割灌机的设计-侧挂式-小型便携式割草机除草机
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1南京林业大学南京林业大学本科毕业设计本科毕业设计题题目：目：割灌机的设计割灌机的设计学学院：院：南方学院专专业：业：机械设计制造及其自动化学学号：号：N090301107学生姓名：学生姓名：何玉敏指导教师：指导教师：周凤芳职职称：称：讲师二二 O O O O 一一 三三 年年五月十九日五月十九日2割灌机的设计割灌机的设计摘要摘要割灌机作为营林机械的一种，用于林地清理、幼林抚育、次生林改造和森林抚育采伐等割除灌木、杂草、修枝、伐小径木、割竹等作业。我国灌木树种资源极为丰富，近几年来，为了防沙固沙、保持水土、改善生态系统、维持生态平衡，正在持续大面积种植灌木，仅内蒙古鄂尔多斯市就有沙生灌木 1200 多万亩，我国西部地区沙生灌木资源也非常丰富且集中，根据沙生灌木的生物学特性，每 3-5 年就需进行平茬，平茬后生长加快，萌发力加强，具有复壮作用。平茬收割时若手工劳作，其劳动强度大且生产效率低，因此，为了提高生产效率， 割灌机必不可少。 而本次设计的侧挂式割灌机就是其中一种简便、快捷的机具。割灌机能切割直径 18cm 以内的多种林木杂草；应尽可能小型便携，以方便在地区崎岖、起伏不定的山林地带操作，灵活工作；动力装置应符合国标要求； 长期在恶劣的噪声环境中工作会导致职业性耳聋，并且在 4KHz 附近容易产生听力损失，这是职业性耳聋的特点，所以割灌机工作时应尽量防止噪声过大，并使用消音器；要尽量减小把手的振动；工作部分采用尼龙丝、圆锯刀片等作为切割部件。关键词关键词：割灌机；减噪；减震。3BrushBrushBrushBrush cuttercuttercuttercutter designdesigndesigndesignSummarySummarySummarySummaryBrush cutter as a silvicultural machinery for woodland clearing, tending,harvesting forest tending secondary transformation and shrubs such ascircumcision, weeds, pruning, cutting small diameter wood, cut bamboo andother operations. Our shrub rich in natural resources, in recent years, in orderto sand and sand, soil and water conservation, improve the ecological systems,maintain ecological balance, ongoing large-scale cultivation of shrubs, InnerMongolia Erdos City, there is only desert shrubs more than 1,200 acres, inwestern China region desert shrubs resources are very rich and concentrated,according to the biological characteristics of desert shrubs, every 3-5 years onthe need for stubble, stubble growth accelerated after germination force tostrengthen, with rejuvenation effect. Stubble harvest if manual labor, itslabor-intensive and low productivity, therefore, in order to improve productionefficiency, brush cutter is essential. And the design of the side-mount cutters isone of simple, fast machines.Brush cutting diameter 18cm function within a variety of trees weeds;small portable as possible, in order to facilitate regional rugged mountainsfluctuating zone operation, flexible working; powered device should meet therequirements of national standards; long in harsh noise environments work willlead to occupational deafness, and prone to hearing loss 4KHz nearby, whichis the characteristics of occupational deafness, so brush cutters work shouldtry to avoid excessive noise, and use the silencer; handle to minimize vibration;working part nylon filament, such as a circular saw blade cutting parts.KeywordsKeywordsKeywordsKeywords: brush cutter; noise reduction; shock.4目录目录引言引言第一章第一章技术任务书技术任务书1.11.11.11.1 设计的依据设计的依据1 11.21.21.21.2 产品的用途及使用范围产品的用途及使用范围1 11.31.31.31.3 主要技术指标和重要技术参数主要技术指标和重要技术参数1 11.41.41.41.4 主要工作原理主要工作原理2 21.51.51.51.5 国内外研究状况国内外研究状况2 21.5.11.5.11.5.11.5.1 国内外发展概述国内外发展概述1.5.21.5.21.5.21.5.2 常见的割灌机械分类及其割灌原理常见的割灌机械分类及其割灌原理1.61.61.61.6 离合器的设计离合器的设计5 51.6.11.6.11.6.11.6.1 确定总体设计方案确定总体设计方案 6 61.6.21.6.21.6.21.6.2 确定离合器需要传递的扭距确定离合器需要传递的扭距6 61.6.31.6.31.6.31.6.3 摩擦式离合器摩擦片参数与尺寸计算摩擦式离合器摩擦片参数与尺寸计算6 61.6.41.6.41.6.41.6.4 摩擦式离合器圆柱螺旋压缩弹簧参数与尺寸计算摩擦式离合器圆柱螺旋压缩弹簧参数与尺寸计算8 81.6.51.6.51.6.51.6.5 圆盘摩擦离合器轴平键参数与尺寸计算圆盘摩擦离合器轴平键参数与尺寸计算10101.71.71.71.7 机构设计与用户的一致性设计机构设计与用户的一致性设计1313第二章第二章设计计算说明书设计计算说明书2.12.12.12.1 设计方案论证设计方案论证14142.1.12.1.12.1.12.1.1 割灌机的设计原理割灌机的设计原理14142.1.22.1.22.1.22.1.2 方案的选择方案的选择 141452.1.32.1.32.1.32.1.3 机构的动力选择机构的动力选择 15152.22.22.22.2 齿轮的设计齿轮的设计16162.2.12.2.12.2.12.2.1 设计参数设计参数16162.2.22.2.22.2.22.2.2 轮齿的受力分析轮齿的受力分析19192.2.32.2.32.2.32.2.3 齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算 20202.2.42.2.42.2.42.2.4 齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算 22222.2.52.2.52.2.52.2.5 曲齿锥齿轮传动曲齿锥齿轮传动23232.2.62.2.62.2.62.2.6 齿轮箱的降噪研究齿轮箱的降噪研究25252.32.32.32.3 把手振动分析把手振动分析2.3.12.3.12.3.12.3.1 主要振源分析主要振源分析27272.3.22.3.22.3.22.3.2 把手振动测试与频谱分析把手振动测试与频谱分析 28282.3.32.3.32.3.32.3.3 振动分析小结振动分析小结29293 3 3 3 割灌机的使用注意事项割灌机的使用注意事项3 3 3 3. . . .1 1 1 1 使用注意事项使用注意事项31313.23.23.23.2 使用保护用品使用保护用品33334 4 4 4 结论结论致谢致谢参考文献参考文献附录附录6引言引言割灌机主要用于草坪修剪、幼林抚育、林地清理，以及果园、 牧场的割草。装上附件还可用于水稻、小麦等农作物的收割, 是一种用途广泛的农林机械。目前, 全世界割灌机的年产量有好几万台。其中日本是世界上生产和使用割灌机最多的国家之一。 我国割灌机的研制起步较晚，而且产量低，品种少，且基本上都是侧挂式割灌机, 已远远不能满足国民经济飞速发展的需要。 作为世界农业大国, 割灌机在我国潜在着巨大的市场，开发高性能割灌机已势在必行。7第一章第一章技术任务书技术任务书1.11.1 设计的依据设计的依据割草机主要用在园林方面。割除林中的灌木、杂草以利林木的生长，行人的走动。近几年城市草坪的大量种植，一些小草坪的修剪、树根周围等草坪修剪机达不到的地方的草坪修剪都可以用割灌机来完成。我国灌木树种资源极为丰富, 近几年来, 为了防风固沙、保持水土、改善生态系统、维持生态平衡, 正在持续大面积种植灌木, 我国西部地区沙生灌木资源也非常丰富且集中。 根据沙生灌木的生物学特性, 每 35 年就需进行平茬,平茬后生长加快, 萌发力加强, 具有复壮作用。 平茬收割时若手工劳作, 其劳动强度大且生产效率低, 因此只有使用专业的割灌机械才能提高生产效率。我国林木收获机械产业化起步晚, 与欧美等发达国家相比在技术、 制造手段和工艺等方面都还有一定的差距, 主要是产品的品种不全, 适应性和配套性差,产品的技术水平比较低。1.21.2 产品的用途及使用产品的用途及使用割灌机，又称割草机或机动镰，通过动力不同分为电动和内燃动力，内燃动力分为二冲程和四冲程汽油机，通过传动方式不同分为软轴传动和直杆传动，用途十分广泛，如园林绿化、庭院维护、公路清理、森林防火、庄稼收获等。1.31.3 主要技术指标和重要技术参数主要技术指标和重要技术参数（1）整机重量8kg8（2）振动加速度 a7m/s2（3）耳旁噪声90dB（4）修剪灌木杂草株径：20mm1.41.4 主要工作原理主要工作原理作业时，发动机输出端带动离合器转动，由于受到离心力的作用， 离合块与离合碟产生摩擦力从而使离合碟转动而带动传动轴转动，轴的另一端选用直齿圆锥齿轮减速器控制刀片转速， 将传动轴的铝合金套管上的钩环挂在操作者肩下的背带上， 握住手把，横向摆动硬轴,即可完成切割杂草、灌木等作业。1.51.5 国内外研究状况国内外研究状况1.5.11.5.1 国内外发展概述国内外发展概述国内国内：我国园林收获产业化起步比较晚，与工业发达国家比在技术，制造手段和工艺方面都有较大差距，主要因为产品品种不全， 适应性和配套性差，产品技术水平比较低。我国割灌机的开发研究起步于20世纪60年代， 1992年黑龙江省木材采运研究所研制出2G-200型悬挂式割灌机； 辽宁省法库县农机推广站对东风-2型小麦收割机进行了设计改造，改造9GY-2.3型牧草收割机，实现一机多用；山西省广灵县新特服务部研制成功了柠条收割机和麻黄收割机； 福建省林科所研制成功2GB-081型背负式割灌机；1999年广西省柳州索罗小型动力机厂研发出具有国内先进水平的3GC-1.5割灌机。国外：国外：国外对割灌机的开发研究比较早，起点和水平都比较高，9广泛采用现代科学技术。如工程塑料，CDI无触点电子点火等，机体质量轻，功率大，操作灵巧，形成系列产品。以德国SHIHL公司，SOLO公司为代表。日本生产的割灌机型号很多，其中Xenoah杰纳亚割灌机型号最多；前苏联生产的Cekop-3型割灌机可用于幼林的抚育，灌木的采伐和割草等，该机可用于大面积的除灌作业；此外，中小型的灌木收割机还有瑞典制造的帕尔.特内尔B173和胡思可法尔165E割灌机，后者还带有可以更换的尼龙除草丝转盘，德国制造的FS200AV割灌机上还配有减震装置；英国制造的大型灌木切割机有撒布列除灌机， 12型灌木切碎机， 横轴甩锤式除灌机和水平甩锤式除灌机。 目前，欧美各国几乎所有的农机公司生产灌木收割机械已经形成系列化， 主要结构和技术性能指标已没有太大变化， 只是在操作舒适性和电子计算机应用方面有所改进。1.5.21.5.2 常见的割灌机械分类及其割灌原理常见的割灌机械分类及其割灌原理营林机械的一种。用于林地清理、幼林抚育、次生林改造和森林抚育采伐等割除灌木、杂草，修枝，伐小径木，割竹等作业。在割灌机上配备一些可更换的附加装置或设备,还可用于收割稻麦等农作物,以及抽水、打穴钻孔、喷施农药等作业。割灌机的研制同小型动力机械的发展有密切关系。 第二次世界大战后， 联邦德国、美国、瑞典等生产油锯的厂家将传动轴和切割工作部件作为油锯的附件,供割草、割灌木使用。在此基础上,日本引进并研制成便携式割灌机。割灌机根据作业方式可分为 3 种类型。便携式割灌机，又分为侧挂式和背负式两种：10侧挂式割灌机采用硬轴传动，主要由发动机、传动系统、离合器、工作部件、操纵装置和侧挂皮带等组成。在传动轴的一端配置0.75 2 千瓦的单缸二冲程风冷汽油机和离心式摩擦离合器；另一端安装由减速器和切割刀具组成的工作部件。工作部件的类型很多，常用的为圆锯片、刀片或尼龙丝。作业时，将传动轴的铝合金套管上的钩环挂在操作者肩下的背带上，握住手把，横向摆动硬轴,即可完成切割杂草、灌木等作业。机具重约 612 千克,转速约 45005000转/分。背负式割灌机。用软轴传动，一般构造与侧挂式割灌机相似，不同的是其发动机背在操作者背上，切割部件由软轴传动，发动机功率一般为 0.751.2 千瓦。 发动机与背架之间以两点联接并装有特制橡胶件以隔振。软轴为套装在软管内的钢丝挠性轴，用以传递扭矩。软管为敷有橡胶保护套的金属编织网包住的钢带缠卷的螺纹管，以防尘土侵入轴内并保持轴表面的润滑油。割幅一般在1.52米之间。手扶式割灌机：由行走轮支承机具重量，由人推动机器前进， 由发动机驱动工作部件进行切割灌作业。 其构造和工作原理同便携式割灌机相似。悬挂式割灌机：悬挂在拖拉机后面，由动力输出轴驱动工作部件旋转，适用于大面积割灌作业。主要由机架、锯片、传动装置、悬挂装置和推板等组成。割灌作业时，拖拉机后退行驶，工作速度为 5 公里小时,可锯直径为 10 厘米的灌木。割灌机的发展趋势是用新型材料以进一步减轻重量； 采用低振动11发动机和先进的减振隔振装置并合理配置机件， 以减少振动对人体的危害；提高机械的加工和装配精度、改进吸排气系统，以减低噪声；增设各种安全保护装置，以提高作业安全性；在悬挂式割灌机上增设灌木切碎装置，简化割下灌木的清理工序。1.61.6 离合器的设计离合器的设计离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内， 用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。 离合器类似于开关，接合或断离动力传递作用，离合器机构其主动部分与从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动。离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性联系。离合器分为电磁离合器、磁粉离合器、摩擦式离合器和液力离合器。本次设计选择摩擦式离合器，其特点更符合本次设计的要求。如图1所示的摩擦式离合器：图1-1 摩擦式离合器12图1-2 摩擦式离合器三视图1.6.11.6.1确定总体设计方案确定总体设计方案由于滑块为两块， 而离合器允许外径偏小， 考虑到便于布置零件，故采用压缩弹簧的形式，离心块与被动盘间隙取为1mm，满足要求且便于计算。滑块离心式摩擦离合器主要用于草坪机械。1.6.21.6.2确定离合器需要传递的扭距确定离合器需要传递的扭距离合器安装轴转速离n=发n=6000r/min根据公式npT9550=,可得 T工=955060001.5=2.3875（Nm）Mf=maxeM（Nm）式中：1扭距储备系数，一般=1.22，此处取=1.2故 Mf=maxeM=T工=1.22.3875=2.865（Nm）1.6.31.6.3摩擦式离合器摩擦片参数与尺寸计算摩擦式离合器摩擦片参数与尺寸计算13摩擦盘工作面平均直径计算公式 DP=(2.54）d摩擦盘工作面外直径 D1=1.25Dp，摩擦盘工作面内直径 D2=0.75Dp但经验算与校核，所取值不能满足条件，不能采用。因此，改取摩擦盘外直径 D1=120mm，内直径 D2=90mm由公式的 DP=21（D1+D2）=21（120+90）=105mm摩擦盘宽度 b=2DD21=290-120=15mm摩擦面对数 m=1摩擦盘脱开时所需的间隙取1mm根据公式 Tc=VmKKKT确定计算转矩其中 T 为离合器理论转矩，可取最大工作转矩，即T=4.011Nm,K 为离合器工况系数，根据机械设计手册6-222页表6-3-3查表，此处 K 取1.2Km 为离合器接合频率系数， 根据 机械设计手册 6-222页表6-3-4查表，Km 取1KV为 离 合 器 滑 动 速 度 系 数 ， 根 据 公 式 m=60000nDp(m/s)=600006000105=32.97(m/s)根据机械设计手册6-222页表6-3-5查表，可得 KV=0.924可得，Tc=924. 0140112 . 1=5209（Ncm)压紧力：Q=mDT2Pc，为摩擦面的摩擦系数，本设计采用黄铜，取0.17代入后 Q=117. 05 .1052092=3830（N)14许用传递转矩：应满足Tcp=81(D12-D22)mDp1pKpTc其中 pp为许用压强，根据机械设计手册6-232页表6-3-16查表，本设计取2040Ncm-2K1为摩擦片数修正系数，根据机械设计手册6-238页表6-3-20查表，取 K1=1将参数代入公式得Tcp=81122-92)10.510.17401=8828(Ncm)因此可知TcpTc，满足校核条件21。摩擦面压强：应满足 p=)D-D(4Q2221pp将已知量代入公式可得 p=)9-12(3830422=37.44 Ncm-2根据机械设计手册6-232页表6-3-16查表，知许用压强为2040Ncm-2，所以符合。1.6.41.6.4摩擦式离合器圆柱螺旋压缩弹簧参数与尺寸计算摩擦式离合器圆柱螺旋压缩弹簧参数与尺寸计算1) 原始条件最小工作载荷 P1=0 N最大工作载荷=pn3830 N工作行程 h=8 mm端部结构：端部并紧，磨平，两端支撑圈各一圈弹簧材料：碳素弹簧钢丝 C 级2）参数计算初算弹簧刚度 P：P=hp -1np=80 -3830=478.75(N/mm)15工作极限载荷njPP，故jP=3830 N弹簧材料直径 d 及弹簧中径 D 与有关参数根据jP与 D 条件从机械设计手册11-24页表11-2-19查表得有效圈数 n：n= pPd=75.4781543= 3.22 圈按照 机械设计手册 11-17页表11-2-10取标准值为 n=3.25总圈数 n1=n+2=3.25+2=5.25 圈弹簧刚度 P：P=nPd=25. 31543=474.77 N/mm工作极限载荷下的变形量jF=nj=3.252.991=9.72mm9.7mm节距 t：t=nFj+d=25. 37 . 9+10=12.98mm自由高度 H0=+nt1.5d=3.2512.98+1.510=57.2mm根据机械设计手册11-17页表11-2-12取标准值为H0=58mm弹簧外径 D2=D+d=40+10=50mm弹簧内径 D1=D-d=40+10=30mm螺旋角=Dtarctan=4098.12arctan=5.8970展开长度 L：L=cosDn1=0897. 5cos25. 540=663.24mm验算dDjPjPd104046152.991154316最小载荷时的高度：H1= H0-PP1=58-3 .2630= 58mm最大载荷时的高度：0nH=H-58=PPn-75.4783830=50mm极限载荷时的高度：0jH=H-58=PPj-mm50=75.4783830实际工作行程：h=H1-Hn =58-50=8mm高径比：b=DH04058=1.452.6符合条件，不必进行稳定性验算。1.6.51.6.5圆盘摩擦离合器轴平键参数与尺寸计算圆盘摩擦离合器轴平键参数与尺寸计算1）摩擦盘用平键参数选择根据要求，离合器轴与摩擦片间连接采用平键连接。离合器主动摩擦盘安装轴直径为20mm，查表选用以下尺寸的平键：轴的公称直径 d键尺寸 b*h键槽深度半径轴 t1毂 t2最小最大17226*63.52.80.160.25长度 L282）键连接的强度计算pppDklT2=其中 T：为转矩 T=52090NmmD：轴的直径 D=20mmk：键与轮毂的接触高度 k=2.8mm，即 t2,l：键的工作长度(mm)，选用 B 型平键，l=L=28mm17pp：许用挤压应力MPa，按照机械设计手册5-227页表5-3-17查表得pp取100120MPa代入公式得pppMPa441.66=288 . 220520902=满足校核条件。3）键连接的强度计算根据题目要求，此处为平键的静联接，应用的计算公式为pppDklT2=其中 T：为转矩 T=52090NmmD：轴的直径 D=25mmk：键与轮毂的接触高度 k=3.3mm，即 t2,l：键的工作长度 mm，选用 B 型平键，l=L=28mmpp：许用挤压应力MPa，按照机械设计手册5-2页表 5-3-17 查表得pp取 100120MPa代入公式得pppMPa1 .45=283 . 325520902=满足校核条件。4）圆盘摩擦离合器轴承参数与尺寸选用此处轴承的作用是传递轴向力， 因此选用推力球轴承。 轴直径 d=25mm，按照机械设计手册7-418页表7-2-94查表，选用以下单向推力球轴承：此型号推力球轴承满足离合器使用要求。5）圆盘摩擦离合器其他参数与尺寸确定垫片：根据离合器安装轴尺寸，查机械设计手册5-15018页表5-1-157选取平垫圈 C 级 （GB/T952002） 公称直径 d=12mm，外径 d2=24mm，内径 d1=13.5mm，厚度 h=2.5mm螺栓：根据离合器安装轴尺寸，查机械设计手册5-86页表5-1-83 ，选取 M12的螺栓。基本尺寸/mmd25D42T11基本额定载荷/kNCa15.2C0a30.2最小载荷常数A0.005极限转速r/min脂4300油6000质量 /kgW0.055轴承代号51000型51105其他尺寸/mmD126D142r0.6安装尺寸/mmda35Da32r a0.6191.71.7 机构设计与用户的一致性设计机构设计与用户的一致性设计从机构运动的功能出发，按变异组合法和类比法完成机构的构件和设计；在作品样机加工前，使用三维造型软件进行三维造型、虚拟装配和运动仿真；理论上验证设计的可行性，然后进行样机制作；外观简单美观，拆装方便，质量轻，适合家庭用户使用；噪声降低，振动降低，大大减少对操作者的伤害；采用齿轮机构（实现减速） ，提高整机的工作效率，解决了普通割灌机工作效率不高的问题；采用的割灌高度调节机构，解决了目前手动割灌机不易实现高度调节的问题；产品成本（制造和使用成本）低，符合广大用户购买能力的要求。20第二章第二章设计计算说明书设计计算说明书2.12.1 设计方案论证设计方案论证2.1.12.1.1 割灌机的设计原理割灌机的设计原理侧挂式割灌机采用硬轴传动， 主要由发动机、 传动系统、离合器、工作部件、操纵装置和侧挂皮带等组成。在传动轴的一端配置 0.75 2 千瓦的单缸二冲程风冷汽油机和离心式摩擦离合器；另一端安装由减速器和切割刀具组成的工作部件。工作部件的类型很多，常用的为圆锯片、刀片或尼龙丝。作业时，发动机输出端带动离合器转动，由于受到离心力的作用，离合块与离合碟产生摩擦力从而使离合碟转动而带动传动轴转动， 轴的另一端选用直齿圆锥齿轮减速器控制刀片转速， 将传动轴的铝合金套管上的钩环挂在操作者肩下的背带上， 握住手把， 横向摆动硬轴,即可完成切割杂草、灌木等作业。2.1.22.1.2 方案的选择方案的选择套管采用小直径薄型铝合金管，操纵把手用铝套管，传动轴采用拉光圆钢，一头为 M7 螺纹与离合碟相连，另一端为直齿圆锥齿轮的小齿轮相连，这样大大简化了结构，减轻了质量。套管内置五只带橡胶套的滚针轴承， 大大减少了传动轴传递到套管的振动，离合器与套管之间用减振器隔开，以消除发动机传到把手处的振动。用偏置式把手，使得侧挂后刀片位于人体的正前方，方便操21作者，同时，操纵把手可绕夹持中心旋转，并可任意调整操作者与杆身的位置，以适应工作时的自然姿势。一体式油门把手采用油门锁定、启动及停火装置，以确保油门不会因误操作而高速空转、 启动时保持一定的油门开度及突遇紧急情况时可迅速停火。采用外形美观的偏置式防护罩有效地挡住切割时甩出的杂草。挂钩一侧加衬板，以减少机具与人的摩擦，加厚加宽背带及衬里，可大大减轻操作者长时间工作的疲劳。2.1.32.1.3 机构的动力选择机构的动力选择配套发动机的选择是整机的关键，整机要求以割草为主， 同时也能割灌，这样就需要发动机功率在 1kW 左右，排量在 30 到40 之间，同时质量在 3kg 左右。在此，动力选择如下：型号1E36F；型式单缸、风冷、二冲程汽油机；排量33.6cc；最大功率1.1kW/7500r/min；最大扭矩1.7Nm/5000-6000r/min；油箱容积0.6L；化油器泵膜式，泵式加浓；点火方式无触点飞轮磁电机点火；22磁电机TCI；燃油牌号90 号汽油；润滑油牌号二冲程专用润滑油 L-ERA；火花塞型号M7；启动方式自回式手拉绳启动；质量2.88kg。2.22.2 齿轮设计过程齿轮设计过程减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。 选用减速器时应根据工作机的选用条件， 技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸、传动效率、承载能力、质量、价格等，选择最适合的减速器。 减速器是一种相对精密的机械， 使用它的目的是降低转速，增加转矩。本次设计所使用的减速器为锥齿轮减速器，由于工作要求的不同，锥齿轮传动可设计成不同的形式。而这次设计的小型便携式割灌机使用的是常用的轴交角的标准直齿锥齿轮传动的强度计算22。2.2.12.2.1 设计参数设计参数直齿锥齿轮传动是以大端参数为标准值的。在强度计算时，则以齿宽中点处的当量齿轮作为计算的依据。对轴交角 120的23直齿锥齿轮传动，其齿数比 u、锥距 R、分度圆直径1d、2d、平均分度圆直径1md、2md、当量齿轮的分度圆直径1vd、2vd之间的关系分别为2122tancot11=ddzzu（a）大、小齿轮均选用 45 钢，选用 8 级精度，选取1z=16，2z=22，则 u=1622=1.375=02737.36221621arctan1zz，=97263.53162212arctan2zz，mmd161，mmd222 =2122212221+=+=udddR（b）计算得mmR601.13=Rbddddmm5 . 012211=（c）令RbR=， 称为锥齿轮传动的齿宽系数， 通常取35. 025. 0=R，最常用的值为3 . 0=于是()Rmdd=5 . 01（d）计算得()()=7649.185 . 016472.135 . 012211RemRemdddd当量直齿圆柱齿轮的分度圆半径vr与平均分度圆直径md的关系式为cos2mvdr=（e）现以mm表示当量直齿圆柱齿轮的模数，亦即锥齿轮平均分度圆上齿轮的模数（简称平均模数） ，则当量齿数vz为24coszmdzmvv=（f）当量齿轮的齿数比212uzzuvvv=（g）显然，为使锥齿轮不致发生根切，应使当量齿数不小于直齿圆柱齿轮的根切齿数。另外，由式（d）极易得出平均模数mm和大端模数 m 的关系为()Rmmm=5 . 01（h）计算得0.85295mm=mm顶隙：c=c*me=0.21=0.2mm大端齿顶高：ha1=(1+x1）me=(1+0.18)1=1.18mm,ha2=0.82mm大端齿根高：hf1=(1+c*-x1)me=（1+0.2-0.18)1=1.02mmhf2=(1+c*-x2)me=（1+0.2+0.18)1=1.38mm全齿高：h=(2+c*)me=（2+0.2)1=2.2mm齿根角：f1=Reharctan1f=4.288840f2=e2Rarctanfh=5.793580齿顶角：a1=f2=5.793580，a2=f1=4.288840顶锥角：=1a+11a36.027370+5.793580=41.820950=+=2a22a53.972630+4.288840=58.261470根锥角：=-=f111f36.027370-4.288840=31.73853022f=-=2f53.972630-5.793580=48.179050大端齿顶圆直径：=cosh2+d=d11a1e1ae16+21.180.808736=17.909mm=cosh2+d=d22a2e2ae22+20.820.588171=22.965mm25当量齿数：=cosz=z111v19.784mm，=cosz=z222v37.404mm当量齿轮分度圆： dv1=dm1u1+u2=16.875mm， dv2=u2dv1=31.904mm当量齿轮根圆：dvb1=dv1cos=15.857mm，dvb2=dv2cos=29.980mm当量齿轮传动中心距：av=)d+d(212v1v24.390mm2.2.22.2.2 轮齿的受力分析轮齿的受力分析直齿锥齿轮齿面上所受的法向载荷nF通常都视为集中作用在平均分度圆上，即在齿宽中点法向截面NN（Pabc 平面）内。与圆柱齿轮一样， 将法向载荷nF分解为切于分度圆锥面的周向分力（圆周力）tF及垂直于分度圆锥母线的分力F,再将力F分解为径向分力1rF及轴向分力1aF。小锥齿轮轮齿上所受各力的方向如图 10-2 所示，各力的大小分别为图 2-1 直齿锥齿轮的轮齿受力分析112mtdTF=211costanatrFFF=211sintanrtaFFF=costnFF=26式中，1rF与2aF及1aF与2rF大小相等，方向相反。2.2.32.2.3 齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算直齿锥齿轮的弯曲疲劳强度可近似地按平均分度圆处的当量圆柱齿轮进行计算。因而可直接沿用式 FSaFatSaFOFbmYYKFY=得 FmSaFatFbmYYKF=直齿锥齿轮的载荷系数同样为KKKKKvA=,其中使用系数AK可查表得到，取25. 1=AK；动载系数vK可按图 10-3 中低一级的精度线及()smvm/查取；图 2-2 动载系数VK值齿尖载荷分配系数HK及FK可取为 1； 齿向载荷分布系数可按下式计算beHFHKKK5 . 1=式中，beHK是轴承系数，可从图 10-4 中查取。引入式（h） ，得() FRmSaFatFbYYKF=5 . 01（1）27KA=1.25；VK=1.16；=K=KHF1.65；=K=KHF1.0；Ft=350NFaY、SaY分别为齿形系数及应力校正系数，按当量齿轮vz。应用小轮和大轮的支承两者都是两端轴承一个两端支承一个轴臂两者都是悬臂飞机1.001.101.25车辆1.001.101.25工业用、船舶用1.101.251.50表 2-1轴承系数beHK( )vzz171819202122FaY2.972.912.852.802.762.72SaY1.521.531.541.551.561.57( )vzz232425262728FaY2.692.652.622.602.572.55SaY1.5751.581.591.5951.601.61表 2-3 齿形系数FaY及应力校正系数SaY引入式（b） ，得21212121+=+=umzudRbRRR并将()1111115 . 01222ZmTZmTdTFRmmt=28代入上式可得() FSaFaRRYYuzKTm32212115 . 014+（2）式(1)为设计计算公式； 式 （2） 为校核计算公式。 两式中F、 F的单位为aMP，m 的单位为 mm，其余各符号的意义和单位同前。2.2.42.2.4 齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算直齿锥齿轮的齿面接触疲劳强度， 仍按平均分度圆处的当量圆柱齿轮计算，工作齿即为锥齿轮的宽度 b。按式计算齿面接触疲劳强度时，式中的综合曲率为21111vv=得+=vmud11sincos2111（j）将式（j）即2uuv=，1cos21+=uu等代入下式，并令接触线长度bL=，得()HRRHEEmtEcaHuKTZZZudbKFZPd=+=31212115 . 01411sincos2cos对= 20的直齿锥齿轮，5 . 2=HZ，于是可得()HRREHuKTZd=31215 . 015（3）29 ()321215 . 0192. 2uKTdRHEZ（4）式（3）为设计计算公式；式（4）为校核计算公式。两式中F、 F的单位为aMP，m 的单位为 mm，其余各符号的意义和单位同前。复合齿形系数：YFS1=4.5；YFS2=4.45，重合度系数：Y=0.25+V75. 0=0.71，锥齿轮系数：YK=lb)bl+1 (41bm2bm1载荷分配系数：YLS=2LSZ=1齿根弯曲应力计算值：=1F784N/mm2=YY=1FS2FS1F2F775N/mm2齿根许用弯曲应力：XRrelTrelTNTminFFEFPYYYYS=，齿根抗弯疲劳强度基本值：2FEmm/N1200=，寿命系数：1=YNT，长期工作，取为无限寿命设计相对齿根圆角敏感系数：1=RrelT相对齿根表面状况系数：1=RRrelT尺寸系数：=Y=Y2x1x1最小安全系数：4 . 1=SminF许用弯曲应力值：=2FP1FP857N/mm2齿根弯曲强度校核结果：1FP1F；2FP2F67mn 时，采用齿轮与轴分开为两个零件的结构，如低速轴与大齿轮。此时齿轮与轴的周向固定平键联接，轴上零件利用轴肩、轴套和轴承盖作轴向固定。轴承是利用齿轮旋转时溅起的稀油，进行润滑。箱座中油池的润滑油，被旋转的齿轮溅起飞溅到箱盖的内壁上，沿内壁流到分箱面坡口后，通过导油槽流入轴承。当浸油齿轮圆周速度2m/s 时，应采用润滑脂润滑轴承，为避免可能溅起的稀油冲掉润滑脂，可采用挡油环将其分开。为防止润滑油流失和外界灰尘进入箱内，在轴承端盖和外伸轴之间装有密封元件。箱体： 箱体是减速器的重要组成部件。 它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单体生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。 上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。 轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔， 而轴承座旁的凸台，31应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。减速器附件：为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外， 还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装等辅助零件和部件的合理选择和设计。2.1.62.1.6 齿轮箱的降噪研究齿轮箱的降噪研究随着割灌机日益广泛的使用以及人们对劳动保护意识的增强, 其噪声对人体的危害越来越引起人们的重视。 根据国外资料统计,当工作环境噪声超过90dB(A) ,耳聋的发病率呈急剧上升趋势。 国际标准化组织(ISO)规定每天暴露8小时持续噪声允许值为90dB, 噪声级每增加3dB(A), 暴露时间应减半, 但最高不得超过115dB(A)。齿轮箱噪声分析割灌机齿轮箱由箱体、齿轮、轴承、轴等零件组成。高速运转的传动件所产生的机械噪声是整机的主要噪声源之一。 研究齿轮箱噪声产生的原因及控制方法对整机降噪具有重要的意义。从割灌机齿轮箱的噪声激励流程图 （图2-）中可以看出, 齿轮箱的噪声源来自齿轮和轴承的振动, 这些声源在传播过程中又激励箱体辐射空气噪声。 因此, 直接控制齿轮和轴承的噪声强度是齿轮箱降噪最有效、最根本的方法。32噪声产生机理图2-3表示一对啮合的传动齿轮。齿轮副在传动过程中, 整个啮合线上齿廓间相对滑动速度的大小是随着啮合位置的不同而改变。 以啮合的起点A和终点C的相对滑动速度最大, 在节圆切点B处为零, 同时相对滑动速度的方向也在B处开始改变。 由于两齿面间具有相对滑动并存在滑动摩擦力,这种摩擦力的大小和方向的改变导致了齿轮的节线冲力,其大小和持续时间与齿轮的传递力、齿面的摩擦系数和相对滑动速度等因素有关。齿轮在传递扭矩时, 由于受到力的作用,必然会产生一定程度的弹性变形, 这就使后面新啮合的齿得不到理论齿廓的平滑接触。再加上齿轮的制造误差、安装误差等原因, 导致齿轮在运转中发生齿与齿之间的碰撞并产生啮合冲力, 其大小与齿轮的类型、设计参数和加工精度等因素有关。在齿轮啮合过程中, 节线冲力和啮合冲力是齿轮振动和噪声的激振源。此外, 提高齿轮加工精度, 增加研磨工艺, 都能降低齿轮噪声。轴承的降噪齿轮箱轴承噪声主要由轴承圈的波纹度、 椭圆度及滚珠的圆度等几何形状误差及表面质量引起的。 若滚道表面或滚珠上出现毛刺、伤痕、锈斑等缺陷时, 会引起强烈的高频噪声。合理选用轴承类型及配合精度是轴承降噪的关键。 割灌机齿轮箱采用向心33球轴承对降噪较为有利, 因为轴的转速高, 轴向力小, 向心球轴承对装配精度等反应不如其他类型轴承敏感。轴承内、外圈的配合选择, 尤其是外圈与支承孔的配合至关重要。 配合过紧, 不但提高了传声性，还会使滚道变形，径向间隙减小，导致噪声的增大。 配合适当能使轴承与支承孔接触处的油膜对外圈振动产生阻尼, 从而减小噪声。此外, 适当提高轴承精度也十分必要。箱体降噪措施由图2-4可知, 箱体虽然不是噪声源, 但由于它具有较大的辐射面, 很容易被其它噪声源激励并产生振动向外辐射空气噪声。 若齿轮的啮合频率或轴承的振动频率与箱体的固有频率相同或接近时会产生共振, 发出强烈的噪声。 因此, 在设计箱体时应注意提高箱体的密闭性, 使它尽量隔绝空气噪声的传播； 箱体尺寸应尽可能紧凑, 以减少声辐射面积；箱体应具有合适的壁厚,使箱体的固有频率远离噪声源的频率。结论割灌机齿轮箱的降噪方法归纳起来主要是从声源及传播途径两方面采取措施, 最直接、最有效的手段是控制声源。2.22.2 把手振动分析把手振动分析2.2.12.2.1 主要振源分析主要振源分析发动机振动：发动机的振动主要来自发动机曲柄连杆机构的周期性往复惯性力。34割灌机传动轴引起的振动：割灌机的传动轴是个高速转动的部件, 在多个中间轴承的约束下, 任何偏心或弯曲都会造成振动。离合器各部分偏心引起的振动：割灌机一般采用离心式离合器, 由 2-4 块离心块组成，当发动机转速超过离合器转速时, 离心块在离心力作用下开始克服弹簧的约束, 与离合碟结合传递动力离合块之间微小的质量之差在高速运转过程中都会产生较大的不平衡惯性力而产生振动。减速器引起的振动减速器的齿轮齿侧间隙过大和过小都会增加振动, 其精度和装配精度对振动影响很大, 主动齿轮轴与传动轴的同心度同样影响振动的大小。圆锯片引起的振动圆锯片在工作过程中会产生“颤抖”现象, 因其薄而大易产生变形, 使其工作稳定性变差, 产生振动。2.2.22.2.2 把手振动测试与频谱分析把手振动测试与频谱分析于是对割灌机进行了手感振动测试, 加速度计安装位置按GB/T14179-93割灌机手感振动测定方法进行。在三个方向上进行振动频谱分析, 最后合成。测试分怠速、切割高速空转三种工况进行;利用声频式转速表控制发动机转速;三向加速度计（BK4321）拾到信号后, 通过电荷放大器(BK2635)放大后磁带记录仪（TEACXR310C）记录, 分析仪（HP3852A）进行数据采集分析, 详见仪器方框图。35图 2-52.2.32.2.3 振动分析小结振动分析小结对割灌机把手振动频谱的分析表明, 在不同转速下, 把手上振动图谱在两倍工频处出现振动峰值, 其由发动机往复惯性力引起因此, 割灌机的把手振动值主要由发动机的振动引起，要减小割灌机振动, 应主要从减小发动机振动着手。一般对发动机不平衡惯性力引起振动的研究都只分析到两倍工频处引起的振动峰，从振动频谱可以看出，二倍工频以上的振动值虽很大, 但随着频率增大, 计算手感振动量的计权值很小, 故此振动对人体的影响较小, 可以忽略不计。发动机从启动到全速工作或从全速到停机过程中, 在某个转速会发生剧烈抖动, 这是中间传动轴通过临界转速时表现出来的固有特征。割灌机中间传动轴是在临界转速以上工作的发动机从怠速到全速过程中, 中间传动轴要经过第一阶、第二阶和第三阶临界转速, 属于挠性轴, 应按挠性轴结构进行设计。为减小轴的固有频率, 轴承应采用弹性阻尼轴承, 其位置应安排在轴变形较大的地方, 用不等间距来布置轴承。基于这BK4383BK4321BK26354 个TEACXR310CHP3852A数据采集与分析系统36种思想, 传动轴设计应在能满足使用的条件下采用较细的轴,传动轴的直线度精度也可降低, 可使割灌机重量轻、振动小、工艺也很简单。由于割灌机振动主要由发动机振动引起, 振源从发动机传到把手上，在此传递环节中可以用一系列柔性联接来吸收一部分振动, 从而减小把手的振动。如, 传动管通过防振橡胶紧箍在发动机上；传动轴轴承安装在橡胶轴承座上；把手用工程塑料固定在传动管上；手把处套上橡胶手把等。37第三章第三章割灌机的使用注意事项割灌机的使用注意事项效果图效果图图 3-13.13.1 使用注意事项使用注意事项割灌机是二冲程动力，使用中应从动力、使用和刀具三个方面注意，即可保证机器的正常使用： 使用前请务必认真阅读使用说明书，将机器的性能以及使用注意事项弄清楚。 绿篱修剪机的用途是修剪树篱、灌木，为了避免发生意外事故，请勿用于其他用途。 绿篱修剪机安装的是高速往复运动的切割刀， 如果操作有误，38是很危险的。所以在疲劳或不舒服的时候，服用了感冒药之后或饮酒之后，请勿使用绿篱修剪机。 发动机排出的气体里含有对人体有害的一氧化碳。因此，不要在室内、温室内或隧道内等通风不好的地方使用绿篱修剪机。 以下各种场合，请勿使用。脚下较滑，难以保持稳定的作业姿势时。因浓雾或夜间，对作业现场周围的安全难以确认时。天气不好时（下雨、刮大风、打雷等） 。初次使用时，务必先请有经验者对绿篱修剪机的用法进行指导后，方可开始实际作业。过度疲劳会使注意力降低，从而成为发生事故的原因，不要使作业计划过于紧张，每次连续作业时间不能超过 30 至 40 分钟，然后要有 10 至 20 分钟的休息时间，一天的作业时间应限制在两个小时以内。未成年者不允许使用绿篱修剪机。3.1.13.1.1 发动机部分发动机部分合格的汽油和机油，保证其混合比（25：1） ；定期（25 小时）检查更换空滤器检查火花塞；消声器每使用 50 小时，卸下消声器，清理排气口和消声器出口上的积碳。每工作一箱油后，应休息 10 分钟，每次工作后清理机器的散垫片，保证散热；39贮存时，必须清理机体，放掉混合燃料，把汽化器内的燃料烧净；拆下火花塞，向气缸内加入 1-2ml 二冲程机油，拉动启动器 2-3次，装上火花塞。3.1.23.1.2 传动部分传动部分定期（25 小时）给减速箱补充润滑脂，同时给传动轴上部与离合碟的结合处加注润滑脂。3.1.33.1.3 刀具部分刀具部分尼龙索头应控制其长度15cm，用刀片时，应保证刀片的平衡，千万不可使用有振动的刀片。3.1.43.1.4 各种割灌机刀片的用途各种割灌机刀片的用途305*1.6*2 齿，棱形，适用于切割较低软的杂草，切割直径大（棱形刀片在操作中比较安全） ；305*1.6*2 齿，方形，适用于切割较低软的杂草，切割直径大（方形刀片在切割中比较耐用） ；255*1.6*3 齿，适用于切割较高软的杂草，比较经济。3.23.2 劳动保护用品劳动保护用品使用时，要穿好适合室外作业的服装，并穿戴好以下保护用品：作业帽（在坡地作业时要戴头盔） ，应将长发扎起来保护好。防尘眼镜或面部防护罩。戴坚固结实的劳保手套。不易滑、结实的鞋。40耳塞（特别是长时间作业时） 。务必携带以下用品:机器附属工具及钢锉。适合绿篱修剪机使用的备用燃料。替换用的刀片。标示作业区域的用具（绳索、木牌） 。哨子（共同作业或遇紧急情况时使用） 。砍刀、手锯（铲除障碍物时使用） 。不要穿裤脚宽大的裤子或赤脚、穿凉鞋、草鞋等作业。3.33.33.33.3 有关燃料使用注意事项有关燃料使用注意事项发动机所使用的燃料是机油和汽油混合油，属易燃品。请不要在焚烧炉、喷烧器、炉灶等有可能引火的地方加油或存放燃料。作业或加油时不要吸烟。使用过程中没有燃料了，一定要先将发动机停下来，确认周围没有烟火后再加油。加油时如燃料碰洒了，一定要将机体上附着的燃料擦干净之后，方可启动发动机。加油后将容器密封，然后要在离开燃料容器 3 米以上的地方启动发动机。3.43.43.43.4 工作前的注意事项工作前的注意事项在开始作业前，要先弄清现场的状况（地形、绿篱的性质、障碍物的位置、周围的危险度等） ，清除可以移动的障碍物。41以作业者为中心，半径 15 米以内为危险区域，为防他人进入该区域，要用绳索围起来或立起木牌以示警告。另外，几个人同时作业时，要不时地互相打招呼，并保持一定安全间距。开始作业之前，要认真检查机体各部，在确认没有螺丝的松动、漏油、损伤或变形等情况后方可开始作业。特别是刀片以及刀片连接部位更要仔细检查。确认刀片没有崩刃、裂口、弯曲之后方可使用。绝对不可以使用已出现异常的刀片。请使用研磨好了的锋利的刀片。研磨刀片时，为防止刀刃崩裂，一定要把齿根部锉成弧形。在拧紧螺丝上好刀片后，要先用手转动刀片检查一下有无上下摆动或异常声响。如有上下摆动，则可能引起异常振动或刀片固定部分的松动。42结结结结论论论论通过这次比较完整的割草机的设计， 我认识到了单纯的理论知识学习和实际设计之间的差距。 通过这次毕业设计既锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际应用问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力的水平， 而且通过对整体的掌控， 对局部的取舍， 以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且使我的毅力，意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。 这些都是我希望得到的也是毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐，但我的收获也是非常的多。各种设计方案的适用条件，各种零部件的选用标准，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。 从毕业设计中学来的这些宝贵的知识和经验， 必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解
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