家用低碳環(huán)保割草機的研究和畢業(yè)設(shè)計

1、 PAGE32 / NUMPAGES36昆 明 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目 家用低碳環(huán)保割草機的研究和設(shè)計子課題題目所屬院系 自動控制與機械工程學(xué)院 專業(yè)年級 2009級機械設(shè)計制造與其自動化 摘 要割草機在當今社會已經(jīng)越來越成為農(nóng)、牧、園藝等行業(yè)的必備機械，但是適合面積小、形狀不規(guī)則的地形操作的割草機卻很少，為此，在研究我國大部分割草機的基礎(chǔ)上，設(shè)計了簡單的三輪往復(fù)式割草機，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、輕便、工作座位可調(diào)，本文介紹了三輪騎行式割草機的總體結(jié)構(gòu)、工作原理、傳動機構(gòu)的傳動比等相關(guān)的計算。實驗結(jié)果表明，該機構(gòu)具有操作容易、使用和攜帶方便、低碳環(huán)保、對空氣和環(huán)境無影響等特點。關(guān)鍵詞

2、：家用；低碳環(huán)保；割草機AbstractThe mower has more and more become essential in todays society of agricultural, animal husbandry machinery, gardening and other industries, but for small size, shape irregular terrain operation mower rarely, therefore, based on the majority of the mower in China, designed three r

3、eciprocating mower is simple, it has the advantages of simple structure, light, work the adjustable seats, this paper presents the transmission tricycle riding mower of the overall structure, working principle, transmission ratio and related calculation. The experimental results show that, the mecha

4、nism has the advantages of easy operation, convenient use and carrying, low carbon environmental protection, no influence on the air and the environment.Keywords:household;lowcarbon;lawnmower目錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc357753224第一章緒論 PAGEREF _Toc357753224 h 1HYPERLINK l _Toc3577532251.割草機的發(fā)展歷史

5、PAGEREF _Toc357753225 h 1HYPERLINK l _Toc3577532262.我國割草機的發(fā)展 PAGEREF _Toc357753226 h 1HYPERLINK l _Toc3577532272.1 發(fā)展狀況 PAGEREF _Toc357753227 h 1HYPERLINK l _Toc3577532282.2存在問題 PAGEREF _Toc357753228 h 2HYPERLINK l _Toc3577532292.3推移式割草機的使用 PAGEREF _Toc357753229 h 2HYPERLINK l _Toc3577532303.割草機原理方案

6、選擇 PAGEREF _Toc357753230 h 3HYPERLINK l _Toc3577532314.低碳環(huán)保割草機的結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc357753231 h 5HYPERLINK l _Toc3577532324.1割草機刀片結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc357753232 h 5HYPERLINK l _Toc3577532334.2割草機驅(qū)動裝置分析 PAGEREF _Toc357753233 h 5HYPERLINK l _Toc357753234第二章本項目的創(chuàng)新設(shè)計思路 PAGEREF _Toc357753234 h 6HYPERLINK l _Toc3

7、577532351.驅(qū)動裝置創(chuàng)新設(shè)計思路 PAGEREF _Toc357753235 h 6HYPERLINK l _Toc3577532361.1合理傳動比保證行走與割草相對合理 PAGEREF _Toc357753236 h 6HYPERLINK l _Toc3577532371.2腳踏板機構(gòu) PAGEREF _Toc357753237 h 6HYPERLINK l _Toc3577532381.3凸輪機構(gòu) PAGEREF _Toc357753238 h 7HYPERLINK l _Toc3577532391.4可升降座位 PAGEREF _Toc357753239 h 8HYPERLIN

8、K l _Toc3577532402.割草部分的創(chuàng)新設(shè)計思路 PAGEREF _Toc357753240 h 8HYPERLINK l _Toc3577532412.1鉸鏈機構(gòu)與凸輪機構(gòu)相互間力的傳遞 PAGEREF _Toc357753241 h 8HYPERLINK l _Toc3577532422.2刀具部分運動創(chuàng)新 PAGEREF _Toc357753242 h 9HYPERLINK l _Toc357753243第三章確定設(shè)計目標和要求 PAGEREF _Toc357753243 h 9HYPERLINK l _Toc3577532441.割草機割草的基本要求 PAGEREF _To

9、c357753244 h 9HYPERLINK l _Toc3577532452.割草機的設(shè)計目標 PAGEREF _Toc357753245 h 10HYPERLINK l _Toc357753246第四章各零部件的分析與其計算 PAGEREF _Toc357753246 h 11HYPERLINK l _Toc3577532472.割草機傳動部分設(shè)計 PAGEREF _Toc357753247 h 11HYPERLINK l _Toc3577532483.齒輪傳動的類型 PAGEREF _Toc357753248 h 11HYPERLINK l _Toc3577532493.1齒輪傳動就裝

10、置形式 PAGEREF _Toc357753249 h 11HYPERLINK l _Toc3577532503.2大、小齒輪的計算 PAGEREF _Toc357753250 h 12HYPERLINK l _Toc3577532513.3 齒輪的材料選擇與其熱處理 PAGEREF _Toc357753251 h 14HYPERLINK l _Toc3577532523.4 普通碳素鋼制齒輪的熱處理方法 PAGEREF _Toc357753252 h 15HYPERLINK l _Toc3577532533.5 齒輪精度的選擇 PAGEREF _Toc357753253 h 16HYPERL

11、INK l _Toc3577532543.6按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計 PAGEREF _Toc357753254 h 16HYPERLINK l _Toc3577532553.8割草機行走輪的設(shè)計 PAGEREF _Toc357753255 h 18HYPERLINK l _Toc3577532563.9割草機割草機構(gòu)的設(shè)計 PAGEREF _Toc357753256 h 20HYPERLINK l _Toc3577532574.刀片材料的選擇 PAGEREF _Toc357753257 h 20HYPERLINK l _Toc3577532585.軸的概述 PAGEREF _Toc3577

12、53258 h 22HYPERLINK l _Toc357753259第五章總體工程圖 PAGEREF _Toc357753259 h 24HYPERLINK l _Toc3577532601.割草機的總體方案設(shè)計的工程圖 PAGEREF _Toc357753260 h 24HYPERLINK l _Toc3577532611.1總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc357753261 h 25HYPERLINK l _Toc3577532621.2割草機傳動部分設(shè)計的零件圖樣 PAGEREF _Toc357753262 h 27HYPERLINK l _Toc357753263參考文獻 PA

13、GEREF _Toc357753263 h 29HYPERLINK l _Toc357753264總結(jié)與心得 PAGEREF _Toc357753264 h 30HYPERLINK l _Toc357753265辭 PAGEREF _Toc357753265 h 32第一章 緒論1.割草機的發(fā)展歷史在割草機問世之前，草坪的修剪主要工具是鐮刀，放牧牛羊也是保持草地平整的重要方法。隨著高爾夫球、網(wǎng)球與足球等運動的興起，人們擁有平整美觀的草地做運動場地的要求越來越迫切。1805 年英國人普拉克特發(fā)明了第一臺收割谷物并能切割雜草的機器，由人推動機器，通過齒輪傳動帶動旋刀割草，這就是旋刀割草機的雛形。

14、1830 年，英國紡織工程師比爾.布丁取得了滾筒割草機的專利，1832 年蘭賽姆斯農(nóng)機公司開始批量生產(chǎn)滾筒割草機，1902 年英國人倫敦恩斯制造了燃機做動力的滾筒式割草機，其原理至今還在使用。在西方發(fā)達國家，20 世紀初期，割草機就得到了快速的發(fā)展。 改革開放以來，我國的草坪業(yè)由興起到長足發(fā)展，只有十幾年的時間，卻為草坪機械業(yè)的發(fā)展帶來了勃勃生機 。首先是機械先進，90%以上為進口產(chǎn)品，其次外從草坪建植到養(yǎng)護生產(chǎn)環(huán)節(jié)機械配套齊全，基本上實現(xiàn)了全程機械化，其三是產(chǎn)品品種多、系列化程度高。而在草坪機械中割草機發(fā)展最快，我國引進使用的割草機有美國和日本等十幾個國家的幾十種機型，我國也已經(jīng)開始生產(chǎn)割草

15、機，目前國外所用的割草機種類繁多，其分類方法也多樣化。 2.我國割草機的發(fā)展2.1 發(fā)展狀況據(jù)調(diào)查，國生產(chǎn)割草機的廠家大約有50家左右。多數(shù)為園藝系統(tǒng)的公司以與轉(zhuǎn)產(chǎn)割草機的機械廠。市場上草坪修剪機的品牌很多，有進口的產(chǎn)品，也有國制造和中外合資的，從功率2.6-1.2千瓦，剪幅從43.2-127厘米。 國的生產(chǎn)廠家主要有：中美合資泛亞園林機械，生產(chǎn)立特牌 -NEAT 草坪割草機，占國市場的50%，現(xiàn)年產(chǎn)5000 臺。目前正著手進行年產(chǎn)5 萬臺割草機的技術(shù)改造，其動力選用日本本田發(fā)動機。 目前，我國已經(jīng)研制開發(fā)出來草坪割草機試驗臺，草坪割草機為現(xiàn)代城市綠化的重要設(shè)備，目前市場上國產(chǎn)的機器均有一定的

16、市場，但質(zhì)量參差不齊。對于草坪割草機的安全指標，僅有檢測方法，沒有現(xiàn)成的撞擊試驗專用設(shè)備。為了對其進行科學(xué)的測試，市農(nóng)機試驗鑒定推廣站研制成功草坪割草機專用試驗臺。該試驗臺自動化程度高，采用了氣動傳動技術(shù)、機電安全鎖定機構(gòu)與氣動調(diào)速技術(shù)，可對國各型 3 草坪割草機進行安全性能試驗，能夠完成草坪機的撞擊試驗和刀片護罩強度試驗。試驗結(jié)果表明，該專用試驗臺達到國先進水平，檢測快捷，安全性高。2.2存在問題 國割草機械市場發(fā)展緩慢，我國草坪機械產(chǎn)品全線接受檢驗，應(yīng)用中暴露出 些質(zhì)量問題。對此，有關(guān)專家認為，當前我國畜牧機械產(chǎn)品質(zhì)量水平低的原因有以下幾個方面。 產(chǎn)品技術(shù)水平低。割草機械產(chǎn)品技術(shù)水平高低是

17、衡量該行業(yè)整體科學(xué)技術(shù)水平的重要標志之一。一段時間，由于資金投入嚴重不足，技術(shù)創(chuàng)新的原動力、研發(fā)能力、技術(shù)模仿步伐放緩甚至停頓。我國已定型的割草機械大部分屬國外上世紀的技術(shù)水平，20 多年來基本沒有什么大的改進與創(chuàng)新。缺乏應(yīng)有的售后服務(wù)體系。 專家分析認為，造成割草機械產(chǎn)品質(zhì)量水平低的原因有多方面，但缺乏資金投入和人才短缺是造成研發(fā)能力和生產(chǎn)制造工藝水平低的關(guān)鍵所在。 2.3推移式割草機的使用2.3.1設(shè)計用途 目前，大型生態(tài)園的綠地設(shè)計已是房地產(chǎn)開發(fā)團中一個重要環(huán)節(jié)，草地是綠化的一種重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油機作動力，采用尼龍繩甩打草葉；或者是使用電動、柴油機的割草機，這

18、種割草機體積大、噪音大，適用于空曠大草坪，易夾草出故障，遇到石塊可能使刀片斷裂，發(fā)生事故。隨著國人們生活水平的提高，人們對居住的綠化水平要求越來越高，尤其帶花園的別墅不斷增加，更需要開發(fā)一種適合小面積草地、無噪音的手推式割草機。 本次設(shè)計的手推割草機是專為家庭庭院與私人花園設(shè)計的，不適用于公共設(shè)施、公園、運動場、道路、農(nóng)場和林場等場合。 2.3.2注意事項 1）不可以將手動割草機用于割除攀藤植物、屋頂或陽臺上的青草等，那樣有可能傷害到身體。 2）每次使用之前都需要進行一次檢查，確認所有的螺栓、螺母、工具都沒有磨損或損壞，對于磨鈍或損壞了的刀片應(yīng)當更換。 3）再檢查一下要割草的草坪表面，要清除干

19、凈石頭、木塊、電線等其他堅硬的物體，這些物品碰到刀具時會飛甩出去而無法控制。 4）旁邊有人，尤其是兒童和動物的時候，不要使用該割草機。 5）割草時一定要穿用防滑底做成的結(jié)實靴子。 6）旋轉(zhuǎn)的刀片轉(zhuǎn)筒可能會造成人身傷害，刀片轉(zhuǎn)筒和操作人員之間的安全距離是通過導(dǎo)桿隔開的，一定要一直保持這個安全距離。在堤岸或斜坡上割草時尤其要注意，一定要順著斜坡的方向割。 7）當后退拉動割草機時要特別小心，有絆倒的危險。 8）任何時候都不要將手或腳放在運動部件的上方或下方。 9）如果刀具或割草機遇到障礙或堅硬的物體時，一定要適當全面地檢查割草機。 10）只有在能見度好，視野清晰的時候才可以進行工作。3.割草機原理方

20、案選擇通過對目前市場上的非人力驅(qū)動割草機進行結(jié)構(gòu)分析和布局分析總結(jié)得出本方案具有以下優(yōu)點。1.以人為動力源將人的能轉(zhuǎn)化為機器的機械能最終完成割草動作，它體現(xiàn)了低碳環(huán)保的理念并且對空氣環(huán)境無污染，且采用人的能為動力，無廢氣與噪音等污染，最大限度的做到了生活零排放。2.考慮到人為動力源以與轉(zhuǎn)速的需要在刀型的選擇方面我們產(chǎn)用往復(fù)剪刀式割草機的類型，在不需要高速旋轉(zhuǎn)的條件下就可以很輕易的將草割掉并且刀具的布局簡單不會引起碰刀情況的發(fā)生，最大限度的消除了割草機在設(shè)計方面所要顧慮到的安全隱患。3.本次設(shè)計的家用低碳環(huán)保型割草機的結(jié)構(gòu)簡單設(shè)計方便，其中包括：鉸鏈機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)、凸輪飛輪組合機構(gòu)、彈簧機構(gòu)等

21、各類機構(gòu)間的串聯(lián)組合工作而成。它體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、保養(yǎng)方便、成本低廉，4.割草動作沒有撕扯，對草坪更有益。 根據(jù)市場現(xiàn)有的旋刀是割草機結(jié)構(gòu)和所學(xué)知識分析，此方案可行。 方案一 方案二 局部放大圖（銷） 割草部分的方案（凸輪機構(gòu)）如上圖所示為主動輪上控制刀架運動的凸輪機構(gòu)，動力驅(qū)動部分與方案一一樣，主要區(qū)別于方案一的是割草部分的傳動方式。當圓柱凸輪1回轉(zhuǎn)時，凹槽側(cè)面迫使構(gòu)件2擺動，從而驅(qū)使與之相連的刀架運動。至于刀架的運動規(guī)律則完全取決于凹槽的形狀。綜上所述：由于方案一在傳動系統(tǒng)上損失的力較多直接導(dǎo)致最終傳到割草機上的力大大減少，從而降低了割草機動刀片的往復(fù)運動頻率，使得割草效

22、率大大降低。而方案二的優(yōu)點在于力的傳遞更加穩(wěn)定，機構(gòu)相互間配合緊密以與運動效率較高，所以最終確定選取方案二作為本次設(shè)計的原理方案。4.低碳環(huán)保割草機的結(jié)構(gòu)分析4.1割草機刀片結(jié)構(gòu)分析目前市場上的割草機絕大部分產(chǎn)用旋刀式或者甩刀式來進行切割運動，而往復(fù)剪刀式刀片產(chǎn)用動刀片和定刀片之間往復(fù)運動來完成割草運動，其中動刀片的一端與滑塊相連接，該滑塊在定刀片中的鍵槽做往復(fù)運動，定刀片固定不動從而使動刀片與定刀片作為參考對象做相對往復(fù)運動。為保證切割動作高效迅速并且不會有撕扯動作的產(chǎn)生需在兩刀片接觸的中心位置嵌入一個易緊螺母來調(diào)兩刀 片之間的松緊問4.2割草機驅(qū)動裝置分析本次設(shè)計的家用低碳環(huán)保割草機為三輪

23、式人力驅(qū)動結(jié)構(gòu)，通過割草機構(gòu)、傳動機構(gòu)以與驅(qū)動機構(gòu)組合而成，其中驅(qū)動機構(gòu)的動力源為人力驅(qū)動，集中體現(xiàn)了低碳環(huán)保的設(shè)計理念。割草機構(gòu)的結(jié)構(gòu)由鉸鏈機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)以與彈力系統(tǒng)（復(fù)位以與減輕人力消耗）組成。傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)由齒輪、鏈條、鋼絲繩、飛輪（增加轉(zhuǎn)動慣量減輕人力消耗最終增加割草機的割草頻率）。在割草機構(gòu)中為保證動刀片與定刀片之間的剪切力相對合理（既不產(chǎn)生過大間隙導(dǎo)致阻刀現(xiàn)象又不使兩刀片過緊而降低工作效率）應(yīng)在兩刀片中心位置安裝一個易緊螺母。以人為動力源借助腳踏板驅(qū)動同軸的凸輪機構(gòu)和帶有飛輪的齒輪，一方面該齒輪通過鏈條帶動割草行走輪上的齒輪運動另一方面由同軸上的凸輪高速轉(zhuǎn)動拉動連接凸輪上的鋼絲

24、繩拉動割草機構(gòu)上鉸鏈機構(gòu)的一端，鉸鏈機構(gòu)連接動刀片上的滑塊做割草“往”運動，同時鉸鏈機構(gòu)壓縮彈簧，當凸輪從最遠點運動到最近點時彈簧通過彈性勢能以與飛輪的轉(zhuǎn)動慣量驅(qū)動鉸鏈機構(gòu)做“復(fù)”運動，如此往復(fù)運動完成割草工作。第二章 本項目的創(chuàng)新設(shè)計思路1.驅(qū)動裝置創(chuàng)新設(shè)計思路1.1合理傳動比保證行走與割草相對合理 在整個驅(qū)動裝置中，人將動力源通過主齒輪上的腳踏板帶動主齒輪運動，主齒輪通過鏈條與行走輪上的齒輪相連接，在通過一系列計算后得出結(jié)論為：主齒輪與行走輪的傳動比要大才能夠保證整個割草機構(gòu)在相對較合適的速度下行走并完成割草（行走輪的行走速度與割草機的割草速度相對合理）1.2腳踏板機構(gòu)腳踏板上的大鏈輪通過

25、鏈條與后輪胎上同軸的小鏈輪相互連接使彼此之間的傳動比為三比一，從而保證車的行走速度降下來。1.3凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)的巧妙運用是保證力從驅(qū)動裝置傳向割草裝置的關(guān)鍵，與主齒輪同軸的凸輪機構(gòu)在與主齒輪共同轉(zhuǎn)動的同時還拉動一端連接鉸鏈機構(gòu)的部分，凸輪高速轉(zhuǎn)動拉動連接凸輪上的鋼絲繩拉動割草機構(gòu)上鉸鏈機構(gòu)的一端，鉸鏈機構(gòu)連接動刀片上的滑塊做割草“往”運動，同時鉸鏈機構(gòu)壓縮彈簧，當凸輪從最遠點運動到最近點時彈簧通過彈性勢能以與飛輪的轉(zhuǎn)動慣量驅(qū)動鉸鏈機構(gòu)做“復(fù)”運動，如此往復(fù)運動完成割草工作。1.4可升降座位 支撐座位部分的桿為可調(diào)節(jié)部件，為滿足不同身高的人群而設(shè)計，當人的身高相對較高或較矮時為保證騎行人員能夠

26、舒適的騎行可以調(diào)節(jié)升降桿來完成。2.割草部分的創(chuàng)新設(shè)計思路2.1連桿機構(gòu)與凸輪機構(gòu)相互間力的傳遞凸輪與搖桿、連桿等連接再與鉸鏈機構(gòu)相互連接使得力可以傳遞到割草機構(gòu)上去，最終完成割草運動如上圖所示。2.2刀具部分運動創(chuàng)新本次設(shè)計的家用低碳環(huán)保割草機的刀型產(chǎn)用往復(fù)剪刀式刀片，而在動刀片往復(fù)運動的過程中可以在行走輪的單側(cè)邊緣固定一個與行走輪同軸的”S”型槽，動刀片的一端用一根軸連接，軸的另一端固定一個實心圓球，該圓球嵌入“S”型槽中，在行走輪運動的同時軸上的“S”型槽也跟著轉(zhuǎn)動，從而讓圓球在槽中呈“S”型運動最終變?yōu)閯拥镀耐鶑?fù)式運動而完成割草運動。第三章 確定設(shè)計目標和要求1.割草機割草的基本要求

27、不論是哪一種類型的割草機對草坪修剪的基本要一樣的： 1.1.1割草高度可根據(jù)要求調(diào)整，適應(yīng)高度調(diào)整圍大，當草坪要求修剪很低能達到要求。1.1.2割草整齊、平整，同一行程前后割草高度一致，兩次作業(yè)行程銜接平滑、無接茬。1.1.3對地形的適應(yīng)能力強，仿行能力強，隨地形變化前后剪草高度一致。1.1.4割草機對草坪碾壓輕、傷害少。1.1.5草屑收集干凈，或被切割部分細碎性能好（草屑撒在草坪中當肥料時除外），以便于灑落在草坪下與時腐爛。1.1.6割草機質(zhì)量好，故障少，節(jié)省燃料（本方案不需燃料）、效率高。1.1.7易于操作、輕便靈活、維修調(diào)試方便，零部件通用性和互換性好。1.1.8正確掌握修剪草坪的時間并

28、且制定科學(xué)的修剪高度和修剪頻率。2.割草機的設(shè)計目標 2.1保證割草機行走輪的速度與割草機割草部分的速度成合理比例。（既讓行走輪速度適中又保證割草機的割草速度合適）。 2.2割草機整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)保證人為操作的安全合理性，確保機構(gòu)不會對人造成傷害。 2.3割草機在整個割草過程中對草無拉扯動作，且動作合理連貫不會產(chǎn)生刀片卡死現(xiàn)象，草的落地方式為散落。 2.4割草機的設(shè)計理念為低碳環(huán)保，所以應(yīng)盡量保證環(huán)保、無噪音、無除人外的其他能源消耗?？傮w方案設(shè)計 三輪往復(fù)剪刀式割草機結(jié)構(gòu)動力部分傳動部分工作部分行走輪車架人力驅(qū)動齒輪、鏈條往復(fù)剪刀式刀片同軸的凸輪與飛輪機構(gòu)鉸鏈機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)可調(diào)節(jié)組裝車架割草

29、機部結(jié)構(gòu)示意圖第四章 各零部件的分析與其計算推移式割草機是由人力通過兩腿驅(qū)動的。查閱相關(guān)資料與文獻得出：人考慮到要驅(qū)動割草機進行切割，選取人的步行速度為48米/分，即0.8米/秒。 確定1.割草機的各項參數(shù)： 割草機的整體寬度：600-700mm 割草高度：10-30mm 集草類型：就地灑落2.割草機傳動部分設(shè)計本次設(shè)計的人力驅(qū)動剪刀式割草機的傳動部分主要是齒輪帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動與齒輪同軸的凸輪轉(zhuǎn)動并且改變方向，最后通過鉸鏈機構(gòu)傳到割刀往復(fù)運動，將草坪上多余高度的草割斷。傳動部分的設(shè)計主要是對齒輪的設(shè)計。3.齒輪傳動的類型3.1齒輪傳動就裝置形式3.1.1開式、半開式傳動在農(nóng)業(yè)機械、建筑機

30、械以與簡易的機械設(shè)備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動。這種傳動不僅外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損，故只宜用于低速傳動。齒輪傳動裝有簡單的防護罩，有時還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。它工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。3.1.2閉式傳動而汽車、機床、航空發(fā)動機等所用的齒輪傳動，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴密的箱體(機匣)的，這稱為閉式齒輪傳動(齒輪箱)。它與開式或半開式的相比，潤滑與防護等條件最好，多用于重要的場合。 本次設(shè)計的推移式割草機割草總成部分尺寸比較小，傳

31、動齒輪尺寸和質(zhì)量比較小，轉(zhuǎn)速比較高，且沒有防護罩，如果選用開式容易損壞其壽命，因此齒輪傳動選用閉式傳動。 3.2大、小齒輪的計算3.2.1 選定齒輪的類型、精度等級，材料與齒數(shù)3.2.1.1按傳動方案簡圖所示傳動方案，選用齒輪嚙合傳動。 2）割草機為一般工作機器，速度不高，故選用8 級精度。3.2.1.2齒輪的設(shè)計準則 齒輪傳動是靠齒與齒的嚙合進行工作的，輪齒是齒輪直接參與工作的部分，所以齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合以與塑性變形等。 齒輪傳動的失效形式不大可能同時發(fā)生，但卻是互相影響的。例如齒面的點蝕會加劇齒面的磨損，而嚴重的磨損又會導(dǎo)致輪

32、齒折斷。在一定條件下，由于上述第一、二種失效形式是主要的，因此設(shè)計齒輪傳動時，應(yīng)根據(jù)實際工作條件分析其可能發(fā)生的主要失效形式，以確定相應(yīng)的設(shè)計準則。 對于軟齒面(硬度350HBS)的閉式齒輪傳動，潤滑條件良好，齒面點蝕將是主要的失效形式，在設(shè)計時，通常按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 對于硬齒面(硬度350HBS)的閉式齒輪傳動，抗點蝕能力較強，輪齒折斷的可能性大，在設(shè)計計算時，通常按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，再按齒面接觸疲勞強度校核。 開式齒輪傳動，主要失效形式是齒面磨損。但由于磨損的機理比較復(fù)雜，目前尚無成熟的設(shè)計計算方法，故只能按齒根彎曲疲勞強度作為設(shè)計準則，為了延 長開式

33、、半開式齒輪傳動的壽命，可用增大模數(shù)10-20的辦法來考慮磨損的影響。 由于本次設(shè)計的騎行三輪式割草機的齒輪傳動屬于開式、半開式傳動，因此需按齒根彎曲疲勞強度作為設(shè)計準則。3.3 齒輪的材料選擇與其熱處理齒輪是現(xiàn)代機械中應(yīng)用最廣泛的一種機械傳動零件。齒輪傳動通過輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并可以改變運動的形式和速度。齒輪傳動使用圍廣，傳動比恒定，效率較高，使用壽命長。在機械零件產(chǎn)品的設(shè)計與制造過程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當，則會出現(xiàn)零件

34、的過早損傷，甚至失效。因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項十分重要的工作。 為了保證齒輪工作的可靠性，提高其使用壽命，齒輪的材料與其熱處理應(yīng)根據(jù)工作條件和材料的特點來選取。 對齒輪材料的基本要：應(yīng)使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的韌性，以防止齒面的各種失效，同時應(yīng)具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達到齒輪的各種技術(shù)要求。 常用的齒輪材料為各種牌號的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料等。一般多采用鍛件或軋制鋼材。當齒輪結(jié)構(gòu)尺寸較大，輪坯不易鍛造時，可采用鑄鋼。開式低速傳動時，可采用灰鑄鐵或球墨鑄鐵。低速重載的齒輪易產(chǎn)生齒面塑性變形，輪齒也易折斷，宜選用綜合性能較好的鋼材

35、。高速齒輪易產(chǎn)生齒面點蝕，宜選用齒面硬度高的材料。受沖擊載荷的齒輪，宜選用韌性好的材料。對高速、輕載而又要求低噪聲的齒輪傳動，也可采用非金屬材料、如夾布膠木、尼龍等。3.4 普通碳素鋼制齒輪的熱處理方法(1)表面淬火 常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr 鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般為4055HRC。特點是抗疲勞點蝕、抗膠合能力高，耐磨性好。由于齒心部末淬硬，齒輪仍有足夠的韌性，能承受不大的沖擊載荷。 (2)滲碳淬火 常用于低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr 鋼等。滲碳淬火后齒面硬度可達5662HRC，而齒心部仍保持較高的韌性，輪齒的執(zhí)彎強度和齒面接觸強度高，耐磨性較好，常用于受沖擊

36、載荷的重要齒輪傳動。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應(yīng)進行磨齒。 (3)滲氮 滲氮是一種表面化學(xué)熱處理。滲氮后不需要進行其他熱處理，齒面硬度可達700900HV。由于滲氮處理后的齒輪硬度高，工藝溫度低，變形小，故適用于齒輪和難以磨削的齒輪，常用于含鉻、銅、鉛等合金元素的滲氮鋼，如38CrMoAlA。 (4)調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn 鋼等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220280HBS。因硬度不高，輪齒精加工可在熱處理后進行。 (5)正火 正火能消除應(yīng)力，細化晶粒，改善力學(xué)性能和切削性能。機械強度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大直徑的齒輪可采用鑄鋼正

37、火處理。 一般要求的齒輪傳動可采用軟齒面齒輪。為了減小膠合的可能性，并使配對的大小齒輪壽命相當，通常使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面硬度高出30-50HBS。這是因為小齒輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。對于高速、重載或重要的齒輪傳動，可采用硬齒面齒輪組合，齒面硬度可大致一樣。 從材料本身價格來考慮。碳鋼和鑄鐵的價格是比較低廉的，因此在滿足零件 機械性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可降低成本。從金屬資源和供應(yīng)情況來看，應(yīng)盡可能減少材料的進口量與價格昂貴材料的使用量。 綜上所述，選擇大

38、、小齒輪的材料應(yīng)為普通碳素鋼或者白口、灰口鑄鐵類即可。3.5 齒輪精度的選擇各類機器所用齒輪傳動的精度等級圍列于下表中，按載荷與速度推薦的齒輪傳動精度等級如下圖所示。 各類機器所用齒輪傳動的精度等級圍：機器名稱精度等級 機器名稱 精度等級載重汽車 7-9 起重機 7-10 輕型汽車 5-8 農(nóng)業(yè)機器 8-11 航空發(fā)動機 4-8 鍛壓機床 6-9 汽輪機 3-6 拖拉機 6-8 金屬切削機床 3-8 通用減速器 6-83.6按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計3.6.1按上圖所示的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動;齒輪精度為8 級; 小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45 鋼（

39、調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS;閉式齒輪傳動一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊振動，以齒數(shù)多一些為好，小齒輪的齒數(shù)可取Z=2040。開式、半開式齒輪傳動，由于輪齒主要為磨損失效，為使輪齒不致過小，故小齒 輪不宜選用過多的齒數(shù)，一般可取小齒輪齒數(shù)Z=1720。初選小齒輪齒數(shù)Z 2 =20, 根據(jù)傳動比i 12 =1：5.3，為了使各個相嚙合齒對磨損均勻，傳動平穩(wěn)，Z 2 和Z 1 一般互為質(zhì)數(shù)，故可取大齒輪的齒數(shù)為Z 1 =106。傳動簡圖 3.6.2計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 由人機工程手冊知：由于外輪的轉(zhuǎn)速n 1 =48 10 3 /260 3.14 58r/m

40、in，根據(jù)傳動比i 12 =1：5.3，則小齒輪的轉(zhuǎn)速為n 2 =58 5.3=307.4r/min， 取 F=20 10=200N，人的步行速度為48 米/分，即0.8 米/秒， 則P=F V=200 0.8=0.16 kW， 根據(jù)公式算得：5 5 3 / min 95.5 10 0.16 95.5 10 4.971 10 N mm 307.4 KW r P T n 3.6.3由機械設(shè)計表10-7 選取齒寬系數(shù) d=0.8。3.6.4由機械設(shè)計式（10-5）得輪齒的彎曲強度設(shè)計公式為： 3 2 1 1 2 S F w d Y Y z KT m （mm） 3.6.5確定公式的各計算數(shù)值 3.6

41、.5.1由機械設(shè)計圖10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE2 =500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE1 =380MPa；3.6.5.2由機械設(shè)計圖10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù)K FN2 =0.85, K FN1 =0.88； 3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得： 2 2 2 k FN FE F S 0 . 8 5 5 0 0 1 . 4 MPa=303.57MPa 1 1 1 k 0.88 380 1.4 FN FE F S MPa=238.86MPa 3.6.5.3計算載荷系數(shù)K。 K=K A K V K F K F = 1 1

42、.12 1 1.35 1.512 3.6.5.4查取齒形系數(shù)。 由機械設(shè)計表10-5 查得Y Fa2 =2.80；Y Fa1 =2.18。 3.6.5.5查取應(yīng)力校正系數(shù)。 由機械設(shè)計表10-5 查得Y Sa2 =1.55； Y Sa1 =1.79。 3.6.5.6計算大、小齒輪的 a a F S F Y Y 并加以比較。 a2 a2 2 F S F Y Y 2.80 1.55 303.57 0.01429 a1 a1 1 F S F Y Y = 2.18 1.79 238.86 0.01634 大齒輪的數(shù)值大。 3.6.5.7設(shè)計計算 3 3 2 2 1 . 5 1 2 4 . 9 7 1

43、1 0 0 . 0 1 6 3 4 0 . 8 2 0 m =0.850mm 為了延長開式、半開式齒輪傳動的壽命，可用適當增大模數(shù)的辦法來考慮磨損的影響，因此，可取由彎曲強度算得的模數(shù)圓整為標準值m=2mm。 3.7幾何尺寸的計算3.7.1計算分度圓直徑 d 2 =Z 1 m=20 2mm=40mm d 1 =Z 2 m=106 2mm=212mm 2）計算中心距 1 2 212 40 2 2 d d a 86mm 3）計算齒輪寬度 b= d d 2 =0.8 40mm=32mm 取B 2 =35, B 1 =38 3.7.2結(jié)構(gòu)設(shè)計與繪制齒輪零件圖 小齒輪的結(jié)構(gòu)與尺寸見圖3.8割草機行走輪的

44、設(shè)計割草機的行走輪由輪轂與同軸的大鏈輪組成。大齒輪根據(jù)查閱相關(guān)資料選擇普通碳素鋼或者鑄鐵類均可，這樣不僅可以最大限度的減少生產(chǎn)本，而且大大減輕了整個車的重量。輪胎在此不僅僅與輪轂配合，也是與地面抓合產(chǎn)生動力的關(guān)鍵所在，因此輪胎的大小尺寸應(yīng)與割草機的整體形狀和尺寸緊緊相連。輪胎的外徑是400mm,而其具體形狀是參照現(xiàn)代機械設(shè)備設(shè)計手冊中驅(qū)動輪的形狀尺寸，外圈材料為橡膠（增加摩擦力）。 選取外輪直徑：400mm,由公式n=v/D 得：外輪的轉(zhuǎn)速 n=48 10 3 /260 3.14 58r/min。 行走輪的具體結(jié)構(gòu)與尺寸如圖材料選擇依據(jù)： 45號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼因價格方面我們不予以考慮,硬

45、度不高易切削加工,模具中常用來做模板、梢子、導(dǎo)柱等,但須熱處理。 調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機械性能，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪與軸類等。但表面硬度較低，不耐磨?？捎谜{(diào)質(zhì)表面淬火提高零件表面硬度。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,儀器設(shè)備的功率越來越大,轉(zhuǎn)速越來越快,振動和噪聲的危害也越來越突出。振動和噪聲不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量和操作精度、縮短產(chǎn)品壽命、危與安全性,而且污染環(huán)境，影響人身健康。 因此,掌握振動與噪聲控制技術(shù)是各國工業(yè)發(fā)展面臨的重大課題。消除振動和噪聲的有效方法之一是減少振動源的振動和隔離振動的傳遞。目前廣泛使用的方法是利用橡膠材料與骨架材料(

46、如金屬、纖維、工程塑料等)復(fù)合制成的功能裝置或特殊的橡膠粘彈性高阻尼材料來消除振動源的振動沖擊和吸收噪聲。這種橡膠減震功能裝置已廣泛應(yīng)用于飛機、艦船、汽車、火車和建筑工程等方面以與儀器儀表的振動隔離。 橡膠材料減震主要承受壓縮應(yīng)力、剪切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)力矩以與兩種或兩種以上應(yīng)力的復(fù)合作用,在保證機車的高速性、舒適性和安全性方面起著重要作用。3.9割草機割草機構(gòu)的設(shè)計三輪騎行式割草機的割草機構(gòu)由動刀片和定刀片以與圓弧槽構(gòu)成，定刀固定于支架上，定刀的刃部與動刀的刃部相切。 通過調(diào)節(jié)滾刀與定刀的相對位置，可以得到不同的剪切高度。 動刀與定刀的密接調(diào)整。這里指的是動刀片和定刀片的接合狀態(tài)。如果密接不良，在切

47、割的過程中容易導(dǎo)致草的根拔和撕扯，不能順利的割斷。動刀片和定刀片的刀刃部分應(yīng)該相切，最大允許有0.5 毫米的間隙。 4.刀片材料的選擇割草機刀片必須采用高強度優(yōu)質(zhì)鋼材，經(jīng)過特殊熱處理工藝保證刀片有較高的強度、鋒利度、耐磨性、抗沖擊韌性。刀架與刀片外形應(yīng)該符合空氣動力學(xué)要求，盡量減少運動時的空氣阻力，以降低功率消耗。裝配、調(diào)整刀具時，必須保證兩端力矩平衡，以減少振動和噪聲。 動刀片和定刀的刀片材料均選用彈簧鋼。彈簧鋼是專門用來制造各種彈簧和彈性元件或類似性能要求的結(jié)構(gòu)零件的主要材料。彈簧鋼具有優(yōu)良的綜合性能，如力學(xué)性能(特別是彈性極限、強度極限、屈強比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能，又稱抗松弛

48、性能)、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)。除此之外，彈簧鋼還具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量(高的純潔度和均勻性)、良好的表面質(zhì)量(嚴格控制表面缺陷和脫碳)、精確的外形和尺寸。4.1刀片材料的選擇 割草機刀片必須采用高強度優(yōu)質(zhì)鋼材，經(jīng)過特殊熱處理工藝保證刀片有較高的強度、鋒利度、耐磨性、抗沖擊韌性。刀架與刀片外形應(yīng)該符合空氣動力學(xué)要求，盡量減少運動時的空氣阻力，以降低功率消耗。裝配、調(diào)整刀具時，必須保證兩端力矩平衡，以減少振動和噪聲。 刀片材料選用優(yōu)質(zhì)合金鋼。在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當?shù)募庸すに嚕色@得高強度

49、、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。 定刀片 動刀片4.2刀片的切割過程 在刀片割草的過程中，刀片和草是一對矛盾。要弄清切割過程的實質(zhì)，必須先了解這兩方面的性質(zhì)和特點，才能進一步分析它們的相互作用。 草的橫截面呈扁平或槽型。利用工具所施加的壓力來破壞材料相互之間聯(lián)系使之分離的機械加工過程，都稱之為“切”。刀片的切割過程同刀具切削金屬的過程與沖模沖剪材料的過程本質(zhì)是不同的。刀片的斷面呈薄的楔形，前后兩個刃磨面組成的楔角的頂部就是刃口。刀片的“切割”過程同“切削”與“沖剪”之不同，在于前者是利用刃口對材料產(chǎn)生很大的單位應(yīng)力，使刃口穿透入被切材料之中來破壞材料。 齒刀片的切割過

50、程是，刀片以齒尖刺穿草面，將其斷面分割開；隨著齒尖的繼續(xù)插入，由于草的強度各向異性的特點，纖維之間很容易沿橫向被撕開，因而受到削弱。草被齒尖刺入后也不會再沿刀刃向外滑出，所以被割斷。綜上所述：刀片材料的選擇為T10或者T08系列的金屬材料或者上述論述中的彈簧鋼（性價比不高）。5.軸的概述軸是組成機器的主要零件之一。一切做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件都必須安裝在軸上才能進行運動與動力的傳遞。因此，軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件與傳遞動力和運動。 按照承受載荷的不同，軸可以分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。工作中既能承受彎矩又能承受扭矩的稱為轉(zhuǎn)軸。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸綜上所述軸的材料選擇為40cr（調(diào)質(zhì)

51、）。 后輪主軸第五章 總體工程圖1.割草機的總體方案設(shè)計的工程圖1.1總體方案設(shè)計騎行式割草機是由人力驅(qū)動的。查閱人機工程手冊，人騎行速度與步行速度基本一樣，速度約為35千米 /時，即4864米/分，考慮到要驅(qū)動割草機進行切割，選取人的騎行速度為48米/分，即0.8米/秒。 確定割草機的各項參數(shù)： 割草機的整體寬度：713mm 割草高度：3060mm 集草類型：就地灑落 。割草機的總體方案設(shè)計 手推式割草機的動力是來源于行走輪驅(qū)動，即靠人的推力來驅(qū)動。查閱人機工程手冊，人步行速度（騎行速度）約為35千米/時，即4864米/分，考慮到要驅(qū)動割草機進行切割，選取人的步行速度為48米/分，即0.8米

52、/秒。成年男性身高（mm）年齡歲數(shù)成年女性身高（mm）年齡歲數(shù)成年男性臂長年齡歲數(shù)成年女性臂長年齡歲數(shù)1554-183018-251457-170918-25279-35018-25253-31918-251545-185126-351449-169826-35280-34926-35253-32026-351553-179836-601445-168336-60278-34836-60251-31736-601543-181418-601449-169718-60279-34918-60252-31918-60男性立姿工作崗位高度950-1050-11501050-1200-1300女性立姿

53、工作崗位高度850-950-10501000-1100-1200綜合以上因素，設(shè)計扶手以與支架的尺寸，并且根據(jù)不同性別和不同年齡將扶手的高度和傾斜角度設(shè)計成可以調(diào)節(jié)的。站立工作時操作的有關(guān)尺寸，以與人體需要的可能活動空間. 由人機工程手冊查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推桿距地面的高度取為1000毫米,且可在850-1300毫米之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。 設(shè)計原則：工作場地的高度取決于作用力、操作者的身高、操作者操作物件的尺寸、以與視野圍。 A：精密工作，靠肘支撐工作。（設(shè)計尺寸針對男性：105115毫米 針對女性：100110毫米） B：虎鉗固定在工作臺上的高度：

54、113毫米 C：輕手工工作。（男性：95100毫米 女性：9095毫米） D：用勁大的工作。（男性：8095毫米 女性：7590毫米） 本設(shè)計屬于D 圍的設(shè)計。 因為該割草機是人力騎行驅(qū)動的，動力來源于人。應(yīng)考慮到其結(jié)構(gòu)尺寸方面的因素，因而行走輪直徑不宜過大。其切割速度要求要大于0.8m/s, 如果小于這個速度,那么草將被撕裂和扯斷,而不是被切割了;如果輪子直徑過小, 則推行比較費力,不能達到設(shè)計要求,要滿足人的推力在200N 左右都能驅(qū)動這部割草機才行。 初步選取外輪直徑 =260mm,由公式n=v/D 得： 外輪的轉(zhuǎn)速n=48 10 3 /260 3.14 58r/min。 由人機工程手冊查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，扶桿距地面的高度取為100cm,且可在100-140cm之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。 由以上分析確定割草機的各項參數(shù)： 割草機的整體寬度：648mm 割草機的割幅：400mm 割草高度：1242mm 滾刀的直徑：d=160mm。切割速度大于0.8m/s，合適。 人的