手推式草坪修剪机的设计含开题、三维及13张CAD图
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设计说明书摘 要草坪是现代社会的重要组成部分，也是社会文明及环境的重要标志。近年随着草坪面积的增加，对草坪的护养也随之增加。手推式草坪修剪机通过齿轮传动机构把驱动轮的转动传给滚刀使滚刀旋转，利用滚刀与底刀相切形成剪刀原理对草坪进行剪切的。本文对手推式草坪修剪机的工作原理，传动系统和剪草机构等具体结构做了详细介绍，并且重点计算确定了传动系统中齿轮和轴的基本尺寸，对各个标准零件、非标准零件的选取也做了相应的计算。在计算数据的基础上用Auto CAD完成无动力草坪修剪机的装配图、部分非标准件的零件二维图,并用Solid Edge完成所有零件的三维造型和装配。该机具有无污染、无噪音、无振动等优点，适用于庭院草坪，小面积草坪，防暴区域草坪。关键词：草坪；手推式草坪修剪机；传动系统 The Design of Hand Mower in LawnABSTRACTThe lawn is the important part in the modern society, which is an important symbol of the social civilization and the environment. In the recent years, with the increment of lawn area, the lawn cultivating is also increased. Hand mower in lawn is a machine which transfers the running of the wheel to the spiral hob by the gear wheel box. The spiral hob meshes with the fixed tool, which likes a pair of scissors, and cuts down the grass. In this paper，the work principle of the hand mower in lawn, the transmission part, the cut part and the adjusting part are reviewed. The design of the wheels and axes of the gear box is particularly studied. And the choice of the standard parts and non-standard parts is also particularly discussed. The assembly drawing of the machine and drawings of non-standard parts are finished by Auto CAD. Moreover, the three-dimensional shapes are finished by Solid Edge. The machine has many merits which traditional lawnmower does not have, such as without air pollution, noises, vibration and so on. It is fit for court lawn, small area lawn and riot region lawn. Key Words: Lawn；Hand mower in lawn；Transmission device目 录摘 要ABSTRACT1 前 言1.1 手推式草坪修剪机的背景及研究意义11.2 手推式草坪修剪机的研究现状及发展趋势21.3 手推式草坪修剪机41.4 本课题的设计任务52 手推式草坪修剪机的总体设计 2.1 手推式草坪修剪机的工作原理62.2 手推式草坪修剪机的主要结构62.2.1 传动系统72.2.2 剪草机构73 手推式草坪修剪机机械结构设计计算3.1 传动系统93.1.1 齿轮的确定93.1.2 轴的确定223.2 剪草机构263.1.1 滚刀的设计263.1.2 底刀的设计274 手推式草坪修剪机的使用说明4.1 安全事项284.2 安装284.3 维护保养305 结 论31谢 辞32参考文献33VIII设计说明书1前 言1.1手推式草坪修剪机的背景及研究意义草坪是高度培育的特殊草地，随着草坪面积的扩大，品质的提高，草坪业逐渐由单一的人工作业向半自动化机械化自动化过度，草坪作业的机械化已经成为十分重要的课题。大部分的草坪一直到19世纪中叶还在使用镰刀来割草或放牧牛羊以保持草地的整齐性。随着高尔夫球网球以及足球等运动的兴起，保持完整的草地做运动场便成为当务之急。从20世纪起出现以机器代替手工的趋势，于是好的修剪机遂成为草坪管理的必需品。 草坪修剪机分滚切式旋刀式剪切式三类，按动力又可分为手动与机动两类。机动有乘坐式与手推式，北京园林机修厂JUS420型旋刀式修剪机系单缸四冲程汽油机驱动，功率2.6Kw,一把旋刀，幅宽420mm，每班可修剪2000m2,整机质量40Kg。上海园林机械厂JCG540型滚切式草坪修剪机，乘坐手推两用式，有两个前进档，IE50F2汽油机功率2.3kw，5片滚刀，幅宽540mm，该机 高，但用于坡地时机组稳定性较差。小庭院的草坪可用上海生产的JCG250型手推草坪修剪机，人推动前进并使6个滚刀旋转切割草坪，幅宽250mm。德国SOLO522型草坪修剪机为手推式，动力系单缸四冲程汽油机，功率为2.3kW，刀片为剪切式，幅宽800mm。该产品的特点是刀片耐磨，机具噪声低，振动小，对坡地适应性好。改换工作部件可作扫雪工具。 旋刀式剪草机适用于草高25-80mm低要求的草坪，剪幅在0.5-20.m之间。滚切式剪草机适用于草高3-80mm的高要求草坪，剪幅0.5-5.0m之间。 修剪是维持优质草坪的重要作业，它主要是定期除掉草坪草枝条的土表部分。在特定的草坪上，根据所需要的培育强度，修剪的目的是在特定的范围内保持顶端生长，控制不理想的、不耐剪的营养生长，维持一个观赏和游息草坪，产生一个真实的击球表面或发展草坪作物。 修剪的质量由所使用的剪草机的类型和割时草地的状况决定。因此，随各种特殊功能的开发，应重视修剪机具的发展。 我国幅原广阔，地区差异很大。草坪的功能不同，对机具的要求也不同，加之各地区经济发展不平衡，用户的购买能力也有差异，因此草坪机械只有开发系列产品才能满足不同市场的需要。另外，有些草坪机具一年只用几次，因此草坪机具在以草坪作业为主项的同时，应配备一些附加装置，扩大其使用功能，提高机具的利用率。1.2手推式草坪修剪机的研究现状以及发展趋势从世界上第一台滚刀式剪草机的问世,到现在已经过了100多年 ,原来主要应用于牧场的机械已经发展成为有几十个品种,适用于不同场合的剪草机。根据其工作原理和形式可分为滚刀式、悬刀式和扫雷式三种类型。我国生产剪草机起步较晚,生产企业规模普遍较小，产品用途较为单一，均没有形成规模批量，所以长期以来,草坪剪草机均以进口为主。据统计，到1999年底我国有各种园林机械保有量达10万台，1999年的剪草机销售量在3万台左右，其中80%为进口。据调查，国内生产剪草机的厂家约有50家左右。多数为园艺系统的公司以及转产剪草机的机械厂。市场上草坪修剪机的品牌很多，有进口产品，也有国内制造和中外合资的。功率从2.616.2 kW，剪幅从43.2127cm。国内生产厂家主要有：中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司,生产立特牌NEAT 草坪剪草机，占国内市场50%，现年产5000台。目前正着手进行年产5万台剪草机的技术改造，其动力选用日本本田发动机。安徽飞彩车辆股份有限公司“十五”期间将进行技术改造，计划年产6万台剪草机。其中代表产品之一是手扶式宽幅剪草机系列，年产5万台, 以22161型为例，发动机为4 冲程,418 kW，剪草宽度53cm,自走式；代表产品之二是驾乘式剪草机系列，年产1 万台,以16238HXL型为例，为4冲程，11.7kW,97cm循环剪草，带驱动。江苏淮阴林海股份有限公司也正进行技术改造，计划年产3万台剪草机。另外相继做规划上剪草机产品的企业还有春兰、新大洲、金城等公司。进口剪草机主要来自于日本、美国、意大利和瑞典等国，主要品牌和售价详见表1.1。表1.1 进口剪草机的主要品牌和售价国别 型式价格日本 本田H1011 坐骑式带草袋76 cm5. 2 万元/ 台H3011坐骑式带草袋71 cm 5. 8 万元/ 台LM5360HX自行可控刀式带草袋53 cm 1. 08 万元/ 台美国 MID(美神) ：LM5360HX自行可控刀式带草袋53 cm 1. 08 万元/ 台B560C 坐骑式带草袋76 cm 2. 98 万元/ 台138C 自行式侧除草53 cm 0. 5 万元/ 台Murray(美丽)：2. 62. 8 kW手推式后草袋型22355 型、22545 型手推式侧排草21386 型手推式、21855 型自行式21975、22855、22856 型适用大面积长时间剪草意大利 花园牌：R484TR 自行式带草箱46 cm 0. 43 万元/ 台R484 手推式带草箱46 cm 0. 38 万元/ 台瑞典Husovarna 系列剪草机根据国外有关专家的研究,城市人均应有2530 的草坪才能解决人们的二氧化碳和氧气交换的需要。下面是国外一些城市人均草坪面积与中国及北京的对比表如表1.2所示。表1.2 国外一些城市和中国及北京人均草坪面积名称面积/ 名称面积/ 伦敦70. 4巴黎24. 7纽约45. 7堪培拉70. 5莫斯科37. 0中国1华沙73. 5北京8从上表可以看出，我国人均占有草坪面积与发达国家相比,有着较大的差距。全国城镇人均草坪面积为1，按中国目前城镇人口3亿人计算，全国现有各类草坪面积约为3 万，若每公顷需5台剪草机,现有市场容量就达15万台。随着中国经济的快速发展,剪草机的市场容量将成倍增长。新建草坪有两种方式,一种是以种草种为主,另一种是移植草皮。据不完全统计,历年进口草种的吨数如下，1995年前约为6000t ,1996年为2500t，1998年为5000t，1999 年为6000t 。一般1m2需20g 草种，按此计算，1999年种草面积为3万，移种面积为9万,共约12万，若按每公顷需5台剪草机，仅1999年时就需剪草机60万台。按国家建设部规定，2000年后城市绿化面积需达到30%。目前深圳、珠海、厦门等城市的绿化面积已超过此值。城市人均绿地面积需达到7 以上。专家按此标准测算,2000年至2005年重点绿化目标有24万km 的堤坝,3 亿城市居民公共绿地的建设,6 个飞机场的扩建,80余个高新技术开发区,2000个高标准足球场、网球场,200个高尔夫球场,至少需植草坪30多万 。今后6 年平均每年约需56万草坪,约需剪草机30万台。在草坪的建设过程中,随之而来的相关园林设备的市场无疑是十分广阔的。1.3手推式草坪修剪机 国内目前生产的剪草机以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。滚刀式剪草机由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成。它较旋刀式剪草机有更好的修剪质量,是高质量草坪最常用的剪草机型。适用于草高380 mm 的草坪,其问题主要是价格贵，维修保养要求严格。而旋刀式剪草机(又称悬刀式) 是由横向悬挂在直立轴上的刀片高速旋转打切草的上部叶片，它适于2580 mm 范围内剪草。由于其价格低廉,保养、维修方便，使用灵活，只要将刀磨快，剪草效果还是可以的。因此，一般要求的草坪都选用它，成为目前国内外最流行的剪草机。以动力划分可分为机动和人推两类。人推的主要是滚刀式，机动的分柴油机、汽油机和电动机三种。其中以小型汽油机作为动力的较为普遍，而柴油机多用于大型的剪草机械，如牧场的割草机。在草坪建设中，草坪修剪机是主要的机械设备之一。目前，大片草坪的修剪，一般是使用小型汽油机为动力的草坪修剪机，其速度快，效率高。但对小面积的草坪，如庭院式草坪，使用机动式草坪修剪机就显得“大材小用。它不仅消耗地球上有限的能源，排出的废气对环境造成污染，工作中发动机产生的高分贝噪音对操作者听力造成伤害，同时也严重干扰了附近居民的正常生活；而且，这种类型的草坪修剪机在工作中常伴有强烈的振动，对操作者的双手和身体都有很大的伤害，普通的家庭妇女和有心帮助父母做家务的青少年也很难对其进行正常操作。手推式草坪修剪机正是针对这样的情况而设计的，它不需要能源，具有结构简单、体积小、无噪音、无污染、无振动等优点，适用于小面积草坪，庭院式草坪，防暴区域草坪等的修剪。另外，它还备有由蓄电池驱动的小型电动机，在操作者体力欠佳或不愿意过度疲劳的情况下，可以替代人力驱动滚刀进行修剪。随着人民生活水平的不断提高和庭院式草坪的增加，手推式草坪修剪机将拥有更广阔的市场，成为对庭院式草坪进行修剪养护的理想机具。1.4本课题的设计任务本课题要求通过手推式草坪修剪机构造及工作原理的了解分析，深入理解其整体系统的结构原理，进行系统总体设计、附件的详细设计、并对其部分零件进行强度校核。这次课题设计的手推式草坪修剪机，主要设计参数如下： 杆长：130cm； 转速：1000r/min； 电压：24v； 功率:110w； 主机重量：2.5kg，尼龙绳式。2 手推式草坪修剪机的总体设计2.1手推式草坪修剪机的工作原理手推式草坪修剪机结构如图2.1所示。其底部装有四个轮子，可随意移动。剪草时，手扶手把向前推动剪草机，两个前轮（即驱动轮）沿地面向前滚动。前轮内镶有内齿轮，通过三级增速传动机构，将前轮的转动传给滚刀轴，从而带动滚刀向前旋转。螺旋状的滚刀刃与底刀刃相切作用形成剪刀原理，构成一对剪刀，将由滚刀揽至的草茬剪断，剪断的草将沿滚刀旋转方向被带入集草袋，或因草屑很短，将其留置草坪中，成为肥料。考虑到剪草劳动强度比较大，对操作者的体能有一定的要求，在未镶有内齿轮的另一前轮内安装了由蓄电池驱动的小型直流电动机，用套筒联轴器将其转动轴与滚刀轴联结。当操作者不使用前轮滚动来驱动滚刀时，可将蓄电池接上，滚刀便由直流电动机驱动。滚刀的转动反传给带超越离合器的齿轮，由于该齿轮的转速大于与之联结的轴的转速，这样在超越离合器作用下该齿轮将相对轴做超越运动，和由前轮传给轴的转动不发生干涉。因此,当推动剪草机向前运动时滚刀正向旋转,相反当拉动剪草机向后运动时滚刀因超越离合器的作用而静止不动,从而可以获得平坦光滑的草坪。2.2手推式草坪修剪机主要的结构 手推式草坪修剪机的总体机构可分为两大部分：传动系统和剪草机构。如图2.1所示。图2.1剪草机视图2.2.1 传动系统传动系统是修剪机传动与变换动力的装置。1、传动的重要性工作机一般都要靠原动机供给一定形式的能量（绝大多数为机械能）才能工作。但是把原动机和工作机直接连接起来的情况是很少的，往往需要在二者之间加入传递动力或改变运动状态的传动装置。其主要原因是：（1）工作机所要求的速度，一般与原动机的最优速度不相符合，故需增速或减速（实用中多为减速）。此外，原动机的输出轴通常只作匀速回转运动，但工作机所要求的工作形式却是多种多样的，如直线运动，间歇运动等。（2）很多工作机都需要根据工作要求而进行速度调整，但依靠调整原动机的速度来达到这一目的往往是不经济的，甚至是不可能的。（3）在有些情况下，需要用一个工作机带动几个工作速度不同的工作机。（4）为了工作安全及维护方便，或因机器的外廓尺寸受到限制等其他原因有时不能将原动机和工作机直接连接在一起。由此可见，传动装置是大多数机器或机组的主要组成部分。实验证明，传动装置在整台机器的质量和成本中占有很大比例。机器的运转性能和运转费用在很大程度上决定了传动系统的优劣。因此，不断提高传动装置的设计和制造水平具有极其重要的作用。2、传动的分类按照工作原理的不同，可将传动分为两大类：a）机械能不改变为另一种形式的能的传动机械传动（指广义的机械传动）；b）机械能改变为电能，或电能改变为机械能的传动电传动。机械传动又分为摩擦传动，啮合传动，液力传动和气力传动。摩擦传动和啮合传动的形式很多，发展甚为迅速，新型的高速大功率或大传动比的传动不断涌现。2.2.2剪草机构1、剪切装置剪切装置由滚刀和底刀组成，滚刀和底刀结构如图2.2所示。底刀用六角螺栓固定在底刀架上，剪草时位置不动，刀刃为直线型。滚刀的刀片形状为螺旋曲面，刀刃为螺旋线，五片刀片均匀分布固定在刀架上。剪草时，滚刀向前转动，刀刃由一端开始与底刀刃逐点组成剪口，草随着滚刀刀片螺旋面的旋转被卷进剪口内，并被剪断。上下刀刃剪草过程始终为点接触。图2.2 滚刀和底刀外形图2、刀刃间隙调整装置滚刀和底刀间的间隙，对剪草机构的性能影响很大。间隙太大，草茬不容易被切断；间隙太小，刀刃容易磨损，且切削负载加大。因此要调整好此间隙的大小。刀刃间隙是通过调整底刀架相对滚刀的位置实现的。调整时，左右螺栓必须均匀地进行。首先拧松底刀的固定螺栓，旋转手轮，使螺栓旋转，进而使底刀架前后移动，根据剪草需要选择底刀和滚刀的间隙。以滚刀能用单手轻轻拨动，两刀刃口在全刃内微微相檫，均匀切合，并能剪去0.1mm厚的纸片时为最佳的调整位置。选好后将固定螺栓拧紧，即完成底刀和滚刀刀刃间的间隙调整。3、剪草高度调整装置剪草高度调整装置由装配图中的调节高度块、支架、螺栓、螺母组成。调整底刀刀刃距地面的高度，即可以调整草坪保留的高度。调节高度块上开有三个圆孔，最下面一个13mm的圆孔与后轮轴联结，只要将上面两个11mm的圆孔之一与支架上三个同直径的圆孔之一对齐，用螺栓将其联结，就可以达到调整剪草高度的目的。把螺母拧下，将螺栓取出，根据剪草高度需要选择调节高度块上合适的圆孔之一与支架上圆孔之一配合，用螺栓固定，然后将螺母拧紧，就可完成对剪草高度的调整。4、离合器装置离合器装置是为了使剪草机正向剪草反向停止旋转而特意设置的工作装置，它是由齿轮和其内的弹簧和钢球组成。剪草时，钢球在弹簧的作用下压紧齿轮内壁迫使起和其他齿轮啮合，从而带动滚刀旋转然后与底刀相切剪草的，当手扶手拉动剪草机向后运动时，由于该齿轮的转速大于与之联结的轴的转速，这样在超越离合器作用下该齿轮将相对轴做超越运动，使得滚刀轴静止不动，不与齿轮轴发生干涉。3 手推式草坪修剪机机械结构设计计算3.1 传动系统手推式草坪修剪机的传动系统由齿轮、轴、轴承和离合器等组成，下面着重介绍齿轮和轴的确定、计算和校核。3.1.1齿轮的确定齿轮以传递运动为主，由于标准直齿圆柱齿轮传动的功率和速度可以很大，效率高，对中心距的敏感性小，装配维修方便，成本低，因此在该传动装置中全部采用标准直齿圆柱齿轮。齿轮的计算准则由失效形式确定，闭式传动的齿轮，主要失效形式是接触疲劳磨损、弯曲疲劳折断和胶合。一般只进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算。有短时过载时，还应进行静强度计算。拟定采用三级传动，传动简图如图3.1所示。由原始数据选定电动机型号为Y160M-4。滚刀轴转速为1000r/min。初步估计轮子直径320mm，内齿轮直径270mm；根据需要滚刀每秒次数为20转左右，定传动比为。由柴油机动力草坪修剪机可以大致估算剪草所需的转矩。根据资料取功率3.7kw，转速n=3200r/min，由此可以计算得转矩T为：T=11042Nmm。图3.1 传动简图1、齿轮1，2的确定及计算根据传动要求齿轮1用20C r，渗碳淬火+低温回火处理，硬度为5662HRC，平均取59HRC；齿轮2用40Cr，调质处理，硬度为241286HB，平均取260HB。（1）初步计算转矩根据以上数据计算得 =11042Nmm 齿宽系数 由参考书表12.13，取得 =1.0接触疲劳极限 由参考书图12.17d =1250MPa 参考书图12.17c =710MPa初步计算的许用 0.9接触应力 =0.91250 =1125 MPa 0.9 =0.9 710 =639MP值 由参考书表12.16，取=85 =85初步计算齿轮1的直径 （3.1）其中：为转矩；为齿宽系数；为接触应力。 =85 =28.1mm 取=30mm初步齿宽 =1.030 =30mm （2）齿轮1，2的校核计算圆周速度 = = m/s精度等级 由参考书表12.6 选8级精度齿数和模数 初取； 由参考书表12.3，取mm mm则，圆整取 齿轮1直径 mm mm mm mm使用系数 由参考书表12.9 动载系数 由参考书图12.9 齿间载荷分配系数 由参考书表12.10，先求 N N/mm N/mm 由此得 齿向载荷分布系数 由参考书表12.11 其中：。载荷系数 （3.2） 弹性系数 由参考书表12.12 节点区域系数 由参考书图12.16 接触最小安全系数 由参考书表12.14 总工作时间 预期使用寿命10年，每年100个工作日，每个工作日时间为2h，则： h应力循环次数 接触寿命系数 由参考书图12.18 许用接触应力 MPa MPa验算 MPa 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。（3）确定齿轮1、2传动主要尺寸实际分度圆直径 mm mm mm mm中心距 mm mm齿宽 mm 取mm mm其它尺寸 ： mm mm mm mm mm mm mm mm（4）齿轮1、2齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 由参考书表12.10， 齿向载荷分布系数 由参考书图12.14 载荷系数 齿形系数 由参考书图12.21 应力修正系数 由参考书图12.22 弯曲疲劳极限 由参考书图12.23c MPa MPa弯曲最小安全系数 由参考书表12.14 应力循环次数 弯曲寿命系数 由参考书图12.24 尺寸系数 由参考书图12.25 许用弯曲应力 MPa MPa验算 MPa MPa 传动无严重过载，故不作静强度校核。2、齿轮3、4、5的确定计算齿轮3用20Cr，渗碳淬火+低温回火处理，硬度为5662HRC，平均取59HRC；齿轮4用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB；齿轮5用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。计算步骤如下：（1）初步计算转矩 Nmm齿宽系数 由参考书表12.13，取得 接触疲劳极限 由参考书图12.17d 参考书图12.17c 初步计算的许用 接触应力 值 由参考书表12.16，取=85 =85初步计算齿轮3的直径 ： mm 取mm初步齿宽 mm（2）齿轮3校核计算圆周速度 m/s精度等级 由参考书表12.6 选8级精度齿数和模数 初取 mm 由参考书表12.3，取mm mm 则 mm使用系数 由参考书表12.9 动载系数 由参考书图12.9 齿间载荷分配系数 由参考书表12.10，先求 N N/mm N/mm 由此得 齿向载荷分布系数 由参考书表12.11 载荷系数 弹性系数 由参考书表12.12 节点区域系数 由参考书图12.16 接触最小安全系数 由参考书表12.14 总工作时间 应力循环次数 接触寿命系数 由参考书图12.18 许用接触应力 MPa MPa 验算 MPa 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。（3）确定传动主要尺寸实际分度圆直径 mm mm中心距 mm齿宽 mm 取mm mm其它尺寸 ： mmmm mm mm mm mm mm mm（4）齿轮3齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 由参考书表12.10， 齿向载荷分布系数 由参考书图12.14 载荷系数 齿形系数 由参考书图12.21 应力修正系数 由参考书图12.22 弯曲疲劳极限 由参考书图12.23d MPa 参考书图12.23c MPa弯曲最小安全系数由参考书表12.14 应力循环次数 弯曲寿命系数 由参考书图12.24 尺寸系数 由参考书图12.25 许用弯曲应力 MPa MPa验算 MPa MPa 传动无严重过载，故不作静强度校核。（5）齿轮4、5齿面接触疲劳强度校核计算转矩 Nmm齿数和模数 分度圆直径 mm mm 齿宽 由mm取 mm齿宽系数 圆周速度 m/s精度等级 由参考书表12.6 选8级精度使用系数 由参考书表12.9 动载系数 由参考书图12.9 齿间载荷系数分配系数 由参考书表12.10，先求： N N/mm N/mm 由此得 齿向载荷分布系数 由参考书表12.11 载荷系数 弹性系数 由参考书表12.12 节点区域系数 由参考书图12.16 接触最小安全系数 由参考书表12.14 总工作时间 应力循环次数 接触寿命系数 由参考书图12.18 许用接触应力 MP验算 MPa 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。（6）齿轮3、4齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 由参考书表12.10， 齿向载荷分布系数 由参考书图12.14 载荷系数 齿形系数 由参考书图12.21 应力修正系数 由参考书图12.22 弯曲疲劳极限 由参考书图12.23c MPa MPa弯曲最小安全系数 由参考书表12.14 应力循环次数 弯曲寿命系数 由参考书图12.24 尺寸系数 由参考书图12.25 许用弯曲应力 MPa MPa验算 Mpa MPa 传动无严重过载，故不作静强度校核。3.1.2轴的确定1、轴1的计算材料选用40Cr，轴以传递转矩为主，所以只要进行许用切应力计算即可。（1）估算轴径 mm 取mm。（2）轴的结构设计由于齿轮直径较小，轴的直径也很小，所以做成齿轮轴的形式，如图3.2所示。（3）强度校核根据轴的受力图，画出转矩图，并校核轴径得知该轴符合强度要求。（4）刚度校核轴承受载荷小，主要受扭转变形，对其扭角进行校核，得出轴完全符合刚度要求。图3.2 轴1（5）轴承的选择由于滚动轴承与滑动轴承相比，具有：a）摩擦阻力矩较小；b）径向有隙较小、运转精度较高；c）结构紧凑简单等优点，而轴承主要传递径向载荷，所以选用应用广泛的深沟球轴承。根据轴径选取型号: 选用两对型号为6003的深沟球轴承，其基本参数如下：。（6）轴上零件的固定由于轴跨距较短（L400mm），在常温下工作，所以支点采用两端单向固定的方式，每个轴承分别承受一个方向的轴向力，轴承两端各用轴肩固定内圈，弹性挡圈固定外圈。2、轴2的计算材料选用40Cr，轴以传递转矩为主，所以只要进行许用切应力计算即可。（1）估算轴径 mm 取20mm。（2）轴的结构设计如图3.3所示。图3.3 轴2（3）强度校核根据轴的受力图，画出转矩图，并校核轴径得知该轴符合强度要求。（4）刚度校核轴承受载荷小，主要受扭转变形，对其扭角进行校核，得出轴完全符合刚度要求。（5）轴承的选择根据轴径选取型号: 选用两对型号为 6202 的深沟球轴承，其基本参数如下：。（6）轴上零件的固定齿轮3向右用轴肩定位，向左用套筒，套筒内径取15mm，外径取25mm；同样齿轮2向左用轴肩定位，向右用套筒，套筒内径取15mm，外径取25mm；轴承两端各用套筒固定内圈，弹性挡圈固定外圈。3、轴3的计算（1）估算轴径 mm 取20mm。（2）轴的结构设计如图3.4所示。图3.4 轴3（3）强度校核根据轴的受力图，画出转矩图，并校核轴径得知该轴符合强度要求。（4）刚度校核轴承受载荷小，主要受扭转变形，对其扭角进行校核，得出轴完全符合刚度要求。（5）轴承的选择根据轴径选取型号:选用两对型号为 60024的深沟球轴承，其基本参数如下：。（6）轴上零件的固定齿轮4向右用轴肩定位，向左用套筒，套筒内径取20mm，外径取28mm；左端轴承用套筒固定内圈，弹性挡圈固定外圈；右端轴承用轴肩固定内圈，弹性挡圈固定外圈。3.1.3离合器本文中选用带超越离合器的齿轮取代了一般的离合器，目的在于更好的完成齿轮的离合。如图3.5所示。当用人工为动力时，齿轮完成啮合，正常传动，使整个系统顺利完成工作。当用电力时，离合器将两齿轮断开，成为电机带动。图3.5带超越离合器的齿轮3.2剪草机构3.2.1滚刀的设计1、滚刀螺旋角的确定滚刀基本参数：直径：150mm；滚刀长度：350mm；滚刀片数：5。如图3.6所示，Px为螺旋线导程，L为滚刀长度，D为滚刀直径。由图3.6所示可知： 图3.6 滚刀Px=5L=5350=1750mm螺旋角公式： （3.3）从而可以求得：=15.06。考虑到剪草的连续性，实际的螺旋角应该比该值大，取。2、滚刀前角和后角的选择前角决定切削刃的锋利程度和刃口强固程度。锋利的刀片刃口会使被切割的草坪获得较高的平滑度，而钝的刃口则会使草坪分叉、粗糙不平。因此保持刀片刃口的锋利是非常重要的。因此前角对剪草质量有着至关重要的影响。前角越大，切削刃越锋利，切削力越小，滚刀的磨损越小。剪草过程中滚刀的切削力很小，前角增大对刃口强度和刀具耐用度的影响很小。综合考虑多种因素，最终取滚刀法向前角=30。 图3.6所示。后角的大小影响后刀面与草坪之间的摩擦，对剪草质量有重要影响。增大后角，刃口锋利，更易切入。考虑到滚刀用来剪草，并且滚刀和底刀相互作用形成剪刀式剪切原理，所以滚刀刀刃的后角取较大值，以保证获得锋利刀刃，决定取后角=20。3.2.2底刀的设计剪草过程中，底刀固定，滚刀旋转与之相切，形成剪刀式剪切原理来切断草茬，底刀宜有一定的倾斜角，即前角。由于底刀很薄，取该角30。4手推式草坪修剪机的使用说明4.1安全事项出于安全的考虑，16岁以下的儿童以及不熟悉本使用说明书的人员均不得使用该手动割草机。每次使用之前都需要进行一次检查，确认所有的螺栓、螺母、工具都没有磨损或损坏，对于磨钝或损坏了的刀片应当成套更换。再检查一下要割草的草坪表面，要清除干净石头、木块、电线、等其他坚硬的物体。旁边有人，尤其是儿童和动物的时候，不要使用该割草机。操作者要对造成的伤害负责。割草时一定要穿用防滑底做成的结实靴子。刀片转筒和操作人员之间的安全距离是通过导杆隔开的，一定要一直保持这个安全距离。在堤岸或斜坡上割草时尤其要注意，小心操作。操作者一定要保证安全距离，一定要穿上防滑靴，在斜坡上工作时定要顺着斜坡的方向割。当后退拉动割草机时要特别小心。有绊倒的危险！任何时候都不要将您的手或脚放在运动部件的上方或下方。如果刀具或割草机遇到障碍或坚硬的物体时，一定要适当全面地检查割草机。只有在能见度好，视野清晰的时候才可以进行工作。4.2安装草坪修剪机总图如图4.1所示。图4.1 剪草机总图杆架是用附带的螺栓安装的，左侧杆上有孔洞，可以穿过装杆螺栓。这只有在杆架处于垂直位置时才能装上，因为孔槽和安全销都是必须精确安装的。右侧杆上，杆架孔只要轻轻地用力向下推到第二个装杆螺栓上就可以了。调节割草高度如图4.2、图4.3所示。 图4.2 拆装简图将割草机放到水平稳固的地面上。站到割草机的后面，以便您可以将一只脚放到辊轴上（图4.2）。松开两个螺丝，您就可以用两手将调节压板调节到您想要修剪的高度了。（图4.3） 图4.3 拆装简图集草斗如图4.4所示。图4.4集草斗 使用集草斗时，您可以省去再耙集割下的碎草的麻烦了。干爽的时候割草，并以快步前进的速度推动割草机，可以取得很好的收草效果。4.3维护保养割草机的割草齿轮在出厂前已经调到最佳位置了，如果使用较长一段时间以后无法将草割得齐整，或者刀片转筒碰到了下刀片，那么底部刀片就应作如下调整：1、在割草机左侧，在刀片转筒上的一个刀片与底部刀片之间，推入厚度隔距片。2、用10毫米开口扳手向右旋转六角螺拴，直到轻轻碰到厚度隔距片时停止。3、在本割草机的右侧重复以上操作。现在您可以作测试，转动刀片转筒，底部刀片不应当碰到5个刀片中的任何一片。切割装置调节工作完成后，用报纸进行一次切割试验，如图4.5所示：图4.5 切割试验 5 结 论通过近半年来的设计，到现在已经取得了阶段性的进展和收获，主要有以下几点：1、了解了手推式草坪修剪机的发展前景和国内的发展状况。2、对手推式草坪修剪机进行了总体设计和结构分析；3、对手推式草坪修剪机的传动系统进行了详细的设计计算，包括里面的传动齿轮、传动轴等零件校核；4、对剪草机的剪草机构进行了设计，同时对其附件滚刀和底刀进行设计；5、对手推式草坪修剪机的装配
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