手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 技術(shù)任務(wù)書- 2 -</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)的依據(jù)- 2 -</p><p>　　1.2產(chǎn)品的用途及使用范圍- 2 -</p><p>　　1.3主要技術(shù)指標(biāo)和重要技術(shù)參數(shù)- 3 -</p><p>　　1.3

2、.1 該手推式剪草機(jī)的總體設(shè)計(jì)參數(shù)- 3 -</p><p>　　1.3.2 該手推式剪草機(jī)的刀具設(shè)計(jì)參數(shù)- 3 -</p><p>　　1.4主要工作原理- 4 -</p><p>　　1.5國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀- 5 -</p><p>　　1.5.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概述- 5 -</p><p>　　1.5.2

3、常見的剪草機(jī)械分類- 6 -</p><p>　　1.5.3 常見幾種剪草機(jī)械剪草原理- 6 -</p><p>　　1.6已經(jīng)考慮過的若干方案的比較- 7 -</p><p>　　1.6.1手推式剪草機(jī)的工作設(shè)計(jì)方案- 7 -</p><p>　　1.6.2其他工作設(shè)計(jì)方案的比較- 7 -</p><p>

4、　　1.7關(guān)鍵問題及其解決辦法- 9 -</p><p>　　1.7.1 增速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇- 9 -</p><p>　　1.7.2 幾種增速方式的實(shí)現(xiàn)比較- 9 -</p><p>　　1.8 機(jī)構(gòu)的功能及特點(diǎn)- 12 -</p><p>　　1.9機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與用戶的一致性分析- 12 -</p><p>

5、;　　2.設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書- 13 -</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案論證- 13 -</p><p>　　2.1.1手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)原理- 13 -</p><p>　　2.1.2 方案的選擇- 14 -</p><p>　　2.2 齒輪的計(jì)算部分- 15 -</p><p>　　2.2.1機(jī)構(gòu)的動(dòng)力

6、計(jì)算- 15 -</p><p>　　2.2.2齒輪設(shè)計(jì)思路及要求- 15 -</p><p>　　2.2.3.齒輪設(shè)計(jì)過程- 16 -</p><p>　　2.3 軸的計(jì)算部分- 20 -</p><p>　　2.3.1手推式剪草機(jī)中軸的設(shè)計(jì)- 20 -</p><p>　　2.3.2手推式剪草機(jī)中軸的設(shè)計(jì)

7、- 23 -</p><p>　　2.4 刀具的設(shè)計(jì)計(jì)算部分- 27 -</p><p>　　2.4.1 刀具的概述- 27 -</p><p>　　2.4.2 刀具的運(yùn)動(dòng)分析- 28 -</p><p>　　2.4.2 刀具的結(jié)構(gòu)尺寸及相關(guān)參數(shù)- 29 -</p><p>　　2.5 端面齒輪及撥桿的設(shè)計(jì)部

8、分- 30 -</p><p>　　2.5.1端面齒輪和撥桿的概述- 30 -</p><p>　　2.5.2 端面齒輪和撥桿的運(yùn)動(dòng)分析- 30 -</p><p>　　2.6 結(jié)論- 34 -</p><p>　　2.6.1 剪草機(jī)的使用方法- 34 -</p><p>　　2.6.1 剪草前應(yīng)注意的事

9、項(xiàng)- 34 -</p><p>　　2.6.3 制造價(jià)格及應(yīng)用范圍- 35 -</p><p>　　3. 使用說(shuō)明書（SM）- 35 -</p><p>　　3.1設(shè)備的名稱- 35 -</p><p>　　3.2設(shè)備的安裝- 35 -</p><p>　　3.3設(shè)備的試車運(yùn)轉(zhuǎn)- 35 -</p&g

10、t;<p>　　3.4設(shè)備的操作和維護(hù)- 36 -</p><p>　　4.標(biāo)注化審核報(bào)告（BS）- 36 -</p><p>　　4.1 產(chǎn)品圖樣的審查- 36 -</p><p>　　4.2產(chǎn)品技術(shù)文件的審查- 37 -</p><p>　　4.3 標(biāo)注件的使用情況- 37 -</p><p&g

11、t;　　4.4 審查結(jié)論- 37 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 38 -</p><p><b>　　致謝- 40 -</b></p><p><b>　　1 技術(shù)任務(wù)書</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)的依據(jù)</b></p><

12、p>　　剪草機(jī)械至今已有100多年的歷史，目前人們普遍使用的是電動(dòng)剪草機(jī)械。由于剪草機(jī)械多在人口稠密的地區(qū)作業(yè)，流動(dòng)性大，對(duì)機(jī)械的震動(dòng)、噪音、廢氣排放、質(zhì)量等指標(biāo)要求較高。現(xiàn)在的剪草機(jī)多使用內(nèi)燃機(jī)作動(dòng)力，排氣污染量相對(duì)于汽車的較少，但其噪聲危害卻很大。美國(guó)EPA(美國(guó)環(huán)境保護(hù)局)及歐盟對(duì)割草機(jī)等用發(fā)動(dòng)機(jī)的排放均有相應(yīng)的法規(guī)；德國(guó)還出臺(tái)了控制噪聲污染的《蘭色天使》法規(guī)；歐洲一些城市推出過引導(dǎo)性計(jì)劃，通過稅收優(yōu)惠及獎(jiǎng)勵(lì)等措施鼓勵(lì)“綠色

13、經(jīng)營(yíng)者” 以加速環(huán)保技術(shù)的發(fā)展 。</p><p>　　手推式剪草機(jī)主要利用滾動(dòng)的輪子帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。手推式剪草機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接平穩(wěn)，噪音極小，并且操作十分容易，既給使用人帶來(lái)方便，也給周圍的人帶來(lái)舒適，安靜的環(huán)境。</p><p>　　1.2產(chǎn)品的用途及使用范圍</p><p>　　目前市面上的剪草機(jī)大多需動(dòng)力引擎，這會(huì)產(chǎn)生較大的噪音，帶來(lái)環(huán)境污染，在辦公和學(xué)習(xí)的地

14、方，這種需動(dòng)力引擎的剪草機(jī)就顯得非常不受歡迎。由于動(dòng)力引擎剪草機(jī)有動(dòng)力裝置，保養(yǎng)，維護(hù)費(fèi)用較高；同時(shí)動(dòng)力引擎剪草機(jī)主要依靠刀片的高速旋轉(zhuǎn)把草排出，因此，對(duì)整機(jī)的安全性要求較高，操作時(shí)也會(huì)給工作人員帶來(lái)強(qiáng)烈的震動(dòng)，使操作很不舒適。雖然，動(dòng)力引擎草坪剪草機(jī)剪草效率較高，剪草效果較好，但是，其價(jià)格也較昂貴，就目前來(lái)說(shuō)，一般的用戶難以接受。</p><p>　　通過市場(chǎng)調(diào)研，我們決定設(shè)計(jì)一種無(wú)引擎驅(qū)動(dòng)，無(wú)噪音污染，剪草高

15、度可調(diào)節(jié)，輕便簡(jiǎn)潔，操作方便和美觀實(shí)用適用于一般用戶的草坪剪草機(jī)。</p><p>　　該產(chǎn)品主要用于家用，及面積不大的草坪修剪。無(wú)需引擎，可謂綠色環(huán)保的剪草機(jī)。對(duì)提倡環(huán)保的地域，是理想的剪草工具。</p><p>　　1.3主要技術(shù)指標(biāo)和重要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　1.3.1 該手推式剪草機(jī)的總體設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p><b&

16、gt;　　外形尺寸：</b></p><p><b>　　輸入功率：</b></p><p><b>　　輪子轉(zhuǎn)速：</b></p><p><b>　　力矩：</b></p><p><b>　　凈質(zhì)量：</b></p><

17、;p>　　變速要求：?jiǎn)渭?jí)刀具，一固定刀片和一活動(dòng)刀片相互運(yùn)動(dòng)</p><p><b>　　單根剪草載荷：</b></p><p><b>　　同時(shí)剪草量：</b></p><p>　　1.3.2 該手推式剪草機(jī)的刀具設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　表1-1 刀具設(shè)計(jì)參數(shù)</p>&

18、lt;p><b>　　1.4主要工作原理</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的手推式剪草機(jī)主要利用輪子運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)變速箱中的齒輪實(shí)現(xiàn)刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的功能。手推式剪草機(jī)由變速齒輪、端面齒輪、撥桿和剪刀等構(gòu)件組成，端面齒輪和撥桿是一對(duì)工作組合。端面齒輪通過自身的轉(zhuǎn)動(dòng)將旋轉(zhuǎn)方向的力傳動(dòng)給撥桿，引起水平方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使刀具自身往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于剪草機(jī)變速變矩范圍不夠大，因此在刀具的選擇上尤其注

19、意以提高剪草機(jī)自身效率為重要原則。</p><p>　　剪草機(jī)工作時(shí)由人推動(dòng)機(jī)器行走，從而使剪草機(jī)的后輪1傳動(dòng)，帶動(dòng)與其同在一根軸上的大齒輪2傳動(dòng)，通過齒輪2與齒輪3組成的增速機(jī)構(gòu)使速度得以提升，并帶動(dòng)端面凸輪4（為了實(shí)現(xiàn)幾何形狀封閉和便于調(diào)整，采取兩個(gè)端面凸輪以背靠背形式裝配）回轉(zhuǎn)，端面凸輪4帶動(dòng)撥桿5運(yùn)動(dòng)，通過端面凸輪4與撥桿5組成的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使固定其上的活動(dòng)刀片與固定在機(jī)架上的固定

20、刀片形成相對(duì)交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，完成剪草動(dòng)作。如圖1—1所示：</p><p>　　圖1—1 機(jī)器的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　1.5國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.5.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概述</p><p>　　l9世紀(jì)中葉，大部分的草坪還在使用鐮刀來(lái)割草或放牧牛羊來(lái)保持草地的整齊性。隨著高爾夫球、網(wǎng)球及足球等運(yùn)動(dòng)的興起，保持完善的草地做運(yùn)動(dòng)場(chǎng)

21、便成為當(dāng)務(wù)之急。英國(guó)人Edwin Budding利用旋轉(zhuǎn)式機(jī)械工作的原理發(fā)明了滾刀式剪草機(jī)，該產(chǎn)品的問世在英國(guó)受到了廣泛的歡迎，隨后傳人美國(guó)。1868年，美國(guó)第一臺(tái)剪草機(jī)取得專利，美國(guó)的草坪業(yè)也由此起步。不過幾年，便有37項(xiàng)有關(guān)剪草機(jī)的發(fā)明獲得專利。到1881年，總共有4萬(wàn)多臺(tái)剪草機(jī)被生產(chǎn)和銷售 。最初的剪草機(jī)均為人力驅(qū)動(dòng)；1890年，在英國(guó)開始設(shè)計(jì)有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的剪草機(jī)。從最初的蒸汽動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)展到小型內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)；1909年，美國(guó)科學(xué)家

22、Leoni取得了動(dòng)力型機(jī)械式剪草機(jī)專利，盡管剪草機(jī)由汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)，但整個(gè)裝置仍由馬拉行走。</p><p>　　在草坪修剪機(jī)械發(fā)展的歷史上，第二次世界大戰(zhàn)是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在20世紀(jì)30年代前后，每年生產(chǎn)的各類剪草機(jī)數(shù)量約3萬(wàn)臺(tái)左右。戰(zhàn)后，美國(guó)經(jīng)濟(jì)得到復(fù)興，允許現(xiàn)役軍人低價(jià)買房不付現(xiàn)金，大批建設(shè)房屋并出售，促使草坪修剪機(jī)械得到迅速發(fā)展，生產(chǎn)量急劇上升，1947年達(dá)36萬(wàn)臺(tái)，1974年達(dá)700萬(wàn)臺(tái)。20世紀(jì)70年代后期開

23、始，剪草機(jī)的市場(chǎng)銷售量逐漸趨向飽和，但每年仍保持在500萬(wàn)—600萬(wàn)臺(tái)的銷量 。剪草機(jī)在數(shù)量增加的同時(shí)，其性能也在不斷改進(jìn)。1950年，美國(guó)第一臺(tái)無(wú)線電操縱的剪草機(jī)誕生；1978年，C1arence Noke研制出了一種可進(jìn)行草坪修剪編程的剪草機(jī)" ；20世紀(jì)80年代，一些新的草坪設(shè)備又投放市場(chǎng)，如Mulching mower，Shredder，Lawndethatcher，String trimmer等，以及清潔草坪用的Bl

24、ower，Lawn vacuum，Lawn sweeper 。到了80年代后期，string trimmer被認(rèn)為是一件普通的家庭用具。</p><p>　　我國(guó)生產(chǎn)剪草機(jī)起步較晚，生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍較小，產(chǎn)品用途單一，品種數(shù)量少，遠(yuǎn)不能滿足要求，而且質(zhì)量與發(fā)達(dá)國(guó)家的相比也有很大差距。所以長(zhǎng)期以來(lái)，草坪剪草機(jī)多以進(jìn)口為主，主要來(lái)自日本、美國(guó)、意大利和瑞典等國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1999年的剪草機(jī)銷售量在3萬(wàn)臺(tái)左右，其中80％

25、為進(jìn)口；2000年我國(guó)各類草坪機(jī)械保有量達(dá)13余萬(wàn)臺(tái)，剪草機(jī)進(jìn)口量在3．16萬(wàn)臺(tái)左右；近兩年，草坪機(jī)械平均年增長(zhǎng)率達(dá)到30％左右，國(guó)內(nèi)每年草坪機(jī)械的銷售總額大約為1．2億～1．3億元人民幣，其中從國(guó)外進(jìn)口的機(jī)械占85％，國(guó)內(nèi)自行生產(chǎn)的產(chǎn)品占15％左右，其合計(jì)銷量約在1萬(wàn)臺(tái)左右 。</p><p>　　1.5.2 常見的剪草機(jī)械分類</p><p>　　剪草機(jī)械按動(dòng)力劃分可以分為機(jī)動(dòng)和人推的

26、兩類。按動(dòng)力又分為柴油機(jī)、汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)3類驅(qū)動(dòng)。其中以小型汽油機(jī)作為動(dòng)力的較為普遍，而柴油機(jī)多用于大型的剪草機(jī)械，如牧場(chǎng)的割草機(jī)；按剪草時(shí)刀片運(yùn)動(dòng)的方式可分為滾刀式、旋刀式和剪切式3種；按切割器形狀可分為旋刀式、滾刀式、往復(fù)割刀式和甩刀式等；按駕駛形式分類，可分為推動(dòng)式(步行式)、自行式、坐騎式(駕乘式)；按配套動(dòng)力和作業(yè)方式分為手推式、手扶推行式、手扶自行式、駕乘式、拖拉機(jī)式等。剪草機(jī)的剪草幅寬一般為400～lO00mm，剪草高度從

27、15～lOOmm有幾個(gè)調(diào)節(jié)擋位 。</p><p>　　1.5.3 常見幾種剪草機(jī)械剪草原理</p><p><b>　?。?）滾刀式剪草機(jī)</b></p><p>　　其由帶有刀片的滾筒和不動(dòng)的床刀組成。滾刀的形狀像一個(gè)圓柱形鼠籠，切割刀呈螺旋形安裝在圓柱表面，滾刀旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)草莖相對(duì)于底刀產(chǎn)生一個(gè)逐漸切割的滑動(dòng)剪切而將草莖剪斷。滾刀式剪草機(jī)剪草

28、的質(zhì)量取決于滾刀上刀片數(shù)和滾刀的轉(zhuǎn)速，滾刀上刀片數(shù)越多，單位長(zhǎng)度行進(jìn)中切割的次數(shù)就越多，切下的草也越細(xì)，滾刀的刀片數(shù)一般為3～12片不等；滾刀的轉(zhuǎn)速越高，切下的草也越細(xì)。滾刀式剪草機(jī)是高質(zhì)量草坪最常用的剪草機(jī)型，適用于草高3～80mm 的草坪，其價(jià)格貴，維修保養(yǎng)要求嚴(yán)格。</p><p>　　（2）旋刀式剪草機(jī)(又稱懸刀式)</p><p>　　它是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)打切草

29、的上部葉片。其工作裝置為一長(zhǎng)條形剪草刀或多把剪草刀在水平刀盤上，高速旋轉(zhuǎn)的刀刃與草莖碰撞而將其割斷，為無(wú)支承切割。刀刃的后面是類風(fēng)葉形狀，在高速旋轉(zhuǎn)下，對(duì)地面形成一定的真空將草莖吹成直立狀態(tài)，便于切割并與罩殼相結(jié)合，形成渦流將割下的碎草送人集草裝置或從罩殼出口噴出灑到草坪，適于范圍內(nèi)剪草，它的價(jià)格相對(duì)低廉，保養(yǎng)、維修和使用都很方便，是國(guó)內(nèi)外目前最流行的剪草機(jī)。</p><p><b>　?。?）甩刀式剪

30、草機(jī)</b></p><p>　　其切割裝置由多把垂直于地面的刀片鉸接在旋轉(zhuǎn)組成的旋轉(zhuǎn)軸上， 當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力作用下，其刀片像垂直于軸芯的甩刀，端部刀刃不斷地沖擊切割草莖。由于刀片與刀軸或刀盤為鉸接， 當(dāng)碰到堅(jiān)硬沖擊不斷的物體時(shí)可以避讓而不致?lián)p壞機(jī)器。</p><p><b>　　（4）甩繩式剪草機(jī)</b></p><p>　

31、　其工作裝置是由一個(gè)內(nèi)裝尼龍繩的打草盤、背向人的護(hù)罩組成。當(dāng)打草盤高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，露在外面的尼龍繩在離心力作用下，像一束伸直的刀刃快速撞擊草莖而切割斷草。由于尼龍繩是柔性的，其撞擊障礙物時(shí)退讓，不會(huì)損壞機(jī)器本身，也不會(huì)對(duì)障礙物有較大的破壞。</p><p>　　1.6已經(jīng)考慮過的若干方案的比較</p><p>　　1.6.1手推式剪草機(jī)的工作設(shè)計(jì)方案</p><p>　

32、　我們所設(shè)計(jì)的手推式草坪剪草機(jī)首先要通過一個(gè)傳力構(gòu)件將人力傳遞出去。為了讓操作者在正常行走速度下操作，傳遞出去的力應(yīng)通過增速機(jī)構(gòu)繼續(xù)傳遞。因執(zhí)行修剪草動(dòng)作刀片的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向與人行進(jìn)的方向垂直，經(jīng)前面增速機(jī)構(gòu)傳遞過來(lái)的運(yùn)動(dòng)都需要再經(jīng)過一級(jí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)傳遞到執(zhí)行構(gòu)件。</p><p>　　通過分析得到手推式草坪剪草機(jī)的組成框圖，如圖1—2所示。</p><p>　　圖1—2手推式草坪剪草機(jī)的組成框

33、圖</p><p>　　1.6.2其他工作設(shè)計(jì)方案的比較</p><p>　　能實(shí)現(xiàn)手推式草坪修草功能的技術(shù)原理較多，但各有利弊，具體分析如下：</p><p><b>　?。?）用腳驅(qū)動(dòng) </b></p><p>　　用腳驅(qū)動(dòng)時(shí)，一般操作者都需站在或坐在被驅(qū)動(dòng)的機(jī)器上用力，這樣所設(shè)計(jì)的修草機(jī)，除了要完成剪草動(dòng)作外，還要

34、承受操作者的自重，且要有方向控制裝置，使機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大，不適合小面積草坪使用。</p><p><b>　　（2）用手驅(qū)動(dòng) </b></p><p>　　用手驅(qū)動(dòng)，可避免用腳驅(qū)動(dòng)時(shí)存在的問題，使所設(shè)計(jì)的機(jī)器小巧，且可靈活操作。因此，我們選擇設(shè)計(jì)手動(dòng)式修草機(jī)。</p><p><b>　?。?）用割的方式 </b>&

35、lt;/p><p>　　即用刀將草截?cái)唷５萑彳?，且一端自由，采取割的方式將草截?cái)噍^難實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　?。?）用打的方式 </b></p><p>　　即用刀片或打草繩將草打斷。用此法修草時(shí)所需的速度非常高，以其在草還沒被打倒之前將草打斷，這樣的修草產(chǎn)品已有，但效果不好。</p><p><b>

36、　?。?）用剪的方式 </b></p><p>　　即用刀將草剪斷，用兩個(gè)刀片作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理較易將草剪斷，且不需要很高的速度。因此，我們選擇設(shè)計(jì)成手動(dòng)式剪草機(jī)。</p><p>　　手動(dòng)的形式又用手搖動(dòng)和用手推動(dòng)兩種。機(jī)械容易實(shí)現(xiàn)的是簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，如果用手搖動(dòng)手柄實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件的往復(fù)移動(dòng)，由于剪草機(jī)還要靠人力推著向前行進(jìn)，操作者要完成的動(dòng)作過多，操作不方便。要使操作

37、者只通過簡(jiǎn)單的操作即可完成剪草動(dòng)作，可以用手推剪草機(jī)向前行駛，靠剪草機(jī)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)將轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成往復(fù)移動(dòng)而輸出到執(zhí)行構(gòu)件。顯然設(shè)計(jì)成手動(dòng)式草坪剪草機(jī)是合理而可行的。</p><p>　　根據(jù)所查資料，可選用組合—變異法構(gòu)成初步方案。由前面的分析可知，手動(dòng)式草坪剪草機(jī)只需要一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)形式變換功能（即轉(zhuǎn)動(dòng)變直線往復(fù)移動(dòng)），所以，不必列出矩陣表后構(gòu)型。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)到直線往復(fù)移動(dòng)變換功能最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，直線推桿盤狀

38、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。</p><p>　　1)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 2）直動(dòng)推桿盤狀凸輪機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　3）齒輪齒條機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　圖1—3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　1.7關(guān)鍵問題及其解決辦法</p><p&g

39、t;　　1.7.1 增速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇</p><p>　　增速機(jī)構(gòu)是傳遞動(dòng)力及變速的核心機(jī)構(gòu)。它的速度變化直接改變刀具的剪切運(yùn)動(dòng)。我的手推式剪草機(jī)采用圓柱凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　可以利用圓盤側(cè)面的形狀特征，為此圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)通過側(cè)面推動(dòng)固定在滑塊上的撥桿（可橫向調(diào)整）左右運(yùn)動(dòng)，這樣就得到了一種新型的凸輪—端面凸輪，其工作原理如圖1—4所示：</p><p>

40、;　　圖1—4 圓柱凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　1.7.2 幾種增速方式的實(shí)現(xiàn)比較</p><p>　?。?）用組合法實(shí)現(xiàn)增速</p><p>　　為了讓操作者在正常行走速度下操作，傳遞出去的力應(yīng)通過增速機(jī)構(gòu)繼續(xù)傳遞。由于轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入構(gòu)件作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣在剪草機(jī)動(dòng)力輸入構(gòu)件輪子和轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入構(gòu)件之間，可以采用鏈傳動(dòng)，帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。為了使所設(shè)計(jì)的

41、剪草機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，可以采用齒輪傳動(dòng)。而齒輪傳動(dòng)有直齒原著齒輪傳動(dòng)，斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，圓錐齒輪傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)等。但是蝸輪蝸桿傳動(dòng)的效率低，一般是蝸桿主動(dòng)，且軸線空間交錯(cuò)，應(yīng)用到剪草機(jī)械中，會(huì)使支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圓錐齒輪傳動(dòng)的軸線相交，且其中一個(gè)齒輪需懸置，也會(huì)使剪草機(jī)支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜。直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪的軸線相互平行，支撐結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，同時(shí)剪草機(jī)的速度不高，載荷也不大，因此，可選擇直齒圓柱齒輪作為增速機(jī)構(gòu)。</p><

42、p>　　機(jī)構(gòu)組成方案如圖1—5所示：</p><p>　　1) 帶動(dòng)齒輪增速的曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 2）帶齒輪增速的直動(dòng)推桿盤狀凸輪機(jī)構(gòu)</p><p>　　3) 帶齒輪增速的齒輪齒條機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖1—5機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　用異變法實(shí)現(xiàn)刀具剪草運(yùn)動(dòng)方向與剪草機(jī)行進(jìn)方向垂直，由于刀具的剪切運(yùn)動(dòng)

43、方向與剪草機(jī)行進(jìn)方向垂直，圖1-5中1）和2）所示的機(jī)構(gòu)組成方案不能最終滿足設(shè)計(jì)要求，還需對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步構(gòu)型。</p><p>　　方案1 利用梅花凸輪（凸輪廓線呈梅花狀）和連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)滑塊在導(dǎo)軌上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作原理如圖1—6所示。</p><p>　　圖1—6梅花凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　方案2 利用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)將凸輪軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)

44、，其工作原理如圖1—7所示。</p><p>　　圖1—7圓柱凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　在圖1—6所示的梅花凸輪機(jī)構(gòu)中，為把凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)閳?zhí)行構(gòu)件的往復(fù)移動(dòng)需增加一個(gè)支點(diǎn)和一個(gè)構(gòu)件兩個(gè)低副（或一個(gè)構(gòu)件一個(gè)高副），這樣會(huì)增加整個(gè)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，且設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該比短（否則必然會(huì)增大梅花凸輪的尺寸，或者引起梅花凸輪邊緣曲線過度較急），這樣將減少傳送到滑塊上的力。圖7，圖4所示的圓柱凸輪機(jī)構(gòu)和端

45、面凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以考慮作為所設(shè)計(jì)的剪草機(jī)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。</p><p>　　但是，我們還希望所設(shè)計(jì)的剪草機(jī)能實(shí)現(xiàn)剪草高度的調(diào)節(jié)。要實(shí)現(xiàn)此調(diào)節(jié)功能，在圖1—7所示的圓柱凸輪機(jī)構(gòu)中還需要增加一個(gè)能使刀架（包括活動(dòng)刀片和固定刀片）沿垂直方向移動(dòng)的移動(dòng)副，使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜。而圖2—7所示的端面凸輪機(jī)構(gòu)，可以使推桿沿端面凸輪的任意弦上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)刀架上下運(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)剪草高度的調(diào)節(jié)。</p>

46、<p>　　1.8 機(jī)構(gòu)的功能及特點(diǎn)</p><p>　　該機(jī)采用固定刀片與活動(dòng)刀片相對(duì)錯(cuò)動(dòng)的剪切原理，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，噪音小、無(wú)污染，使用方便、靈活，適合小面積草坪的剪草處理；</p><p>　　無(wú)需引擎驅(qū)動(dòng)，使用安全、可靠，便于維護(hù)；</p><p>　　剪草的高度可在1—20mm之間調(diào)整，割幅240mm，外形尺寸（長(zhǎng)寬高：58636

47、9200mm）,質(zhì)量30kg（材料由45鋼制作）；</p><p>　　采用耐用的鑄鋁底盤和結(jié)構(gòu)件，具有永不生繡、永不卷曲變形的特點(diǎn)；</p><p>　　前輪采用萬(wàn)向輪，具有良好的導(dǎo)向性，后輪的一個(gè)輪子裝上壽命長(zhǎng)的球軸承，使剪草機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)易于推動(dòng)；</p><p>　　金屬手柄易于折疊，以減少包裝尺寸，手柄長(zhǎng)度可伸縮，對(duì)于不同身高的操作者同樣適用；</p>

48、;<p>　　底盤獨(dú)特的設(shè)計(jì)可防止草堵塞出口通道；</p><p>　　外觀造型美觀，更適合家庭用戶的審美要求；</p><p>　　剪草的效果較理想，且成本低，是小面積草坪修剪的首選產(chǎn)品。 </p><p>　　1.9機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與用戶的一致性分析</p><p>　?。?）從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的功能出發(fā)，按變異—組合法和類比法完成機(jī)構(gòu)的構(gòu)

49、件和設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）在作品樣機(jī)加工前，使用三維造型軟件進(jìn)行三維造型、虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真；</p><p>　　（3）理論上驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，然后進(jìn)行樣機(jī)制作；</p><p>　?。?）外觀造型新穎，推桿可折疊伸縮，適合家庭用戶使用；</p><p>　?。?）采用齒輪機(jī)構(gòu)（實(shí)現(xiàn)增速），提高整機(jī)的工作效率，解決了手動(dòng)剪草機(jī)工

50、作效率不高的問題；</p><p>　?。?）采用端面凸輪機(jī)構(gòu)（運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)），將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而滿足剪草運(yùn)動(dòng)要求，形狀類似冠輪，解決了端面凸輪加工難的問題；</p><p>　　（7）采用的剪草高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，解決了目前手動(dòng)剪草機(jī)不易實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)的問題；</p><p>　?。?）產(chǎn)品成本（制造和使用成本）低，符合廣大用戶購(gòu)買能力的要求。</p

51、><p><b>　　2.設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書</b></p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案論證</p><p>　　2.1.1手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　該機(jī)構(gòu)由輪子帶動(dòng)，通過一對(duì)單級(jí)減速器進(jìn)行傳遞轉(zhuǎn)矩，再由端面齒輪和撥桿組合變化運(yùn)動(dòng)方向，最終輸出往復(fù)剪切運(yùn)動(dòng)?？傮w方案設(shè)計(jì)如圖2—1所示：</p>

52、<p>　　圖2-1 總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.2 方案的選擇</p><p>　　選擇這個(gè)設(shè)計(jì)方案能夠更好的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞。無(wú)引擎驅(qū)動(dòng)，節(jié)省能源，無(wú)污染（噪音、廢氣），采用綠色環(huán)保設(shè)計(jì)。采用齒輪機(jī)構(gòu)（實(shí)現(xiàn)增速），提高整機(jī)的工作效率，解決了手動(dòng)剪草機(jī)工作效率不高的問題；采用端面凸輪機(jī)構(gòu)（運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)），將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而滿足剪草運(yùn)動(dòng)要求，形狀類似冠輪

53、，解決了端面凸輪加工難的問題。采用的剪草高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，解決了目前手動(dòng)剪草機(jī)不易實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)的問題。</p><p>　　另一方案，用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，直接帶動(dòng)割草圓盤，采用割草的方式。機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，刀具拆裝方便。但草柔軟，且一端自由，采取割的方式將草截?cái)噍^難實(shí)現(xiàn)，割草的數(shù)目不多。要想割的效率快，必須采用大功率。</p><p>　　我采用的剪草機(jī)方案結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，與之相比軸的位置較為容易定位，

54、而蝸輪蝸桿傳動(dòng)的割草機(jī)一水平一豎直的軸造成了機(jī)架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜。并且增速機(jī)構(gòu)采用端面齒輪和撥桿的運(yùn)動(dòng)組合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)實(shí)際為一凸輪推桿的運(yùn)動(dòng)組。</p><p>　　同時(shí)剪草的數(shù)量較多，在功率一定得情況下，剪得方式始終比割得方式效率高。蝸輪蝸桿傳動(dòng)的割草機(jī)機(jī)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖如圖2—2所示：</p><p>　　圖2—2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的割草機(jī)</p><p>　　2.2 齒輪

55、的計(jì)算部分</p><p>　　2.2.1機(jī)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算</p><p>　　草坪上的草為特殊纖維材料，較易剪斷，不需要太大的載荷。通過實(shí)際運(yùn)用中割草機(jī)械的分析，可以假設(shè)剪一根草所需載荷為，同時(shí)剪草數(shù)量最多為500根?？傻肍=250N；端面齒輪上所受力的大小為：</p><p>　　輪子提供轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)剪刀，進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)。假設(shè)輪子的直徑為；輪子周長(zhǎng)為。</p>

56、;<p>　　假定人的正常行走步數(shù)為。</p><p>　　假定刀具所受的力全部來(lái)自輪子的轉(zhuǎn)矩所引起的運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　軸上的所傳遞的功率大小為：</p><p>　　軸上的所傳遞的功率大小為：;</p><p>　　輪子所傳

57、遞的功率大小為：</p><p>　　2.2.2齒輪設(shè)計(jì)思路及要求</p><p>　　手推式剪草機(jī)中的齒輪設(shè)計(jì)要求</p><p>　?。?）合理選用模數(shù)：</p><p>　　在現(xiàn)代變速箱設(shè)計(jì)中，各檔齒輪模數(shù)的選擇是不同的。但為了經(jīng)濟(jì)性和用途的要求，初選模數(shù)：。</p><p>　　（2）合理選用壓力角：</

58、p><p>　　對(duì)于同一分度圓的齒輪而言，若其分度圓壓力角不同，基圓也就不同。當(dāng)壓力角越大時(shí)，基圓直徑就越小，漸開線就越彎曲，輪齒的齒根就會(huì)變厚，齒面曲率半徑增大，從而可以提高輪齒的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。</p><p><b>　　合理選用螺旋角：</b></p><p>　　為了保證齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性、低噪聲和少?zèng)_擊，所有齒輪都要選擇較大的螺旋角，

59、一般都在30左右。</p><p><b>　　（3）分析齒頂寬：</b></p><p>　　對(duì)于正變位齒輪，隨著變位系數(shù)的增大，齒頂高也增大，而齒頂會(huì)逐漸變尖。所以必須對(duì)齒輪進(jìn)行齒頂變尖的驗(yàn)算。</p><p>　?。?）手推式剪草機(jī)中齒輪強(qiáng)度的計(jì)算方法概述</p><p>　　我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局所發(fā)表的漸開線圓柱齒輪

60、承載能力計(jì)算方法是參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的計(jì)算方法所制定的，該方法比較全面地考慮了影響齒輪承載能力的各種因素，現(xiàn)已成為目前最精確的、綜合的齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法。</p><p>　　影響輪齒載荷的各種因素大致可歸納為四個(gè)方面，分別用四個(gè)系數(shù)來(lái)修正名義載荷，這四個(gè)系數(shù)分別為使用系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)、齒向載荷分布系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)。</p><p>　　各種齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法所采用的動(dòng)載系數(shù)Kv在形式上有

61、很大的差別，考慮的因素也不相同。</p><p>　　各種齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法所采用的齒向載荷分布系數(shù)的計(jì)算方法各不相同。</p><p>　　各種齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法所采用的齒間載荷分配系數(shù)的處理上有很大差別。</p><p>　　由于汽車變速箱的工作特性，使得輪齒的載荷是波動(dòng)的，對(duì)于這種不穩(wěn)定載荷的情況。</p><p>　　從以上四點(diǎn)可看出國(guó)際

62、標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法是一種比較合理、精確的方法，所以在本論文中齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算采用此種方法。</p><p>　　齒輪在傳遞動(dòng)力時(shí)，輪齒處于懸臂狀態(tài)，在齒根產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和其它應(yīng)力，并有較大的應(yīng)力集中，為使齒輪在預(yù)定的壽命期內(nèi)不發(fā)生斷齒事故，必須使齒根的最大應(yīng)力小于其許用應(yīng)力。</p><p>　　2.2.3.齒輪設(shè)計(jì)過程</p><p>　?。?）輸出轉(zhuǎn)

63、矩設(shè)計(jì)：</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　軸上的轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　計(jì)算輪子傳遞的轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　可得：</b></p><p><b>

64、;　　軸上的轉(zhuǎn)矩為: </b></p><p>　?。?）齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)：</p><p>　　選擇齒輪材料、熱處理、精度等級(jí)及其齒數(shù)</p><p>　　剪草機(jī)為一般工作機(jī)器，齒輪選擇常用材料及熱處理，8級(jí)精度。小齒輪：40Cr(調(diào)質(zhì))，齒面硬度280HBS；大齒輪：45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度240HBS。二者硬度相差40HBS。</p>

65、<p>　　選擇小齒輪齒數(shù)：z1=23，大齒輪齒數(shù)：</p><p>　?。?）基本參數(shù)的選擇</p><p><b>　　試選載荷系數(shù)：</b></p><p><b>　　選擇的齒寬系數(shù)為：</b></p><p><b>　　查得彈性系數(shù)為：</b></p

66、><p>　　按齒面硬度查取接觸疲勞極限：</p><p>　　小齒輪：, 大齒輪：；</p><p>　?。?）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N</p><p>　　假定工作機(jī)載荷有輕微沖擊，每星期左右修剪一次草坪，每周工作8h，預(yù)期使用壽命為50年。</p><p>　　小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：</p><p&g

67、t;<b>　　可得：</b></p><p>　　大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：</p><p>　?。?）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　查得接觸疲勞壽命系數(shù)：小齒輪, 大齒輪</p><p>　　接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)</p><p>　　有公式： （1）&

68、lt;/p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑 （3）</p><p><b>　　可得：</b></p><p>　　為了保證制造工藝簡(jiǎn)單，取</p><p><b>　　模數(shù)：</b></p&g

69、t;<p><b>　　取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)</b></p><p><b>　　小齒輪分度圓直徑：</b></p><p><b>　　大齒輪分度圓直徑：</b></p><p>　　大齒輪齒寬,圓整取；</p><p>　　小齒輪齒寬 (加寬5mm)</p>

70、<p><b>　　中心距</b></p><p><b>　　小齒輪齒全高</b></p><p><b>　　大齒輪齒全高</b></p><p>　　齒輪的相關(guān)參數(shù)如下表所示：</p><p><b>　　表2-1齒數(shù)表</b><

71、/p><p>　　（6）計(jì)算載荷系數(shù)K</p><p><b>　　查得使用系數(shù)</b></p><p><b>　　圓周力，</b></p><p><b>　　查得動(dòng)載荷系數(shù)</b></p><p>　　查得齒間載荷分配系數(shù), </p>&

72、lt;p>　　查得齒向載荷分布系數(shù),一般經(jīng)仔細(xì)跑合，取</p><p><b>　　計(jì)算載荷系數(shù) </b></p><p><b>　?。?）修正計(jì)算：</b></p><p>　　已取,符合接觸疲勞強(qiáng)度條件。</p><p>　?。?）齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核過程</p>&

73、lt;p><b>　　確定設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p><b>　　載荷系數(shù)K=</b></p><p><b>　　小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　查得齒形系數(shù), ;應(yīng)力修正系數(shù)，</p><p>　　查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：小齒輪,大齒輪</p&

74、gt;<p>　　按齒面硬度查得彎曲疲勞極限：小齒輪,大齒輪</p><p>　　計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 </p><p>　　取彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)</p><p><b>　　由公式,可得</b></p><p><b>　　由公式，可得</b></p><p&g

75、t;<b>　　齒根彎曲應(yīng)力</b></p><p>　　結(jié)論:計(jì)算可得彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。</p><p>　　2.3 軸的計(jì)算部分</p><p>　　2.3.1手推式剪草機(jī)中軸的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　（1）選擇軸的材料</b></p><p>　　該軸無(wú)特殊要

76、求，選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理，</p><p><b>　　初步估算軸徑：</b></p><p>　　按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算輸入端的最小軸徑。按45鋼，取</p><p><b>　　根據(jù)公式，取</b></p><p><b>　　（2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><

77、;p>　　軸上零件的軸向定及位周向定位。</p><p>　　從左輪子連接處向右?。?lt;/p><p><b>　　。</b></p><p>　　考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性：考慮到軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的左端和右段均制成倒角。</p><p><b>　?。?）軸的強(qiáng)度演算</b></p>

78、<p>　　經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，各軸段作用力大小和作用點(diǎn)位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知。</p><p>　　齒輪上作用力的大小轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　齒輪端面分度圓直徑：</p><p><b>　　圓周力：</b></p><p><b>　　徑向力：</b></p>

79、;<p><b>　　軸向力：</b></p><p>　　受力簡(jiǎn)圖如3—2所示：</p><p>　　圖2—3 垂直面上受力簡(jiǎn)圖 </p><p>　　垂直面上軸承的支反力及主要截面的彎矩：</p><p><b>　　截面C處的彎矩為：</b></p><p&g

80、t;　　圖2—4垂直面上截面的彎矩</p><p>　　水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩：</p><p><b>　　截面C處的彎矩為：</b></p><p>　　圖2—5 水平面上截面的支反力</p><p>　　截面C處的合成彎矩為：</p><p>　　圖2—6 水平面上截面的彎矩及

81、合成彎矩：</p><p>　　圖2—6水平面上截面的彎矩及合成彎矩</p><p>　　按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度</p><p>　　進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面強(qiáng)度，取，該截面上的計(jì)算應(yīng)力：</p><p><b>　　通過查表可知：</b></p><p>　　材料為

82、45鋼，調(diào)質(zhì)處理的許用應(yīng)力為，由于，故安全。</p><p>　　2.3.2手推式剪草機(jī)中軸的設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?）選擇軸的材料</b></p><p>　　該軸無(wú)特殊要求，選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理，</p><p><b>　　初步估算軸徑：</b></p><p&

83、gt;　　按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算輸入端的最小軸徑。按45鋼，取</p><p><b>　　根據(jù)公式，取</b></p><p><b>　?。?）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軸上零件的軸向定位周向定位</p><p>　　大齒輪在軸上為對(duì)稱定位，左右兩端靠套筒定位，裝拆，傳力較為簡(jiǎn)單；兩端軸

84、承常用同一尺寸，以便于加工、安裝和維修；為便于拆裝軸承，軸承處軸肩不宜太高。</p><p>　　齒輪與軸的軸向固定采用普通平鍵聯(lián)接。</p><p>　　根據(jù)軸的直徑查得齒輪處的鍵截面尺寸為，配合為，滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制。確定各段軸徑和長(zhǎng)度通過確定定位軸肩高度，從左輪子連接處向右取。</p><p>　　考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性：考慮到軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的

85、左端和右段均制成倒角。</p><p><b>　　軸的強(qiáng)度演算</b></p><p>　　經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，各軸段作用力大小和作用點(diǎn)位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知。</p><p>　　齒輪上作用力的大小轉(zhuǎn)矩：=3911N·mm</p><p>　　齒輪端面分度圓直徑：</p><p

86、><b>　　圓周力：</b></p><p><b>　　徑向力：</b></p><p><b>　　軸向力：</b></p><p>　　圖2—7 軸垂直面上受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　垂直面上軸承的支反力及主要截面的彎矩：</p><p>

87、;<b>　　方向相反</b></p><p><b>　　截面C處的彎矩為：</b></p><p>　　圖2—8 軸垂直面上截面的彎矩</p><p>　　水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩：</p><p><b>　　截面C處的彎矩為：</b></p>

88、<p>　　圖2—9軸水平面上截面的支反力</p><p>　　截面C處的合成彎矩為：</p><p>　　圖2—10 軸水平面上截面的彎矩及合成彎矩</p><p>　　按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度</p><p>　　進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面強(qiáng)度，取，該截面上的計(jì)算應(yīng)力：</p><p

89、><b>　　通過查表可知：</b></p><p>　　材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理的許用應(yīng)力為，由于，故安全。</p><p>　　2.4 刀具的設(shè)計(jì)計(jì)算部分</p><p>　　2.4.1 刀具的概述</p><p>　　手推式剪切機(jī)采用剛性切割式，運(yùn)動(dòng)方式選擇往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。</p><p>

90、　　往復(fù)式切割裝置由上、下兩組刀片組成，分動(dòng)和雙動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。本設(shè)計(jì)采用單動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式。單動(dòng)切割器是動(dòng)刀片在定刀上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；其特點(diǎn)是：，刀片的行程與上、下刀片的距離均相等。</p><p>　　剪切機(jī)的上、下刀片形狀相同，剪切時(shí)，草兩側(cè)同時(shí)受到切割，在一個(gè)行程中，運(yùn)動(dòng)速度的大小有變化，合理切割的方法是利用較大的速度來(lái)剪切。刀片的速度圖如圖2—11所示。剪刀自點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度自零逐漸增加，在沒有達(dá)到之前，因切

91、刀不相接觸，不發(fā)生切割。刀片到達(dá)時(shí)，兩刀刃開始接觸，這時(shí)稱為始切速，然后刀片繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)而進(jìn)入切割，直到刀片到達(dá)時(shí)，兩刀刃相向接觸完畢，這以后不再切割，這時(shí)稱為終切速。由到為切割速度的變化范圍。由圖2—11可知，大于終切速。</p><p>　　圖2—11 切割速度的變化</p><p>　　在切割過程中，有些草是在被一刀刃頂斜著推向另一刀刃和剪切機(jī)前進(jìn)而向前傾斜狀態(tài)下切割的，使草叢表面稍

92、欠平整。</p><p>　　2.4.2 刀具的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　刀片一個(gè)行程時(shí)間內(nèi)機(jī)器前進(jìn)的距離稱為切刀的進(jìn)程，以H表示，切刀一秒鐘內(nèi)運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)距離為：</p><p>　　式中：——機(jī)器的前進(jìn)速度</p><p>　　——刀具水平運(yùn)動(dòng)的距離</p><p><b>　　——輪子的周長(zhǎng)</

93、b></p><p>　　一個(gè)行程所需要的時(shí)間為：</p><p>　　一個(gè)行程運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)距離：</p><p>　　可得切刀的進(jìn)程H為：</p><p>　　由于端面齒輪旋轉(zhuǎn)一周刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng)6次，刀具行程運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)對(duì)稱的加速減速運(yùn)動(dòng)，速度由變化，從0到達(dá)的所需的時(shí)間與到達(dá)0的時(shí)間均為。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)分

94、析可知，刀具呈現(xiàn)勻加速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方程式為：</p><p><b>　　可得：</b></p><p><b>　　切刀的平均速度：</b></p><p>　　將切刀的平均速度與機(jī)器的前進(jìn)速度的比值稱為刀機(jī)速比。</p><p>　　，據(jù)類似的茶樹修剪機(jī)和采茶機(jī)的試驗(yàn)分析，可得動(dòng)力轉(zhuǎn)速較小的手推式

95、剪草機(jī)傳動(dòng)的效率較高。</p><p>　　2.4.2 刀具的結(jié)構(gòu)尺寸及相關(guān)參數(shù)</p><p>　　刀片是切割裝置的主要部件，由于使用條件和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的不同，使刀片的參數(shù)隨不同的機(jī)型而有些差異。</p><p>　　表2—2手推式剪草機(jī)的主要參數(shù)</p><p>　　切割角的增大使切口變得不整齊。當(dāng)?shù)镀谐淘跁r(shí)，刀片的切割角和楔角不影響剪草的

96、質(zhì)量。往復(fù)式刀刃的切割角和楔角如圖2—12所示。</p><p>　　圖2—12往復(fù)式刀刃的切割角和楔角</p><p>　　試驗(yàn)分析可知行程與剪草質(zhì)量的關(guān)系：</p><p>　　刀片的刀距行程對(duì)剪草的質(zhì)量沒有顯著的影響。剪草質(zhì)量比較好的行程在，碎片也相應(yīng)較少。切割間距在時(shí)，切口平整；切割間距在30mm以上時(shí)，切口就不平整；切割間距大于40mm時(shí)，采摘面就象抓采樣

97、的，漏采的也增多。</p><p>　　切割速度比與正常草芽葉、碎片的關(guān)系</p><p>　　手推式剪切機(jī)刀片的切割速度比在2.5以下時(shí)，正常芽葉多，碎片少。對(duì)采摘質(zhì)量沒有大的影響。對(duì)類似作物的試驗(yàn)，任何往復(fù)刀片，當(dāng)切割速度比在2.5以下時(shí)，正常芽葉稍有減少的趨勢(shì)；切割速比在時(shí)，剪草質(zhì)量無(wú)明顯的差別。切割速度比在小于3時(shí)，剪草面切口出現(xiàn)明顯的不平整。</p><p&g

98、t;　　表2—3往復(fù)式刀片的主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　2.5 端面齒輪及撥桿的設(shè)計(jì)部分</p><p>　　2.5.1端面齒輪和撥桿的概述</p><p>　　手推式剪草機(jī)中端面齒輪和撥桿一對(duì)運(yùn)動(dòng)組合類似于凸輪和推桿，而撥桿的運(yùn)動(dòng)直接影響其刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由撥桿在端面齒輪凹凸曲面上的規(guī)則運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)刀具的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　

99、2.5.2 端面齒輪和撥桿的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　端面齒輪的形狀如圖2—13所示：</p><p>　　圖2—13 端面齒輪的形狀</p><p>　　對(duì)撥桿的運(yùn)動(dòng)要求為：</p><p>　　當(dāng)端面齒輪轉(zhuǎn)過時(shí)，推桿上升20mm；</p><p>　　端面齒輪再轉(zhuǎn)過時(shí)，撥桿下降20mm；</p>

100、<p>　　推桿繼續(xù)轉(zhuǎn)過時(shí)，撥桿又停止不動(dòng)。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖2—14所示。</p><p>　　圖2—14 運(yùn)動(dòng)分析圖</p><p>　　撥桿在端面齒輪處安裝，圖中a與b為撥桿上升對(duì)應(yīng)的端面齒輪所旋轉(zhuǎn)的角度，c為。在端面齒輪上撥桿與端面齒輪接觸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度所對(duì)應(yīng)的行程為：</p><p>　　式中d為撥桿與端面齒

101、輪接觸點(diǎn)在端面齒輪上離中心位置的直徑大小。</p><p>　　圖2—15 端面齒輪的輪廓曲線</p><p>　　假設(shè)在端面齒輪上的運(yùn)動(dòng)行程為,接觸點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)的位移為,可得運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：</p><p><b>　　在式中各參數(shù)：</b></p><p>　　為端面齒輪旋轉(zhuǎn)的角度；</p><p&

102、gt;　　k為與端面齒輪運(yùn)動(dòng)行程與接觸點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)的位移的相關(guān)參數(shù)。</p><p><b>　　代入特殊值，可得：</b></p><p>　　從而得出接觸點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)位移的軌跡方程為：</p><p><b>　　推程階段 </b></p><p><b>　　遠(yuǎn)休止階段 </b

103、></p><p><b>　　回程階段 </b></p><p><b>　　近休止階段 </b></p><p>　　通過上述運(yùn)動(dòng)分析可以求出撥桿在端面齒輪上的工作輪廓線。</p><p>　　由于端面齒輪為六個(gè)相同的近似于凸輪的結(jié)構(gòu)。故只需研究撥桿一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作輪廓線即可。&

104、lt;/p><p>　　計(jì)算結(jié)果可得端面齒輪的工作輪廓線對(duì)應(yīng)的值</p><p>　　表2—4 端面齒輪的工作輪廓線</p><p>　　通過上述表中參數(shù)，我們可以近似加工出端面齒輪的工作輪廓線。度數(shù)越分的密，端面齒輪的形狀越精確。工作輪廓線如圖2—16所示。</p><p>　　圖2—16 端面齒輪的工作輪廓線</p><p

105、><b>　　2.6 結(jié)論</b></p><p>　　2.6.1 剪草機(jī)的使用方法</p><p>　　修剪是草坪養(yǎng)護(hù)管理中的核心內(nèi)容?？茖W(xué)地對(duì)草坪進(jìn)行定期修剪，可提高草坪質(zhì)量，使草坪整齊美觀，而且具有較高的坪用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可促進(jìn)分蘗，形成致密的草坪，改善通氣性，減少病蟲害的發(fā)生，有效地抑制雜草生長(zhǎng)，提高其美觀性。草坪修剪應(yīng)遵循“三分之一” 原則，即被剪

106、去的部分占草坪總高度的三分之一以內(nèi)。如修剪量過大，將會(huì)由于葉面積大量損失而導(dǎo)致草坪草光合作用急劇下降。由于修剪不及時(shí)而導(dǎo)致失剪的草坪，仍應(yīng)遵循“三分之一” 原則，切忌一次修剪就達(dá)到需求的標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)通過少量多次修剪，逐步剪到需要的高度。草坪修剪的時(shí)間與草坪草的種類、草坪草的生長(zhǎng)發(fā)育和肥料供給等有關(guān)。北方草坪草在春秋是兩個(gè)生長(zhǎng)高峰期，修剪量加大和修剪次數(shù)增多，晚秋應(yīng)逐漸減少修剪次數(shù)，夏季有休眠現(xiàn)象，也應(yīng)根據(jù)情況減少修剪次數(shù)。草坪修剪頻率決定

107、于草坪的生育狀態(tài)、草坪的用途、草坪的質(zhì)量及草坪草的種類，其中主要取決于草坪的生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)勢(shì)。</p><p>　　2.6.1 剪草前應(yīng)注意的事項(xiàng)</p><p>　　剪草前應(yīng)先檢查剪草機(jī)械刀片是否損壞，螺母、螺栓的緊固情況，輪胎壓力情況.；剪草前應(yīng)清除草坪上的木棍、石頭、瓦塊、鐵絲等雜物。對(duì)于固定設(shè)施，如噴灌管埋頭等，應(yīng)作好標(biāo)志，以防損壞刀片在剪草前，應(yīng)測(cè)量草坪的高度，將剪草機(jī)調(diào)整到合

108、理的剪草高度；剛澆過水、下過大雨或者霉雨季節(jié)等，潮濕的草地最好不要剪草；不得在坡度大于15度的地方采用該手推式剪草機(jī)修剪草坪。</p><p>　　剪草機(jī)的選擇要根據(jù)草坪要求的修剪質(zhì)量、草坪草種、修剪高度、配套動(dòng)力、地形地貌及剪草機(jī)的幅寬等因素確定。無(wú)論選用何種剪草機(jī)，都應(yīng)保證剪草機(jī)的刀片始終鋒利。因?yàn)榈镀h利，草坪草的修剪傷口能迅速愈合，病菌浸染的機(jī)會(huì)少， 同時(shí)傷口不留白茬，景觀效果也好。總之，選擇的總原則是在

109、達(dá)到修剪草坪質(zhì)量的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的機(jī)型。</p><p>　　2.6.3 制造價(jià)格及應(yīng)用范圍</p><p>　　根據(jù)目前市場(chǎng)實(shí)際:：制造原材料費(fèi)用100～150 元，手工費(fèi): 50～100 元，因此總造價(jià)在300元以內(nèi)。目前使用于我國(guó)大部分地區(qū)的園林草坪的修建和養(yǎng)護(hù)。</p><p>　　3. 使用說(shuō)明書（SM）</p><p>&

110、lt;b>　　3.1設(shè)備的名稱</b></p><p>　　產(chǎn)品的名稱: 手推式剪草機(jī)</p><p><b>　　3.2設(shè)備的安裝</b></p><p>　　安裝工作必須有鉗工、起重工等專業(yè)工人參加。安裝時(shí)首先用水平儀找平基礎(chǔ)和安裝支架的水平度，然后使之固定。按制造廠出廠時(shí)各段機(jī)殼的連接標(biāo)記順序組裝，各段機(jī)槽內(nèi)口的連接應(yīng)

111、平整、密合，如有錯(cuò)位，只允許比剪草機(jī)撥桿稍低，其值不得大于1mm。機(jī)體組裝后測(cè)定其機(jī)槽兩側(cè)對(duì)稱中心面的對(duì)稱度。頭輪、尾輪必須對(duì)中。輪軸應(yīng)保持平行，以避免剪草機(jī)在運(yùn)行時(shí)跑偏。安裝剪草機(jī)刀具時(shí)應(yīng)再次檢查刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng)是否靈活只有運(yùn)動(dòng)靈活的剪草機(jī)方可進(jìn)行安裝。</p><p>　　3.3設(shè)備的試車運(yùn)轉(zhuǎn)</p><p>　　完成剪草機(jī)各部分安裝工作后，即可進(jìn)行空載運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。</p>&

112、lt;p>　　運(yùn)行前應(yīng)做如下工作：</p><p>　?。?）所有軸承、傳動(dòng)部件和減速器內(nèi)應(yīng)有足夠的潤(rùn)滑油；</p><p>　?。?）檢查和清除剪草機(jī)機(jī)槽內(nèi)部遺留的工具、鐵件或其他雜物；</p><p>　?。?）全面檢查剪草機(jī)各部分是否完好無(wú)損，剪草機(jī)刀具的運(yùn)轉(zhuǎn)松緊度是否合適。</p><p>　　當(dāng)上述各項(xiàng)準(zhǔn)備工作做好后，推動(dòng)剪草

113、機(jī)，觀察小輪和大輪是否與殼體卡碰和跑偏，當(dāng)無(wú)缺陷后，可遠(yuǎn)距離運(yùn)轉(zhuǎn)即可進(jìn)行空載運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　當(dāng)空載運(yùn)轉(zhuǎn)并對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)情況認(rèn)為滿意后，可進(jìn)行剪草試驗(yàn)。開始需要緩慢的推動(dòng)剪草機(jī)，觀察齒輪、端面齒輪與撥桿嚙合的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定情況。運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，逐漸加快剪草機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。對(duì)剪草的狀況進(jìn)行原始記錄，剪草密度，剪草后草的基本狀況等。并核對(duì)和設(shè)計(jì)要求是否吻合。</p><p>　　3.4設(shè)備的操作和維護(hù)&

114、lt;/p><p><b>　　(1)設(shè)備的操作</b></p><p>　　每次使用前，應(yīng)先空載運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方可進(jìn)行工作，應(yīng)保持運(yùn)轉(zhuǎn)速度的穩(wěn)定，不得大量突增或過載運(yùn)行，容易對(duì)刀具產(chǎn)生較大的破壞。</p><p>　　如無(wú)特殊情況，不得在剪草過程后，不清理刀具，以增加刀具的使用壽命。</p><p>　　操

115、作人員應(yīng)經(jīng)常檢查機(jī)器各部，特別是刀具和驅(qū)動(dòng)裝置，以及端面齒輪與撥桿組合應(yīng)保持完好無(wú)損狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)有殘缺損傷的機(jī)件（如刀具嚴(yán)重變形或脫落、撥桿的斷裂、彎曲段中間導(dǎo)軌嚴(yán)重磨損等），應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。</p><p><b>　　(2)設(shè)備的維護(hù)</b></p><p>　　正確的保養(yǎng)和維修不僅能保證設(shè)備的安全運(yùn)行，而且是提高工作效率、經(jīng)濟(jì)效益和延長(zhǎng)使用壽命的重要手段。&

116、lt;/p><p><b>　　(3)保養(yǎng)</b></p><p>　　剪草機(jī)在每次使用完畢，應(yīng)對(duì)設(shè)進(jìn)行清掃和檢查。如有剩余物料壓結(jié)在槽內(nèi)，應(yīng)當(dāng)清除干凈,零部件有局部、微小的事故隱患，應(yīng)及時(shí)排除。大輪上螺栓過松，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整；刀具出現(xiàn)裂墳或嚴(yán)重磨損，應(yīng)予以更換；潤(rùn)滑點(diǎn)應(yīng)及時(shí)加油。</p><p><b>　　(4)維修</b>&

117、lt;/p><p>　　除應(yīng)對(duì)巳損壞的零部件及時(shí)修理或更換外，還要對(duì)關(guān)鍵部件、易磨損零件定期進(jìn)行檢查， 并按安全使用要求進(jìn)行修理， 使設(shè)備繼續(xù)保持最佳的工作狀態(tài)。</p><p>　　4.標(biāo)注化審核報(bào)告（BS）</p><p>　　4.1 產(chǎn)品圖樣的審查</p><p>　　手推式剪草機(jī)的傳動(dòng)裝置和刀具設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成，現(xiàn)以具備全套圖紙和一線基本

118、數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注化審查，結(jié)果如下：</p><p>　?。?） 產(chǎn)品的圖樣完整、統(tǒng)一、表達(dá)準(zhǔn)確清楚、圖樣清楚。符合GB4440-84、GB-83《機(jī)械制圖》的規(guī)定。</p><p>　?。?） 產(chǎn)品圖樣公差與配合的選擇與標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T1800、3-1998的規(guī)定。</p><p>　　（3） 產(chǎn)品圖樣的編號(hào)符合JB/T5054.5-2000《中華人

119、民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)的完整性。</p><p>　?。?） 圖紙的標(biāo)題欄與明細(xì)欄符合GB/T10609. 1-1989GB/T10690. 2-1989的規(guī)定。</p><p>　　（5） 產(chǎn)品圖樣粗糙度的標(biāo)注符合GB131-83《表面特征代號(hào)及注法》的規(guī)定。</p><p>　　（6） 產(chǎn)品圖樣焊縫的代號(hào)符合GB324-80《焊縫代號(hào)》的規(guī)定。&l

120、t;/p><p>　　4.2產(chǎn)品技術(shù)文件的審查</p><p>　　（1） 產(chǎn)品的技術(shù)文件名稱、術(shù)語(yǔ)符合ZB/TJ01和0351-90《產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)文件術(shù)語(yǔ)》及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。</p><p>　　（2） 量和單位符合GB3100—GB3102-93的規(guī)定。</p><p>　?。?）技術(shù)文件所用的編碼符合JB/T8823-1998《機(jī)械工業(yè)企

121、業(yè)計(jì)算機(jī)輔助管理信息分類編碼導(dǎo)則》的規(guī)定。</p><p>　?。?）技術(shù)文件的完整性符合JB/T5054.5-2000《產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件完整性》的規(guī)定及農(nóng)機(jī)部門的有關(guān)具體要求。</p><p>　　4.3 標(biāo)注件的使用情況</p><p>　　本設(shè)計(jì)所用的緊固件均采用標(biāo)準(zhǔn)的螺栓，材料及材料代號(hào)也符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。</p><p

122、><b>　　4.4 審查結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過對(duì)剪草機(jī)裝置和傳動(dòng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化審查，認(rèn)為該設(shè)計(jì)基本貫徹了國(guó)家最新頒發(fā)的各種標(biāo)準(zhǔn)，圖紙和設(shè)計(jì)文件完整齊全，符合標(biāo)準(zhǔn)化得要求。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李森.草坪的修剪技術(shù)要點(diǎn)[J].現(xiàn)代園藝，2008，22