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绿篱
修剪
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绿篱修剪装置的设计,绿篱,修剪,装置,设计
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城市绿篱修剪机设计CITY HEDGE TRIMMING MACHINE DESIGN摘要随着我国城市道路建设的不断加快，需要修剪的绿篱面积也在不断扩大，随之而来的便是人力物力投入的增加，但是目前的绿篱机大多以手持为主，劳动强度偏高而且效率也并不高。针对这种现状，设计了一种小型手推式绿篱机，包括动力系统设计和行走装置设计、修剪装置设计和升降装置设计，相比现在小型绿篱修剪机以手持式为主的状况，该绿篱修剪机能够有效降低绿篱修剪的劳动强度，提高修剪质量，并且拥有比较广阔的市场前景。除此之外，该绿篱机相比于手持式修剪机拥有较高的修剪效率，并且在节能、降噪、环保方面拥有很大的提升。关键词 绿篱修剪机；节能；降噪；环保1AbstractWith the acceleration of urban road construction in our country, the hedge area that needs pruning is also expanding, which is accompanied by the increase of human and material resources investment, but most of the current hedge machines are hand-held, labor intensity is high and efficiency is not high. In view of this situation, a small hand-pushed hedge trimmer is designed, including power system design and walking device design, pruning device design and lifting device design. Compared with the current situation of hand-held hedge trimmer, the hedge trimmer can effectively reduce the labor intensity of hedge trimming, improve the quality of trimming, and has a relatively broad market prospects. In addition, compared with the hand-held trimmer, the Hedge machine has higher trimming efficiency, and has a great improvement in energy saving, noise reduction and environmental protection.Keywords green hedge machine energy conservation noiser eduction environment alprotection11目 录摘要1Abstract21绪论61.1绿篱修剪机的发展61.2国内外园林机械的发展现状61.3绿篱修剪机的研究现状71.3.1国内研究现状分析71.3.2国外研究现状分析71.4园林机械行业的发展特征和趋势71.4.1发达国家产能向发展中国家转移71.4.2产品的自动化和多功能化程度将逐步提高81.4.3行业自动化水平逐步提升81.4.4技术的进步推动产业的升级81.5市场供求状况及变动趋势81.5.1国际市场81.5.2国内市场91.6市场格局91.6.1国际市场格局91.6.2国内市场格局91.7主要研究内容102绿篱修剪机总体设计112.1结构组成112.2主要性能数据122.3工作原理和过程123绿篱修剪机的零部件设计143.1动力系统143.2确定电动机的容量、转速和型号143.2.1确定电动机的容量143.2.2确定电动机的转速和型号153.3链及链轮设计153.3.1链传动的特点及应用153.3.2确定链轮齿数和选材153.3.3确定链条节距163.3.4确定链长及中心距163.3.5验证链速163.4链轮尺寸的确定163.4.1小链轮163.4.2大链轮173.5带及带轮的设计183.5.1带传动的概述183.5.2带传动的类型183.5.3 V带的类型与结构193.5.4 V带的选择193.5.5功率的计算193.5.6带型的选择193.5.7带轮的基准直径193.5.8带轮的速度193.5.9轴间距的确定193.5.10 基准长度的确定193.5.11实际中心距和带轮包角的计算203.5.12确定带的根数203.5.13确定带的初拉力203.5.14压轴力的计算213.6轴、定位键及轴承的设计213.6.1轴的用途和分类213.6.2主轴尺寸及材料确定213.6.3定位键的选择和连接强度的计算223.6.4确定主轴的最小直径223.6.5轴的校核233.6.6滚动轴承的确定233.6.7轴承的校核244其他零部件264.1刀具264.1.1刀具整体性能参数264.2手动式液压泵的选择264.2.1液压缸的选型274.3滑块与曲柄连杆274.4机架及其底座的选材27结论28致谢29参考文献301绪论根据目前园林绿化机械应用及发展现状可以将其进行系统的归纳分类，目前使用的园林绿化机械大致分为以下几类：割草机；割灌机；绿篱机；油锯；打药机等。从园林机械的发展历程来看，它的发展基础便是农业机械，西方的发达国家早在20世纪初期便已经开始在园林绿化作业中使用机械设备。随着社会经济的不断发展以及居民生活水平的不断提高，现如今人们对于生活环境质量的要求也越来越高了。良好的生活环境以及合理的生态系统一直都是人们赖以生存和持续发展的必不可少的重要条件，因此，城市绿篱在人类发展历程中扮演着极其重要的角色。因其可修剪成各种造型再加上可以进行互相组合搭配，从而起到了美化城市的重要作用。除此之外，城市绿篱还具有防烟止尘、降低噪音等的重要功能，定期修剪不但可以营造整齐的树丛，而且可以让绿篱生长得更科学，更繁茂。1.1绿篱修剪机的发展作为林业机械的一个分支，园林绿化机械行业发展至今已有超过百年的历史。世界上第一台割草机于1805年在英国诞生，标志着园林机械行业的发展拉开了序幕，此后多种不同类型的绿篱机械设备相继出现。随着时间的推移，小型园林绿化和养护机械开始进入欧美等发达国家和地区的家庭，逐渐成为家庭常备机具；20 世纪末，各国主要城市的绿地建设和养护作业基本实现机械化。进入21世纪之后，随着世界经济的高速发展，同时伴随着机械制造行业的不断进步，园林绿化机械行业步入了高速发展的时代。1.2国内外园林机械的发展现状从目前的市场分布份额来看，目前园林机械产品的主要消费区域依旧是欧美等发达国家，我国同大部分发展中国家一样，在园林机械的发展方面仍处于发展的初级阶段。国内的园林绿化机械行业的发展始于上世纪70年代末期，紧接着，美国 MTD（美特达）、德国 STIHL（斯蒂尔）、瑞典 HUSQVARNA（富世华）等国际知名园林机械生产厂商开始进入我国市场，将各类园林机械产品引入我国，同时也促进了国内相关行业的发展。进入改革开放的新时期后，国内的经济步入高速发展时期，随之而来的便是城市建设的不断扩大，公共绿化面积的不断增长，再加上人们生活水平的提高，对生活环境质量的日益看重，所以从上世纪90年代开始我国的园林机械行业步入快速发展时期，其主要的快速发展标志便是除了园林机械厂和林业机械厂生产的园林绿化机械设备以外，一些实力较强的机械厂、机床厂开始生产各式各样的园林绿化机械，其中一些小型的园林绿化机械已经开始走出国门受到世界各地的广泛好评。除此之外，我国的园林绿化机械作业的比重与其他发达国家的全盘机械化相比也有很大的差距，国内大多以人力作业为主，劳动强度大而且工作效率也并不高。综上所述，目前我国的园林绿化机械行业的发展仍处于初级阶段，未来还有很长的一段路需要走。1.3绿篱修剪机的研究现状进入 21 世纪以后，随着世界经济的增长，且伴随着机械制造技术的不断进步，行业进入了快速发展时期。现在的绿篱修剪机相较以往的修剪机在多方面有了很大的提升，首先是在尺寸上，现在的绿篱修剪机体型更加的小巧，操作起来也更加简单方便；其次便是更加的智能化了，进一步减轻了使用者的劳动负担；最后便是实现了多功能化，一机多用，给使用者带来了诸多的便利。1.3.1国内研究现状分析我国改革开放进入新的时期后，经济快速发展，城市化进程不断加快，城市公共绿化面积逐年增长；同时，居民收入水平显著提高，对居住环境的要求也不断上升，生活小区、别墅以及城市公共绿地的绿化建设不断完善，越来越多的家庭开始在自家阳台、屋前空地以及屋顶等位置开展各种园艺活动，并添置了众多园林机械产品。在此背景下，我国的园林机械行业迎来了发展的契机，涌现出众多规模不一的园林机械生产企业。目前我国的城市绿篱，普遍采用的是手持式油锯或手动修枝剪，国内目前只生产 LT 系列等便携式绿篱修剪机。1.3.2国外研究现状分析国外的园林机械行业起步较早，目前的园林机械设备大多以汽油机和电动机作为动力源。此外，切割机械以往复式为多，日本的小松、德国的STIHL、瑞典的HUSQVARAN等均生产有各种不同规格的便携式绿篱修剪机。大型自走式绿篱修剪机主要有车载式和臂架悬挂式两种，技术比较成熟的有以下3种机型：一是车载式绿篱修剪机；二是车载悬挂式绿篱修剪机；三是臂架悬挂式绿篱修剪机。现如今，国外的园林机械设备逐渐向自动化和多功能化方向靠拢。1.4园林机械行业的发展特征和趋势1.4.1发达国家产能向发展中国家转移由于人力成本、运营成本不断上升，欧美等发达国家和地区的园林机械生产厂商纷纷将产能向具有成本优势的发展中国家和地区转移，在当地建设厂房，采购由当地企业生产的零部件产品进行组装或者与当地的生产厂商进行包括OEM、ODM等在内的多种形式的合作。国际产能的转移为发展中国家和地区的园林机械企业带来了大量先进技术与管理经验，创造了良好的发展机遇，也带来了大量的商业机遇。在与外资厂商合作时，国内整机或者零部件生产厂商会根据对方的要求进行产品质量管理和生产，而外资厂商会定期或不定期对产品质量以及生产管理过程进行检验。通过与外资厂商的合作，发展中国家和地区的园林机械生产企业可以向国际先进水平学习，大幅提升自身生产管理水平和技术研发能力，为提高自身产品在国际市场的竞争力打下坚实的基础。1.4.2产品的自动化和多功能化程度将逐步提高园林机械行业的发展过程也就是其产品自动化程度不断提高的过程。以割草机为例，当割草机首次进入家庭庭院时，是步行操纵推行式产品，使用起来有诸多不方便的地方，此后便逐渐被步行操纵自走式产品所替代；随后，产品自动化程度更高的小型坐骑式草坪割草机开始出现并逐步得到市场的广泛认可；割草机具备的功能也在不断多样化，除基本除草功能以外，逐步加入了碎草、收集、清洗、行走调速等功能，为使用者提供了更大程度的便利。因此，随着经济的发展，未来人们对园林绿化机械设备的自动化和多功能化的要求也将不断提高。1.4.3行业自动化水平逐步提升国内园林机械行业生产厂商受制于生产装备水平，消耗原材料和能源较多，自动化程度相对较低，生产效率不高；同时自动化程度较低也意味着对劳动力的依赖较为严重。近年来，国内制造业普遍面临着人工成本持续上升、招工相对困难的不利情况，为降低原材料和能源的消耗以及人工成本，越来越多的企业开始引入自动化和半自动化设备，在提高生产效率、保持成本优势的同时，进一步提高产品质量和稳定性。因此，通过提升自动化程度降低能源、材料的消耗以及人力成本，积极采用新型高效工艺技术、自动化设备以及信息化技术来提升生产效率已成为行业的发展趋势。1.4.4技术的进步推动产业的升级国内园林机械行业起步较晚，技术研发水平相对落后，整体设计能力、减排管理、生产工艺水平相对较低，难以满足国际上园林机械产品的排放和产品安全标准，导致产品的档次和附加价值不高。经过多年的技术引进、消化和吸收，国内厂商的技术研发水平得到了明显提升，部分优质企业已具备较强的自主研发和技术创新能力，掌握了部分产品的核心技术，推进产品的升级换代以满足不断更新的环保及安全标准，实现了产品档次及附加值的不断提升，盈利能力得到显著增强。通过科学技术手段，加强新产品、新技术的研究和开发，提高产品的环保、安全性能，不断提升产品、品牌的附加价值，从而提升产品的核心竞争力，已经成为我国园林机械行业实现产业升级的必然选择。1.5市场供求状况及变动趋势1.5.1国际市场随着经济的发展、环保意识的增强，人们对绿色健康生活、优质居住环境的要求越来越高，园艺活动已经成为日常生活的重要组成部分之一。欧美等发达国家和地区的园林机械市场较为成熟，其消费需求占据了全球市场的绝大部分份额。此外世界园艺装备行业未来将保持 4.2%的年复合增长率， 2019 年市场规模将达到 235 亿美元，而园林机械作为园艺装备中的重要组成部分，也将迎来需求的持续增长。1.5.2国内市场随着我国 GDP 总量不断增长，国土绿化面积不断增加等因素的影响，我国园艺用品行业得到了持续健康的发展，市场容量 2007年为 15.90 亿元， 2015 年达到 87.40 亿元，2019年将达到183亿元，年复合增长率为 23.74%。而根据我国各细分市场调查，园林机械类产品在园艺用品中所占的比重最高，达到 55%。按此比例推算，2019 年国内园林机械产品市场容量将达到 100.65 亿元。虽然市场容量相较于海外发达国家和地区仍存在较大的差距，但随着绿色环保意识深入人心，政府和普通消费者均会不断加大在环境保护、绿化建设、园艺活动等领域的投入，从而带动国内园林机械市场的持续快速增长。1.6市场格局1.6.1国际市场格局整机市场上，欧美等发达国家和地区的企业凭借生产技术、品牌以及销售渠道等优势，在国际竞争中占据有利地位，具有代表性的厂商包括德国STIHL、意大利GGP、美国MTD、美国TORO、瑞典HUSQVARNA 等。零部件市场上，欧美、日本等发达国家和地区的生产企业在高端市场具有较强的竞争优势，国内企业主要占据中低端市场。但部分国内企业借助多年的技术、口碑积累，在国际中高端市场中也逐渐占据一席之地。行业内具有代表性的厂商包括美国 Walbro、美国 Fenix、日本 Ikeda等，其竞争状态如下：表1 国际市场格局分析公司名称细分领域主要产品主要市场STIHL整机主要生产油锯，也生产割灌机、绿篱机等；全球GGP整机主要生产割草机；欧洲MTD整机主要生产割草机；欧洲和北美地区TORO整机主要生产割草机；欧洲和北美地区HUSQVARNA整机主要生产各式园林机械；全球TTI整机主要生产各式手持式园林机械和草坪修剪机械；全球Walbro零部件主要生产点火器、飞轮、化油器等零部件；全球Fenix零部件主要生产点火器、调整器、控制器等零部件；全球Ikeda零部件主要生产飞轮磁电机等发动机零部件；全球锋龙股份零部件主要生产点火器、飞轮、汽缸等园林机械零部件；美国、欧洲1.6.2国内市场格局目前，国内的园林机械厂商主要集中在华东地区，包括浙江、江苏、上海、山东等省市，中部及西部地区企业较少，地域集中趋势明显。从参与竞争的企业类型来看，主要包括外资企业和本土企业两大类：外资企业主要为整机生产企业，具有技术、品牌等方面的优势，从而在中、高端园林机械整机市场上占有较大份额，具有代表性的企业主要包括 STIHL、HUSQVARNA 等；本土企业包括整机和零部件生产企业，具有代表性的整机生产企业有中坚科技、沃施股份、派尼尔科技以及中马园林等，其自有品牌主要占据国内中低端产品市场，同时也以OEM、ODM的方式为外资企业进行贴牌生产；而零部件生产企业则以本公司、瑜欣电子以及余姚奥鑫等为代表，将零部件产品供应至整机生产企业，由其完成组装后再行出售。国内市场竞争格局如下：表2 国内市场格局分析公司名称细分领域主要产品主要市场中坚科技整机主要生产油锯，也生产割灌机、绿篱机等；欧洲、大洋洲沃施股份整机主要生产手工具类、装饰类、灌溉类和机械类等四大园艺用品系列；美洲、欧洲派尼尔科技整机主要生产油锯、绿篱机、割草机等；欧洲、北美、南美中马园林整机主要生产油锯；巴西、印尼、俄罗斯等锋龙股份零部件主要生产点火器、飞轮、汽缸等园林机械零部件；美国、欧洲瑜欣电子零部件主要生产点火器、调压器、飞轮等园林机械、舷外机零部件；中国、美国余姚奥鑫零部件主要生产点火器、飞轮等零部件；中国1.7主要研究内容手持式绿篱修剪机操作起来笨重费力且效率不高，本文设计了一种以直流电动机为动力源的小型手推式绿篱修剪设备，解放了劳动力，提高了工作效率且具有较高的经济价值。此绿篱修剪机的主要研究内容如下：（1） 对此小型绿篱修剪机进行整体设计，确定工作对象，确定整体基本参数，确定关键机构在底盘上的具体分布情况。（2） 对动力系统的研究和选择，具体就是对电动机工作效率的确定以及电动机的选型，其次便是链轮带轮尺寸的确定和材料的选择，然后是主轴尺寸、材料的确定和滚动轴承的选择。（3） 最后便是对其他零部件的设计和选型，具体是对刀具尺寸、材料的选择，然后就是对液压升降系统的确定以及液压缸的选型，最后是机架和底座材料的选择和确定。2绿篱修剪机总体设计2.1结构组成本文设计的手推式绿篱修剪机的主要组成结构为：机架、电动机、电瓶、手动式液压泵、运动机构、轴、升降柱、动、静刀片、动刀片导向机构（曲轴、滑块）等。总装图如图2-1所示1.脚轮2.手动式液压泵3.电机4.电瓶5.机架6.主动链轮7.从动皮带轮8.手把9.张紧链轮10.从动链轮11.升降柱12.刀具13.滑块14.曲轴15.轴图2-1总装示意图2.2主要性能数据整车尺寸（长宽高）1500mm1000mm1200mm总体质量120kg额定载荷650kg修剪高度范围500-1000mm修剪宽度范围220-800mm电动机额定功率800w持续工作时间=6h最大修剪绿篱树枝直径15mm2.3工作原理和过程此绿篱修剪机以电动机为动力，配有电瓶用以续航，修剪前先通过手动式液压泵和调节张紧轮的位置来确定刀具修剪的高度，传动装置便是带轮和链轮系统还有曲柄滑块机构，小车底下配有车轮修剪时配合人力的推动来完成修剪工作。具体工作原理：蓄电池给电动机供电，电动机进行转动，主动带轮转动，从而带动从动带轮，紧接着从动带轮将动力通过张紧轮传递给主动链轮，最后借助曲柄滑块机构将动力传给上刀片，因为下刀片是固定的，所以上下刀片之间形成了往复直线运动，从而形成了修剪效果。其传动示意图如图2-2所示图2-2动力传动示意图3绿篱修剪机的零部件设计3.1动力系统本绿篱修剪设备的刀具参考的是现有的手持式油锯，刀片齿数为19，转速为1000r/min，所以每秒的剪切长度为550mm，刀片每转一圈的剪切长度为550/16.67=33.0mm，每个齿的剪切长度为33.0/19=1.73mm。由机械设计手册中的表可知单位切削力约为5N/mm。所以，切削力F=55N，剪切时刀轴扭矩T=Fl=1.1Nm，剪切所需功率为P1=1000T/9550=0.115KW=155W。此类修剪设备常用的动力设备有电动机、汽油机和柴油机，因为设计的绿篱修剪机有自走装置再加上述计算和分析得知设备并不需要太大功率的动力系统，所以这里我选择电动机。交流电动机工作时还需要外接电源，这样会带来诸多不便还容易引发安全事故，为了避免这些问题我选择直流电动机再配以蓄电池。再加上修剪的绿篱枝桠直径最大为15mm，参考其他修剪设备的设计方法，初步确定电动机的功率在0.75KW左右。3.2确定电动机的容量、转速和型号3.2.1确定电动机的容量选择电动机容量就是确定电动机的额定功率，要考虑电动机的发热、过载能力和起动能力3方面因素，但一般情况下主要由运行发热条件而定。对于载荷不变或变化不大，且在常温下长期连续运转的电动机（设计中通常涉及的电动机，其他运行状况下电动机容量的选择方法可参阅相关资料），只要其所需输出功率不超过其额定功率，工作时就不会过热，可不进行发热计算。这类电动机按以下步骤确定： 电动机所需工作功率为：由公式、 （3-1）可得 式中：Pd电动机的输出功率，KW；PW工作机所需功率，KW；电动机至工作机主动轴之间的总效率。由机械设计手册可得各部分效率为：V带效率，轴承座效率，链轮效率，代入得：由设计要求知n=9000r/min所以 rad/s且 又m=10kg，R=100mm可得0.005因此电动机的输出功率为：确定电动机额定功率：根据计算出的功率可选定电动机额定功率由参考资料中的技术数据表，确定电动机功率为0.8KW。3.2.2确定电动机的转速和型号电动机的类型有很多，因为本设计中电动机只需要给带轮、链轮还有刀具提供动力，所以这里我决定选用直流电动机，因上面计算得知电动机额定功率为800W，为了满足条件选择功率为20W-1200W的ZYT系列永磁直流电机，电压为24V，扭矩为0.05Nm-3822Nm，最高转速为10000r/min，满足本设计的一切要求。此外，安装方式采用底脚安装。3.3链及链轮设计3.3.1链传动的特点及应用链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成。通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。与摩擦型的带传动相比，链传动传动效率较高；作用于轴上的径向压力较小；链条采用金属材料制造，结构较为紧凑。与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，成本也低。在一般机械传动中，常用的是传动链。其中滚子链常用于传动系统的低速级，一般传递的功率在100KW以下，链速不超过15m/s，推荐使用的最大传动比i8。齿形链应用较少。综上所述，在本次设计中选择滚子链。3.3.2确定链轮齿数和选材因为电动机的最高转速为10000r/min，刀具转速为1000r/min，所以链轮这里的传动比选为3：1，参数由图3得：小链轮齿数为=25，大链轮为=75。图3-1 小链轮的齿数选择Z1，Z2取奇数，链节数Lp为偶数时，可提高链轮和链条的使用寿命。由机械设计中的表10-1，小齿轮的材料选择40Cr（调质），齿面硬度280HBS，大齿轮材料为45号钢（调质），齿面硬度240HBS。3.3.3确定链条节距因为 = （3-2）得主动链轮齿数系数，由表9-6得工况系数。为使运动平稳，结构紧凑，选取小节距单排链。根据工作要求确定小链轮转速为180r/min，查设计手册得链号为10A-1-87 GB/T 1243-1997，节距为。3.3.4确定链长及中心距若链传动中心距过小，则小链轮上的包角也小，同时啮合的链轮齿数也减小；若中心距过大，链条易抖动。初选中心距,最大中心距。 按下式计算链节数Lp： （3-3），即=3.3.5验证链速 因为 （3-4）即： m/s3.4链轮尺寸的确定3.4.1小链轮分度圆直径公式为 （3-5）式中：d分度圆直径，mm； P链条节距，mm； Z链条齿数。代入数据可得：又 （3-6）式中：da齿顶圆直径，mm；P链条节距，mm； Z链轮的齿数。经计算可得：所以齿顶圆直径为136.68mm且 (3-7)式中：df齿根圆直径，mm；d1滚子外径，mm经计算可得：具体尺寸如图3-1所示图3-2小链轮示意图3.4.2大链轮分度圆直径 所以，经计算可得齿顶圆直径所以 齿根圆直径 所以 还需确定链轮的参数：齿侧圆弧半径、滚子定位圆弧半径和滚子定位角。由机械设计手册可得各参数数据如下图所示：图4-1链轮的参数，。小链轮：=65.43 (3-8)=140-=137.4大链轮：=218.83mm (3-9)=138.3为实现链轮与轴的配合，两链轮都应在中心开有直径为50mm的通孔。根据轴直径大小，查阅设计手册，两链轮和与其配合的轴都应开有1610mm的键槽。3.5带及带轮的设计3.5.1带传动的概述带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮和传动带。当主动带轮转动时，利用带轮和传动带之间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动带轮。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，在近代机械中应用广泛。3.5.2带传动的类型按照工作原理的不同，带传动可分为摩擦型带传动和啮合型带传动。在摩擦型带传动中，根据传动带的横截面形状的不同，又可以分为平带传动、圆带传动、V带传动动和多楔带传动。3.5.3 V带的类型与结构V带的型式根据其结构分为包边V带和切边V带两类，带由胶帆布、顶胶、芯绳和底胶等4部分组成。窄V带的横截面结构与普通V带类似。当V带垂直于其顶面弯曲时，从横截面上看，在顶胶和底胶之间的某个位置处宽度保持不变，这个宽度称为带的节宽bp。把V带套在规定尺寸的测量带轮上，在规定的张紧力下，沿V带的节宽巡行一周，即为V带的基准长度Ld。3.5.4 V带的选择V带传动允许的传动比大，结构紧凑，所以将普通V带作为本设计中最合适的选择。3.5.5功率的计算查书由表13-8，得KA=1.0。且Pc=KAP （4-1）得Pc=0.75KW。3.5.6带型的选择根据Pc=0.75KW和n=9000r/min，查机械设计手册的图13-5知：属于A部分，应选A型带。3.5.7带轮的基准直径由设计手册的表13-9得d=90mm，小带轮直径为108mm，大带轮直径为160mm。3.5.8带轮的速度由公式 （4-2）得：m/s在的范围内，速度适中，传动平稳功率也达标，满足设计条件。3.5.9轴间距的确定因为所以取。3.5.10 基准长度的确定由 （4-3）得：查表13-2，确定Ld=2240mm。3.5.11实际中心距和带轮包角的计算由 （4-4）得：809mm 由 （4-5）得带轮包角为因为最小的包角=120，所以满足设计所需要的条件。3.5.12确定带的根数因 （4-6）且n=3000r/min，d=108mm由表13-4得1.45KW，传动比为3：1查表13-5得0.36由表13-7得0.98由表13-2得得：1.8取Z=23.5.13确定带的初拉力因为 （4-7）查表13-1得q=0.1kg/m 所以85N3.5.14压轴力的计算因为 （4-8）所以332N所以压轴力为332N。图3-2带轮示意图3.6轴、定位键及轴承的设计3.6.1轴的用途和分类作为机器的主要零件，轴的主要作用便是支承回转零件和传递运功和动力。根据承受载荷的不同，可分为转轴、心轴、传动轴三类。根据轴线形状的不同，分为曲轴和直轴。3.6.2主轴尺寸及材料确定主轴在工作中既承受弯矩又承受扭矩，所以选择转轴。根据皮带轮的大小可以计算出来和带轮配合的轴的直径，根据设计和安装的要求轴的尺寸如下：轴长为830mm，连接有带轮的轴端到轴肩的距离55mm，轴的连接带轮的轴径为32mm;轴肩轴径为38mm，与滚动轴承座配合的轴径为40mm,与链轮相连接的轴径为20mm,轴肩轴径为22mm，链轮与带轮的轴肩距离为30mm。安装时先把皮带轮安装好固定住，再安装链轮。主轴的示意图如3-3所示图3-3轴示意图轴的材料：轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度 ，在本设计中主轴承受的载荷并不大，在此基础上可以选择45号钢或者Q235号钢，相较于Q235号钢45号钢的机械性能要更好些更适合用来做轴类零件，所以在本设计中主轴的材料选择45号钢。 3.6.3定位键的选择和连接强度的计算为了实现轴和轮毂之间的周向固定和传递转矩，以及为了防止轴上零件的相对运动，必须进行轴向的定位来保证其工作位置的准确性。在此基础上了解到键的连接形式主要有4种，分别为平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。本设计中选择平键连接，因为平键连接具有结构简单、拆装方便、对中性好等优点。同时，平键又分为4种，分别为普通平键、薄型平键、导向平键和滑键四种。普通平键又分圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）,在此设计中选择B型普通平键以起到良好固定和分散应力的作用，轴套起轴向定位的作用。键、轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压用力p=100-120MPa,取其平均值为110MPa。轴的直径d=40mm，查表6-1可得键的高度为8mm，因为是平头平键所以键的工作长度l=L=1.5d=60,因表6-1里只有63所以这里键长取63mm。由式（6-1）可得所以符合要求。此外可求得带轮的定位键尺寸为：键B1283。链轮的定位键尺寸为：键B662。 3.6.4确定主轴的最小直径扭转强度的计算，适用于只承受转矩的传动轴的计算，也可用于既受弯矩又受扭矩的轴的计算。 （5-1）主轴的选材为45号钢，所以可以查机械设计手册中的表来获得主轴的许用扭切应力，查表14-2可知取1220MPa，C=160135,这里取C=150。此外，在主轴上有两个键槽，所以有：查机械设计手册，取其标准值，所以mm。3.6.5轴的校核轴的扭转切应力为： （5-2）式中：扭转切应力，MPa；，MPa；轴的抗扭截面系数，mm3；轴传递的功率，KW；，r/min；，mm；许用切应力，MPa将数据带入上述公式可得轴的扭转切应力为：6.38MPa又因为轴的材料为45号钢，所以查机械设计手册中表15-3可知45号钢的许用扭切应力为2545MPa。满足，所以经校核后满足设计要求，可以正常工作。3.6.6滚动轴承的确定3.6.6.1滚动轴承的概述滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承。滚动轴承具有启动所需力矩小、旋转精度高、选用方便等优点。此外，滚动轴承便于维护，工作可靠，在中等速度下承载能力较高。3.6.6.2滚动轴承及轴承座的组成滚动轴承一般由四个部分组成，它们分别是内圈、外圈、滚动体和保持架。滚动轴承座，包括底座、上盖、第一螺栓组件、端盖、密封装置、密封压盖，其中底座与上盖的左右两端分别由第一螺栓组件固定连接，底座与上盖内为轴承孔，端盖中部为旋转轴孔，底座、上盖的前后两侧分别由螺栓与端盖固定连接，端盖外侧设有密封腔，内有密封装置，密封装置外设有密封压盖，密封压盖由螺栓与端盖固定连接；其特征在于：轴承座底座、轴承座上盖上一共设有三个润滑孔，这些孔与轴承孔相通，三个润滑孔成120分布。轴承座图如3-4所示图3-4轴承座示意图3.6.6.3轴承的选择常用的滚动轴承的类型有很多，本设计中的轴承主要承受的是径向载荷，由此可知选深沟球轴承(GB/T 2761994)最为合适，相比于其他滚动轴承，深沟球轴承具有摩擦阻力小、转速高、价格低廉等优点，应用最为广泛。在本绿篱修剪设备中有三处使用到了轴承，第一处便是在主轴上，这里需要两个轴承，前面已经求得主轴直径为40mm，所以这里选内径为40mm的深沟球轴承，且查表6-1可知这里的深沟球轴承的型号为6008。第二处是在曲轴这里，因为曲轴的直径为30mm，所以选择内径为30mm的深沟球轴承，查表4得知此处的深沟球轴承型号为6006。最后一处便是在张紧轮这里，由载荷的大小和表6-1可得此处的深沟球轴承的类型选择6008。3.6.7轴承的校核查滚动轴承样本可知深沟球轴承6008的基本额定动载荷C=16.8KN，基本额定静载荷C0=11.5KN。3.6.7.1求两轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2由受力分析可得：同上可得：所以可得：3.6.7.2求轴承当量动载荷P1和P2因为由表13-5可得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1：X1=1，Y1=0对轴承2：X2=0.44，Y2=1.37因轴承运转当中有轻微冲击载荷，由表13-6，知fd=1.0-1.2，取fd=1.0，则有3.6.7.3验算轴承寿命因为P1故所选轴承满足寿命要求。314其他零部件4.1刀具刀具的形状和结构如图4-1所示：本绿篱修剪设备刀具选择的是往复式双刃刀片，此刀片总长1000mm，其中刀刃的长度为800mm，刀刃长度的选择满足现在大部分绿篱修剪工作的要求。此外，本刀具是由上下两个刀片的相互配合形成剪切效果从而完成修剪工作的。下刀片固定在基座上，上刀片和曲柄滑块相连接从而和下刀片形成相对运动，上下刀片上均有五个可以进行移动和连接的长圆形滑孔，这样做的好处是为了方便修剪不同宽度的绿篱，除此之外还降低了刀片的重量降低了成本。为了避免在修剪中出现枝叶夹缝的现象和同时提高刀具的使用寿命，这里在上刀片和下刀片中留有0.2mm的活动间隙。最后在上下刀片的末端设有和传动机构相连接的装置。4.1.1刀具整体性能参数动刀片行程18mm每分钟修剪1000次刀片有效修剪长度为800mm刀片宽度90mm刀片厚度2mm采用sk5工具碳素钢，经激光切割打磨而成，硬度和锋利度均高于锰钢刀片4.2手动式液压泵的选择为了满足对不同高度的绿篱的修剪工作，需要对刀具的高度进行有效的调节，这里我选用的是MP系列超高压手动液压泵。此液压泵的工作压力为100-300MPa，内设减压阀，为了防止压力过载还设有安全放散阀，外形尺寸为585120170mm，带油总重量为11Kg左右。体型小巧，方便耐用，可靠稳定，是理想的选择。4.2.1液压缸的选型作为液压系统中的重要执行元件，液压缸实现的是往复运动，它将液压能转换为机械能。液压缸的类型主要有三种，分别是活塞缸、柱塞缸和摆动缸。MP系列的手动式液压泵采用的是柱塞缸，输出速度和推力同时实现往复的直线运动，结构简单、方便可靠。4.3滑块与曲柄连杆为了实现上刀片的往复直线运动，这里采用的是曲柄滑块机构。滑块的两端分别与上刀片和曲柄连杆相连接，连杆两端再和滚动轴承相连接。最后此装置再与从动链轮连接，从而使刀片进行往复运动完成绿篱的修剪工作。4.4机架及其底座的选材机架承载着刀具、曲柄滑块、轴、轴承以及带轮链轮的重量，还受到电动机启动时的波及，所以为了保证设备整体的安全性、稳定性以及工作的可靠性，这里不仅要考虑到材料的刚度、抗弯曲的强度还要使结构设计合理、稳定性要好。对此有两种选择，分别是工字钢和H型钢。工字钢又有普通型和轻型，但是不论是普通型还是轻型，其截面尺寸均相对较高、较窄，故对截面两个主轴的惯性矩相差较大，故在工作中难以发挥钢材的强度特性。再加上其自身结构原因，工字钢的抗扭性能也相对较差，所以不选择工字钢作为机架的材料。H型钢的翼缘进行了加宽，且内外表面是平行的，便于用高强度螺栓和其他构件连接，所以本设计中选择H型钢作为机架的设计材料。槽钢是截面为凹槽形的长条钢材，具有一定的抗弯强度和抗扭强度，适用于建筑结构、机械设备和车辆制造，所以在本设计中选择槽钢作为底座的设计的材料。结论本文设计的小型手推式绿篱修剪设备，采用直流电动机作为动力源，带、链轮以及曲柄滑块机构为传动装置。该设计解决了现在绿篱修剪多以手持式油锯为主的现状，解放了劳动力，提高了工作效率。主要研究内容如下：对绿篱机的动力系统进行了设计，先确定动力设备为直流电动机，再对电动机的工作效率进行了确定，为0.8KW，然后进行电动机型号的选择，最后确定电动机型号为ZYT
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