剪机和手持式电动修剪机；按刀刃数量又分为单刃茶园修剪机和双刃茶园修剪机。目前以小型汽油机为动力的茶园剪机是主流产品。茶园修剪是人为地抑制顶端主枝生长优势的措施，可刺激着生部位较 低的芽萌电新技，增强树势，培养高产优质树冠。茶园修剪方法主要有幼龄茶园的定形修剪、成龄茶园的轻修剪与深修剪，衰老茶园的重修剪等。我国以往的茶园修剪多是采用人工修枝剪进行的，费时费力，作业质量较差。从70年代中期开始研制茶园修剪机，目前已有单人、双人和重修剪机等机种。本文是根据单人修剪机修改进行设计电动式的单人茶树修剪机，而单人修剪机是由 一人手提操作，主要用于茶园的轻修剪和深修剪，同时,也可用作机械化茶园的修边，使 茶园行间留出20厘米的间距，以利机器的通过和操作。单人修剪机有机动和电动两种类型。70 年代中期，中国农业科学院茶叶研究所等单位研制的中频电动手提式茶园修剪机，就是以汽油机带动的中频电电机组为电源，中频微型电机作动力的电动机型，使用双动往复刀片，切割幅宽300毫米。但是，使用较多的还是以汽油机为动力的机动型，采用平行往复刀片，切割幅宽750毫米，中国农科院茶叶研究所和安徽省农业机械研究所近年来研制的单人修剪机都属这种类型。这种修剪机由动力、传动机构、减速机构等组成。 动力为0.75kw小汽油机切割器使用往复式刀片，动，往复频率为1000次/分。整机重量5公斤，工作时由一人手提操作，产生的动力，通过离合器、减速器和偏心凸轮带动刀片作往复运转，实现对茶树的切割，每小时可修剪茶地0.3亩左右。由于使用的汽油机应用了膜片式汽化器，并且吸油装置采用软管形式，使进油口在任何时候均可处于油箱内最低处，因此，可保证电动机能正常工作。由于刀片锋利，转速高，所以直径在10毫米以下的枝条，可一刀利落地切断。修剪后的蓬面整齐，能修剪出所要求的形状，修剪质量大大超过人工。在我国广大茶园，尤其在山区中特别适用。图1-1 单人手提式茶园修剪机2系统的设计方案根据图1-1修改设计的电动茶园修剪机首先要通过一个动力源将动力传递出去。为了让往复式剪刀片达到所需要的速度，传递出去的动力应通过减速机构传递给转换机构再传递到执行构件。 图2-1电动茶园修剪机的结构组成 本文可用的方案可分为蓄电池置于机架杆上和置于背架上两种，因此该机器有以下几种可能的方案可供选择：a电瓶和电机组合，且电瓶和电机都置于机架上的方案,；由于电瓶的能量密度不高不适于较长时间的工作，且电瓶和电机的尺寸空间和重量受到限制因此影响切削的进行。b将电机置于机架上，考虑到使用时的方便性，把电瓶放在背部背着。这样不仅整体的空间更大，也使整机更加轻巧，所以此方案为更好。 图2-2a方案a的设计 图2-2b方案b的设计 执行机构的方案：执行机构主要是刀片，刀片有圆盘锯和往复式刀片，本文采用的是单动双刃往复式刀片。图2-3 往复式刀片最终的方案：确定总方案为电机置于机架上，电瓶放在背部背着，刀片为单动双刃往复式刀片。2.1总体结构总体结构由以下几个方面组成（结构示意图如图2-4所示）：（1）动力源： 电动机；（2）减速机构：齿轮减速器；（3）执行机构：往复式刀片机构；（4）传动机构：主要是转动轴；图2-4 总体布置图图2-4 总体布置图2.1.1主要技术参数剪切力F=100N；切割幅宽750mm（茶树宽大约1000mm）；剪切最大直径10mm；刀片切割频率1000次/min；整机重8kg（根据所选材料并称量所得，机器5kg，电瓶3kg）效率：0.3亩/小时；3动力选取修剪过程中的功率：本文采用无刷直流电动机为动力，刀片为单动双刃往复式刀片。由上文提到汽油机式的修剪机功率为0.75KW，由此查找相匹配的无刷式直流电动机功率为0.8KW，电机转速为4000r/min,由上文结构图2-1可以了解总体机构为3级传动，则有=123，根据主要技术参数可知刀片切割频率为1000次/min因此传动比取4为合适。计算传动装置传动比计算为： i=nm/nw=4000/1000=4 n2=n1/i=4000/4=1000r/min n3=n2=1000r/min电机的选择所选电机型号：10DK230-12图3-2 电机构造图 4.传动部分的设计4.1齿轮设计该机一天工作8小时，工作年限为10年，锯切工作较平稳，转向不变。齿轮传动有直齿和圆锥齿。电动茶园修剪机为往复式剪刀切，冲击较小，工作速度不是很高，故可选用7级精度。根据1选择直齿圆柱齿轮为45号钢。硬度为240HBS，而齿轮的材料为20Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为56-60HRC，精度等级为7级。按硬度下限值，由1中图10-21（d）中的MQ级质量指标查的lim1=lim2=600MPa；由2图10-20（d）中的MQ级质量指标查得EF1=EF2=420Mpa, Flim1=Flim2=200MPa选小齿轮齿数Z1=14，大齿轮齿数Z2=414=564.1.1试求小齿轮分度圆直径由1中设计计算公式（109a） 进行试算。既;d1t2.323(KtT1/du+1/uZHZE/H) (4-1)4.1.2计算载荷系数根据V=4.68m/s，7级精度，由1图10-8查得动载荷系数Kv=1.14直齿轮KHa=KFa=1.2,由1表10-2查得使用系数Ka=2由1表10-4查得7级精度，小齿轮相对于支承非对称布置时，KHb=1.423由b/h=11.17/2.79=4.00，KHb =1.423查1图10-13得KFb=1.38故 : K=KaKvKHaKHb=21.141.21.423=3.894.1.3按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径由式1（10-10a）得m=d1/z1=26.46/18=1.47 (4-6)4.1.4按齿根弯曲强度设计由式1（10-5）得弯曲强度的设计公式为m(2KT1/d(YFaYsa/F)1/3 (4-7)确定公式内的各计算数值1）由1图10-2c查得FE1=420MPa；FE2=420MPa；2）由1图10-18查得系数KFN1=0.87；KFN2=0.90；取安全系数S=1.4，由式（10-12）得F1= KFN1FE1/S=(0.87420)/1.4=261F2= KFN2FE2/S=(0.90420)/1.4=270载荷系数 K=3.773）查齿形系数 YFa1= 2.91；YFa2=2.236；4）查应力校正系数由1表10-5查得Ysa2=2.45Ysa1=1.53；5）计算大、小齿轮的F并加以比较YFa1Ysa1/F1=(2.911.53)/261=0.01956YFa2Ysa2/F2=(2.2361.754)/270=0.01453小齿轮的数值大设计计算m(2KT1/d(YFaYsa/F)1/3 (4-8)=1.289综合分析考虑，取 m=1.5 d1=21mm算出小齿轮齿数Z1=d1/m=21/1.5=14大齿轮的齿数 Z2=uZ1=414=56这样设计出来的齿轮传动，即满足了接触疲劳强度，又满足了齿根疲劳强度。几何尺寸计算计算分度圆直径d1=z1m=141.5=21d2=z2m=561.5=84a=(d1+d2)/2=52.5计算齿轮宽度b=dd1=0.521=10.5B1=6 B2=8验算Ft=2T1/d1=23300/27=102.22NKaFt/b=2102.22/13.5=15.14N/mm24000h (4-16)由此可见，轴承的寿命高于预期计算寿命，符合要求。5 背架的设计及其他部件的选择1）根据减速器和电动机得尺寸来初步确定背架的外型2) 保护罩3) 齿轮罩4) 背带5) 控制架6）蓄电池的选择图5 配电接线6 结论毕业设计是我们专业课程综合应用实践训练，是从事职业工作前一个必不少的过程。我今天认真的进行毕业设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，毕业设计真的有点累。然而，当我一着手清理自己的设计成果，慢慢回味这几个月的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消。虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中“春眠不知晓”的感悟。 通过毕业设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致。毕业设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有几次次因为不小心我计算出错，只能毫不留情地重来但一想起全腊珍教授平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种高度负责，认真对待的良好习惯。这次毕业设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练， 短短几个月的毕业设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。想到这里，我真的心急了，老师却对我说，这说明毕业设计确实使你有收获了。老师的亲切鼓励了我的信心，使我更加自信。 最后，我要感谢我的指导老师教授，是您严厉批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀。今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪。参考文献1西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械设计第八版.高等教育出版社.2002：395-773.
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