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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目：手推式草坪修剪機(jī)設(shè)計(jì)
院 （部）： 機(jī)電工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
班 級： 機(jī)本035
姓 名： 劉傳濤
學(xué) 號(hào)： 2003071256
指導(dǎo)教師： 湯愛君 王全景
完成日期： 2007年7月1日
山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
目 錄
摘 要··································································Ⅲ
ABSTRACT····························································Ⅳ
1 前 言
1.1 手推式草坪修剪機(jī)的背景及研究意義····································1
1.2 手推式草坪修剪機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢································2
1.3 手推式草坪修剪機(jī)····················································4
1.4 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)····················································5
2 手推式草坪修剪機(jī)的總體設(shè)計(jì)
2.1 手推式草坪修剪機(jī)的工作原理··········································6
2.2 手推式草坪修剪機(jī)的主要結(jié)構(gòu)·········································6
2.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)························································7
2.2.2 剪草機(jī)構(gòu)························································7
3 手推式草坪修剪機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)···························································9
3.1.1 齒輪的確定······················································9
3.1.2 軸的確定·······················································22
3.2 剪草機(jī)構(gòu)···························································26
3.1.1 滾刀的設(shè)計(jì)·····················································26
3.1.2 底刀的設(shè)計(jì)·····················································27
4 手推式草坪修剪機(jī)的使用說明
4.1 安全事項(xiàng)···························································28
4.2 安裝·······························································28
4.3 維護(hù)保養(yǎng)···························································30
5 結(jié) 論································································31
謝 辭··································································32
參考文獻(xiàn)·······························································33
IV
摘 要
草坪是現(xiàn)代社會(huì)的重要組成部分，也是社會(huì)文明及環(huán)境的重要標(biāo)志。近年隨著草坪面積的增加，對草坪的護(hù)養(yǎng)也隨之增加。手推式草坪修剪機(jī)通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)把驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)傳給滾刀使?jié)L刀旋轉(zhuǎn)，利用滾刀與底刀相切形成剪刀原理對草坪進(jìn)行剪切的。
本文對手推式草坪修剪機(jī)的工作原理，傳動(dòng)系統(tǒng)和剪草機(jī)構(gòu)等具體結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)介紹，并且重點(diǎn)計(jì)算確定了傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪和軸的基本尺寸，對各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)零件、非標(biāo)準(zhǔn)零件的選取也做了相應(yīng)的計(jì)算。在計(jì)算數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上用Auto CAD完成無動(dòng)力草坪修剪機(jī)的裝配圖、部分非標(biāo)準(zhǔn)件的零件二維圖,并用Solid Edge完成所有零件的三維造型和裝配。該機(jī)具有無污染、無噪音、無振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于庭院草坪，小面積草坪，防暴區(qū)域草坪。
關(guān)鍵詞：草坪；手推式草坪修剪機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)
The Design of Hand Mower in Lawn
ABSTRACT
The 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
山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1前 言
1.1手推式草坪修剪機(jī)的背景及研究意義
草坪是高度培育的特殊草地，隨著草坪面積的擴(kuò)大，品質(zhì)的提高，草坪業(yè)逐漸由單一的人工作業(yè)向半自動(dòng)化﹑機(jī)械化﹑自動(dòng)化過度，草坪作業(yè)的機(jī)械化已經(jīng)成為十分重要的課題。
大部分的草坪一直到19世紀(jì)中葉還在使用鐮刀來割草或放牧牛羊以保持草地的整齊性。隨著高爾夫球﹑網(wǎng)球以及足球等運(yùn)動(dòng)的興起，保持完整的草地做運(yùn)動(dòng)場便成為當(dāng)務(wù)之急。從20世紀(jì)起出現(xiàn)以機(jī)器代替手工的趨勢，于是好的修剪機(jī)遂成為草坪管理的必需品。
草坪修剪機(jī)分滾切式﹑旋刀式﹑剪切式三類，按動(dòng)力又可分為手動(dòng)與機(jī)動(dòng)兩類。機(jī)動(dòng)有乘坐式與手推式，北京園林機(jī)修廠JUS—420型旋刀式修剪機(jī)系單缸四沖程汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)，功率2.6Kw,一把旋刀，幅寬420mm，每班可修剪2000m2,整機(jī)質(zhì)量40Kg。上海園林機(jī)械廠JCG540Ⅱ型滾切式草坪修剪機(jī)，乘坐手推兩用式，有兩個(gè)前進(jìn)檔，IE50F—2汽油機(jī)功率2.3kw，5片滾刀，幅寬540mm，該機(jī) 高，但用于坡地時(shí)機(jī)組穩(wěn)定性較差。小庭院的草坪可用上海生產(chǎn)的JCG—250Ⅱ型手推草坪修剪機(jī)，人推動(dòng)前進(jìn)并使6個(gè)滾刀旋轉(zhuǎn)切割草坪，幅寬250mm。德國SOLO522型草坪修剪機(jī)為手推式，動(dòng)力系單缸四沖程汽油機(jī)，功率為2.3kW，刀片為剪切式，幅寬800mm。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是刀片耐磨，機(jī)具噪聲低，振動(dòng)小，對坡地適應(yīng)性好。改換工作部件可作掃雪工具。
旋刀式剪草機(jī)適用于草高25-80mm低要求的草坪，剪幅在0.5-20.m之間。滾切式剪草機(jī)適用于草高3-80mm的高要求草坪，剪幅0.5-5.0m之間。
修剪是維持優(yōu)質(zhì)草坪的重要作業(yè)，它主要是定期除掉草坪草枝條的土表部分。在特定的草坪上，根據(jù)所需要的培育強(qiáng)度，修剪的目的是在特定的范圍內(nèi)保持頂端生長，控制不理想的、不耐剪的營養(yǎng)生長，維持一個(gè)觀賞和游息草坪，產(chǎn)生一個(gè)真實(shí)的擊球表面或發(fā)展草坪作物。
修剪的質(zhì)量由所使用的剪草機(jī)的類型和割時(shí)草地的狀況決定。因此，隨各種特殊功能的開發(fā)，應(yīng)重視修剪機(jī)具的發(fā)展。
我國幅原廣闊，地區(qū)差異很大。草坪的功能不同，對機(jī)具的要求也不同，加之各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，用戶的購買能力也有差異，因此草坪機(jī)械只有開發(fā)系列產(chǎn)品才能滿足不同市場的需要。
另外，有些草坪機(jī)具一年只用幾次，因此草坪機(jī)具在以草坪作業(yè)為主項(xiàng)的同時(shí)，應(yīng)配備一些附加裝置，擴(kuò)大其使用功能，提高機(jī)具的利用率。
1.2手推式草坪修剪機(jī)的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢
從世界上第一臺(tái)滾刀式剪草機(jī)的問世,到現(xiàn)在已經(jīng)過了100多年 ,原來主要應(yīng)用于牧場的機(jī)械已經(jīng)發(fā)展成為有幾十個(gè)品種,適用于不同場合的剪草機(jī)。根據(jù)其工作原理和形式可分為滾刀式、懸刀式和掃雷式三種類型。我國生產(chǎn)剪草機(jī)起步較晚,生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍較小，產(chǎn)品用途較為單一，均沒有形成規(guī)模批量，所以長期以來,草坪剪草機(jī)均以進(jìn)口為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1999年底我國有各種園林機(jī)械保有量達(dá)10萬臺(tái)，1999年的剪草機(jī)銷售量在3萬臺(tái)左右，其中80%為進(jìn)口。
據(jù)調(diào)查，國內(nèi)生產(chǎn)剪草機(jī)的廠家約有50家左右。多數(shù)為園藝系統(tǒng)的公司以及轉(zhuǎn)產(chǎn)剪草機(jī)的機(jī)械廠。市場上草坪修剪機(jī)的品牌很多，有進(jìn)口產(chǎn)品，也有國內(nèi)制造和中外合資的。功率從2.6～16.2 kW，剪幅從43.2～127cm。國內(nèi)生產(chǎn)廠家主要有：
中美合資江蘇淮陰泛亞園林機(jī)械有限公司,生產(chǎn)立特牌—NEAT 草坪剪草機(jī)，占國內(nèi)市場50%，現(xiàn)年產(chǎn)5000臺(tái)。目前正著手進(jìn)行年產(chǎn)5萬臺(tái)剪草機(jī)的技術(shù)改造，其動(dòng)力選用日本本田發(fā)動(dòng)機(jī)。
安徽飛彩車輛股份有限公司“十五”期間將進(jìn)行技術(shù)改造，計(jì)劃年產(chǎn)6萬臺(tái)剪草機(jī)。其中代表產(chǎn)品之一是手扶式寬幅剪草機(jī)系列，年產(chǎn)5萬臺(tái), 以22161型為例，發(fā)動(dòng)機(jī)為4 沖程,418 kW，剪草寬度53cm,自走式；代表產(chǎn)品之二是駕乘式剪草機(jī)系列，年產(chǎn)1 萬臺(tái),以16238HXL型為例，為4沖程，11.7kW,97cm循環(huán)剪草，帶驅(qū)動(dòng)。
江蘇淮陰林海股份有限公司也正進(jìn)行技術(shù)改造，計(jì)劃年產(chǎn)3萬臺(tái)剪草機(jī)。
另外相繼做規(guī)劃上剪草機(jī)產(chǎn)品的企業(yè)還有春蘭、新大洲、金城等公司。
進(jìn)口剪草機(jī)主要來自于日本、美國、意大利和瑞典等國，主要品牌和售價(jià)詳見表1.1。
表1.1 進(jìn)口剪草機(jī)的主要品牌和售價(jià)
國別
型式
價(jià)格
日本
本田H1011 坐騎式帶草袋76 cm
5. 2 萬元/ 臺(tái)
H3011坐騎式帶草袋71 cm
5. 8 萬元/ 臺(tái)
LM5360HX自行可控刀式帶草袋53 cm
1. 08 萬元/ 臺(tái)
美國
MID(美神) ：
LM5360HX自行可控刀式帶草袋53 cm
1. 08 萬元/ 臺(tái)
B560C 坐騎式帶草袋76 cm
2. 98 萬元/ 臺(tái)
138C 自行式側(cè)除草53 cm
0. 5 萬元/ 臺(tái)
Murray(美麗)：
2. 6～2. 8 kW手推式后草袋型
22355 型、22545 型手推式側(cè)排草
21386 型手推式、21855 型自行式
21975、22855、22856 型適用大面積長時(shí)間剪草
意大利
花園牌：
R484TR 自行式帶草箱46 cm
0. 43 萬元/ 臺(tái)
R484 手推式帶草箱46 cm
0. 38 萬元/ 臺(tái)
瑞典
Husovarna 系列剪草機(jī)
根據(jù)國外有關(guān)專家的研究,城市人均應(yīng)有25～30 的草坪才能解決人們的二氧化碳和氧氣交換的需要。下面是國外一些城市人均草坪面積與中國及北京的對比表如表1.2所示。
表1.2 國外一些城市和中國及北京人均草坪面積
名稱
面積/
名稱
面積/
倫敦
70. 4
巴黎
24. 7
紐約
45. 7
堪培拉
70. 5
莫斯科
37. 0
中國
1
華沙
73. 5
北京
8
從上表可以看出，我國人均占有草坪面積與發(fā)達(dá)國家相比,有著較大的差距。全國城鎮(zhèn)人均草坪面積為1，按中國目前城鎮(zhèn)人口3億人計(jì)算，全國現(xiàn)有各類草坪面積約為3 萬，若每公頃需5臺(tái)剪草機(jī),現(xiàn)有市場容量就達(dá)15萬臺(tái)。隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,剪草機(jī)的市場容量將成倍增長。
新建草坪有兩種方式,一種是以種草種為主,另一種是移植草皮。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),歷年進(jìn)口草種的噸數(shù)如下，1995年前約為6000t ,1996年為2500t，1998年為5000t，1999 年為6000t 。一般1m2需20g 草種，按此計(jì)算，1999年種草面積為3萬，移種面積為9萬,共約12萬，若按每公頃需5臺(tái)剪草機(jī)，僅1999年時(shí)就需剪草機(jī)60萬臺(tái)。
按國家建設(shè)部規(guī)定，2000年后城市綠化面積需達(dá)到30%。目前深圳、珠海、廈門等城市的綠化面積已超過此值。城市人均綠地面積需達(dá)到7 以上。專家按此標(biāo)準(zhǔn)測算,2000年至2005年重點(diǎn)綠化目標(biāo)有24萬km 的堤壩,3 億城市居民公共綠地的建設(shè),6 個(gè)飛機(jī)場的擴(kuò)建,80余個(gè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū),2000個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)足球場、網(wǎng)球場,200個(gè)高爾夫球場,至少需植草坪30多萬 。今后6 年平均每年約需5～6萬草坪,約需剪草機(jī)30萬臺(tái)。在草坪的建設(shè)過程中,隨之而來的相關(guān)園林設(shè)備的市場無疑是十分廣闊的。
1.3手推式草坪修剪機(jī)
國內(nèi)目前生產(chǎn)的剪草機(jī)以刀具類型可分為滾刀式和旋刀式兩大類。滾刀式剪草機(jī)由帶有刀片的滾筒和不動(dòng)的床刀組成。它較旋刀式剪草機(jī)有更好的修剪質(zhì)量,是高質(zhì)量草坪最常用的剪草機(jī)型。適用于草高3～80 mm 的草坪,其問題主要是價(jià)格貴，維修保養(yǎng)要求嚴(yán)格。而旋刀式剪草機(jī)(又稱懸刀式) 是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)打切草的上部葉片，它適于25～80 mm 范圍內(nèi)剪草。由于其價(jià)格低廉,保養(yǎng)、維修方便，使用靈活，只要將刀磨快，剪草效果還是可以的。因此，一般要求的草坪都選用它，成為目前國內(nèi)外最流行的剪草機(jī)。以動(dòng)力劃分可分為機(jī)動(dòng)和人推兩類。人推的主要是滾刀式，機(jī)動(dòng)的分柴油機(jī)、汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)三種。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，如牧場的割草機(jī)。
在草坪建設(shè)中，草坪修剪機(jī)是主要的機(jī)械設(shè)備之一。目前，大片草坪的修剪，一般是使用小型汽油機(jī)為動(dòng)力的草坪修剪機(jī)，其速度快，效率高。但對小面積的草坪，如庭院式草坪，使用機(jī)動(dòng)式草坪修剪機(jī)就顯得“大材小用。它不僅消耗地球上有限的能源，排出的廢氣對環(huán)境造成污染，工作中發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的高分貝噪音對操作者聽力造成傷害，同時(shí)也嚴(yán)重干擾了附近居民的正常生活；而且，這種類型的草坪修剪機(jī)在工作中常伴有強(qiáng)烈的振動(dòng)，對操作者的雙手和身體都有很大的傷害，普通的家庭婦女和有心幫助父母做家務(wù)的青少年也很難對其進(jìn)行正常操作。
手推式草坪修剪機(jī)正是針對這樣的情況而設(shè)計(jì)的，它不需要能源，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、無噪音、無污染、無振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于小面積草坪，庭院式草坪，防暴區(qū)域草坪等的修剪。另外，它還備有由蓄電池驅(qū)動(dòng)的小型電動(dòng)機(jī)，在操作者體力欠佳或不愿意過度疲勞的情況下，可以替代人力驅(qū)動(dòng)滾刀進(jìn)行修剪。隨著人民生活水平的不斷提高和庭院式草坪的增加，手推式草坪修剪機(jī)將擁有更廣闊的市場，成為對庭院式草坪進(jìn)行修剪養(yǎng)護(hù)的理想機(jī)具。
1.4本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)
本課題要求通過手推式草坪修剪機(jī)構(gòu)造及工作原理的了解分析，深入理解其整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、附件的詳細(xì)設(shè)計(jì)、并對其部分零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。這次課題設(shè)計(jì)的手推式草坪修剪機(jī)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
① 桿長：130cm；
② 轉(zhuǎn)速：1000r/min；
③ 電壓：24v；
④ 功率:110w；
⑤ 主機(jī)重量：2.5kg，尼龍繩式。
2 手推式草坪修剪機(jī)的總體設(shè)計(jì)
2.1手推式草坪修剪機(jī)的工作原理
手推式草坪修剪機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。其底部裝有四個(gè)輪子，可隨意移動(dòng)。剪草時(shí)，手扶手把向前推動(dòng)剪草機(jī)，兩個(gè)前輪（即驅(qū)動(dòng)輪）沿地面向前滾動(dòng)。前輪內(nèi)鑲有內(nèi)齒輪，通過三級增速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)傳給滾刀軸，從而帶動(dòng)滾刀向前旋轉(zhuǎn)。螺旋狀的滾刀刃與底刀刃相切作用形成剪刀原理，構(gòu)成一對剪刀，將由滾刀攬至的草茬剪斷，剪斷的草將沿滾刀旋轉(zhuǎn)方向被帶入集草袋，或因草屑很短，將其留置草坪中，成為肥料?？紤]到剪草勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，對操作者的體能有一定的要求，在未鑲有內(nèi)齒輪的另一前輪內(nèi)安裝了由蓄電池驅(qū)動(dòng)的小型直流電動(dòng)機(jī)，用套筒聯(lián)軸器將其轉(zhuǎn)動(dòng)軸與滾刀軸聯(lián)結(jié)。當(dāng)操作者不使用前輪滾動(dòng)來驅(qū)動(dòng)滾刀時(shí)，可將蓄電池接上，滾刀便由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。滾刀的轉(zhuǎn)動(dòng)反傳給帶超越離合器的齒輪，由于該齒輪的轉(zhuǎn)速大于與之聯(lián)結(jié)的軸的轉(zhuǎn)速，這樣在超越離合器作用下該齒輪將相對軸做超越運(yùn)動(dòng)，和由前輪傳給軸的轉(zhuǎn)動(dòng)不發(fā)生干涉。因此,當(dāng)推動(dòng)剪草機(jī)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)滾刀正向旋轉(zhuǎn),相反當(dāng)拉動(dòng)剪草機(jī)向后運(yùn)動(dòng)時(shí)滾刀因超越離合器的作用而靜止不動(dòng),從而可以獲得平坦光滑的草坪。
2.2手推式草坪修剪機(jī)主要的結(jié)構(gòu)
手推式草坪修剪機(jī)的總體機(jī)構(gòu)可分為兩大部分：傳動(dòng)系統(tǒng)和剪草機(jī)構(gòu)。如圖2.1所示。
圖2.1剪草機(jī)視圖
2.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)
傳動(dòng)系統(tǒng)是修剪機(jī)傳動(dòng)與變換動(dòng)力的裝置。
1、傳動(dòng)的重要性
工作機(jī)一般都要靠原動(dòng)機(jī)供給一定形式的能量（絕大多數(shù)為機(jī)械能）才能工作。但是把原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)直接連接起來的情況是很少的，往往需要在二者之間加入傳遞動(dòng)力或改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的傳動(dòng)裝置。其主要原因是：
（1）工作機(jī)所要求的速度，一般與原動(dòng)機(jī)的最優(yōu)速度不相符合，故需增速或減速（實(shí)用中多為減速）。此外，原動(dòng)機(jī)的輸出軸通常只作勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但工作機(jī)所要求的工作形式卻是多種多樣的，如直線運(yùn)動(dòng)，間歇運(yùn)動(dòng)等。
（2）很多工作機(jī)都需要根據(jù)工作要求而進(jìn)行速度調(diào)整，但依靠調(diào)整原動(dòng)機(jī)的速度來達(dá)到這一目的往往是不經(jīng)濟(jì)的，甚至是不可能的。
（3）在有些情況下，需要用一個(gè)工作機(jī)帶動(dòng)幾個(gè)工作速度不同的工作機(jī)。
（4）為了工作安全及維護(hù)方便，或因機(jī)器的外廓尺寸受到限制等其他原因有時(shí)不能將原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)直接連接在一起。
由此可見，傳動(dòng)裝置是大多數(shù)機(jī)器或機(jī)組的主要組成部分。實(shí)驗(yàn)證明，傳動(dòng)裝置在整臺(tái)機(jī)器的質(zhì)量和成本中占有很大比例。機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用在很大程度上決定了傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)劣。因此，不斷提高傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和制造水平具有極其重要的作用。
2、傳動(dòng)的分類
按照工作原理的不同，可將傳動(dòng)分為兩大類：a）機(jī)械能不改變?yōu)榱硪环N形式的能的傳動(dòng)——機(jī)械傳動(dòng)（指廣義的機(jī)械傳動(dòng)）；b）機(jī)械能改變?yōu)殡娔?，或電能改變?yōu)闄C(jī)械能的傳動(dòng)——電傳動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)又分為摩擦傳動(dòng)，嚙合傳動(dòng)，液力傳動(dòng)和氣力傳動(dòng)。摩擦傳動(dòng)和嚙合傳動(dòng)的形式很多，發(fā)展甚為迅速，新型的高速大功率或大傳動(dòng)比的傳動(dòng)不斷涌現(xiàn)。
2.2.2剪草機(jī)構(gòu)
1、剪切裝置
剪切裝置由滾刀和底刀組成，滾刀和底刀結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。底刀用六角螺栓固定在底刀架上，剪草時(shí)位置不動(dòng)，刀刃為直線型。滾刀的刀片形狀為螺旋曲面，刀刃為螺旋線，五片刀片均勻分布固定在刀架上。剪草時(shí)，滾刀向前轉(zhuǎn)動(dòng)，刀刃由一端開始與底刀刃逐點(diǎn)組成剪口，草隨著滾刀刀片螺旋面的旋轉(zhuǎn)被卷進(jìn)剪口內(nèi)，并被剪斷。上下刀刃剪草過程始終為點(diǎn)接觸。
圖2.2 滾刀和底刀外形圖
2、刀刃間隙調(diào)整裝置
滾刀和底刀間的間隙，對剪草機(jī)構(gòu)的性能影響很大。間隙太大，草茬不容易被切斷；間隙太小，刀刃容易磨損，且切削負(fù)載加大。因此要調(diào)整好此間隙的大小。刀刃間隙是通過調(diào)整底刀架相對滾刀的位置實(shí)現(xiàn)的。調(diào)整時(shí)，左右螺栓必須均勻地進(jìn)行。首先擰松底刀的固定螺栓，旋轉(zhuǎn)手輪，使螺栓旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使底刀架前后移動(dòng)，根據(jù)剪草需要選擇底刀和滾刀的間隙。以滾刀能用單手輕輕撥動(dòng)，兩刀刃口在全刃內(nèi)微微相檫，均勻切合，并能剪去0.1mm厚的紙片時(shí)為最佳的調(diào)整位置。選好后將固定螺栓擰緊，即完成底刀和滾刀刀刃間的間隙調(diào)整。
3、剪草高度調(diào)整裝置
剪草高度調(diào)整裝置由裝配圖中的調(diào)節(jié)高度塊、支架、螺栓、螺母組成。調(diào)整底刀刀刃距地面的高度，即可以調(diào)整草坪保留的高度。調(diào)節(jié)高度塊上開有三個(gè)圓孔，最下面一個(gè)ф13mm的圓孔與后輪軸聯(lián)結(jié)，只要將上面兩個(gè)ф11mm的圓孔之一與支架上三個(gè)同直徑的圓孔之一對齊，用螺栓將其聯(lián)結(jié)，就可以達(dá)到調(diào)整剪草高度的目的。把螺母擰下，將螺栓取出，根據(jù)剪草高度需要選擇調(diào)節(jié)高度塊上合適的圓孔之一與支架上圓孔之一配合，用螺栓固定，然后將螺母擰緊，就可完成對剪草高度的調(diào)整。
4、離合器裝置
離合器裝置是為了使剪草機(jī)正向剪草反向停止旋轉(zhuǎn)而特意設(shè)置的工作裝置，它是由齒輪和其內(nèi)的彈簧和鋼球組成。剪草時(shí)，鋼球在彈簧的作用下壓緊齒輪內(nèi)壁迫使起和其他齒輪嚙合，從而帶動(dòng)滾刀旋轉(zhuǎn)然后與底刀相切剪草的，當(dāng)手扶手拉動(dòng)剪草機(jī)向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于該齒輪的轉(zhuǎn)速大于與之聯(lián)結(jié)的軸的轉(zhuǎn)速，這樣在超越離合器作用下該齒輪將相對軸做超越運(yùn)動(dòng)，使得滾刀軸靜止不動(dòng)，不與齒輪軸發(fā)生干涉。
3 手推式草坪修剪機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)
手推式草坪修剪機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)由齒輪、軸、軸承和離合器等組成，下面著重介紹齒輪和軸的確定、計(jì)算和校核。
3.1.1齒輪的確定
齒輪以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，由于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的功率和速度可以很大，效率高，對中心距的敏感性小，裝配維修方便，成本低，因此在該傳動(dòng)裝置中全部采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪。齒輪的計(jì)算準(zhǔn)則由失效形式確定，閉式傳動(dòng)的齒輪，主要失效形式是接觸疲勞磨損、彎曲疲勞折斷和膠合。一般只進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。有短時(shí)過載時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。擬定采用三級傳動(dòng)，傳動(dòng)簡圖如圖3.1所示。由原始數(shù)據(jù)選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y160M-4。滾刀軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。初步估計(jì)輪子直徑320mm，內(nèi)齒輪直徑270mm；根據(jù)需要滾刀每秒次數(shù)為20轉(zhuǎn)左右，定傳動(dòng)比為。由柴油機(jī)動(dòng)力草坪修剪機(jī)可以大致估算剪草所需的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)資料取功率3.7kw，轉(zhuǎn)速n=3200r/min，由此可以計(jì)算得轉(zhuǎn)矩T為：T===11042Nmm。
圖3.1 傳動(dòng)簡圖
1、齒輪1，2的確定及計(jì)算
根據(jù)傳動(dòng)要求齒輪1用20C r，滲碳淬火+低溫回火處理，硬度為56~62HRC，平均取
59HRC；齒輪2用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241~286HB，平均取260HB。
（1）初步計(jì)算
轉(zhuǎn)矩根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算得 =11042Nmm
齒寬系數(shù) 由參考書表12.13，取得 =1.0
接觸疲勞極限 由參考書圖12.17d =1250MPa
參考書圖12.17c =710MPa
初步計(jì)算的許用 0.9
接觸應(yīng)力 =0.91250 =1125 MPa
0.9
=0.9 710 =639MP
值 由參考書表12.16，取=85 =85
初步計(jì)算齒輪1的直徑
（3.1）
其中：為轉(zhuǎn)矩；
為齒寬系數(shù)；
為接觸應(yīng)力。
=85
=28.1mm 取=30mm
初步齒寬 ==1.030 =30mm
（2）齒輪1，2的校核計(jì)算
圓周速度 =
= m/s
精度等級 由參考書表12.6 選8級精度
齒數(shù)和模數(shù) 初?。?
由參考書表12.3，取mm mm
則?，圓整取
齒輪1直徑 mm mm
mm mm
使用系數(shù) 由參考書表12.9
動(dòng)載系數(shù) 由參考書圖12.9
齒間載荷分配系數(shù) 由參考書表12.10，先求
N
N/mm
N/mm
由此得
齒向載荷分布系數(shù) 由參考書表12.11
其中：。
載荷系數(shù) （3.2）
彈性系數(shù) 由參考書表12.12
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由參考書圖12.16
接觸最小安全系數(shù) 由參考書表12.14
總工作時(shí)間 預(yù)期使用壽命10年，每年100個(gè)工作日，每個(gè)工作日時(shí)間為2h，則：
h
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
接觸壽命系數(shù) 由參考書圖12.18
許用接觸應(yīng)力 MPa
MPa
驗(yàn)算
MPa
計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。
（3）確定齒輪1、2傳動(dòng)主要尺寸
實(shí)際分度圓直徑 mm mm
mm mm
中心距 mm mm
齒寬 mm 取mm
mm
其它尺寸 ： mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
（4）齒輪1、2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
重合度系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù) 由參考書表12.10，
齒向載荷分布系數(shù)
由參考書圖12.14
載荷系數(shù)
齒形系數(shù) 由參考書圖12.21
應(yīng)力修正系數(shù) 由參考書圖12.22
彎曲疲勞極限 由參考書圖12.23c MPa
MPa
彎曲最小安全系數(shù) 由參考書表12.14
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
彎曲壽命系數(shù) 由參考書圖12.24
尺寸系數(shù) 由參考書圖12.25
許用彎曲應(yīng)力
MPa
MPa
驗(yàn)算
MPa
MPa
傳動(dòng)無嚴(yán)重過載，故不作靜強(qiáng)度校核。
2、齒輪3、4、5的確定計(jì)算
齒輪3用20Cr，滲碳淬火+低溫回火處理，硬度為56~62HRC，平均取59HRC；齒輪4用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB~286HB，平均取260HB；齒輪5用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB~286HB，平均取240HB。計(jì)算步驟如下：
（1）初步計(jì)算
轉(zhuǎn)矩 Nmm
齒寬系數(shù) 由參考書表12.13，取得
接觸疲勞極限 由參考書圖12.17d
參考書圖12.17c
初步計(jì)算的許用
接觸應(yīng)力
值 由參考書表12.16，取=85 =85
初步計(jì)算齒輪3的直徑 ：
mm 取mm
初步齒寬 mm
（2）齒輪3校核計(jì)算
圓周速度 m/s
精度等級 由參考書表12.6 選8級精度
齒數(shù)和模數(shù) 初取
mm
由參考書表12.3，取mm mm
則
mm
使用系數(shù) 由參考書表12.9
動(dòng)載系數(shù) 由參考書圖12.9
齒間載荷分配系數(shù) 由參考書表12.10，先求
N
N/mm
N/mm
由此得
齒向載荷分布系數(shù) 由參考書表12.11
載荷系數(shù)
彈性系數(shù) 由參考書表12.12
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由參考書圖12.16
接觸最小安全系數(shù) 由參考書表12.14
總工作時(shí)間
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
接觸壽命系數(shù) 由參考書圖12.18
許用接觸應(yīng)力 MPa
MPa
驗(yàn)算
MPa
計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。
（3）確定傳動(dòng)主要尺寸
實(shí)際分度圓直徑 mm
mm
中心距 mm
齒寬 mm 取mm
mm
其它尺寸 ： mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
（4）齒輪3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
重合度系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù) 由參考書表12.10，
齒向載荷分布系數(shù)
由參考書圖12.14
載荷系數(shù)
齒形系數(shù) 由參考書圖12.21
應(yīng)力修正系數(shù) 由參考書圖12.22
彎曲疲勞極限 由參考書圖12.23d MPa
參考書圖12.23c MPa
彎曲最小安全系數(shù)由參考書表12.14
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
彎曲壽命系數(shù) 由參考書圖12.24
尺寸系數(shù) 由參考書圖12.25
許用彎曲應(yīng)力
MPa
MPa
驗(yàn)算
MPa
MPa
傳動(dòng)無嚴(yán)重過載，故不作靜強(qiáng)度校核。
（5）齒輪4、5齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
轉(zhuǎn)矩 Nmm
齒數(shù)和模數(shù)
分度圓直徑 mm mm
齒寬 由mm取 mm
齒寬系數(shù)
圓周速度 m/s
精度等級 由參考書表12.6 選8級精度
使用系數(shù) 由參考書表12.9
動(dòng)載系數(shù) 由參考書圖12.9
齒間載荷系數(shù)分配系數(shù) 由參考書表12.10，先求：
N
N/mm
N/mm
由此得
齒向載荷分布系數(shù) 由參考書表12.11
載荷系數(shù)
彈性系數(shù) 由參考書表12.12
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由參考書圖12.16
接觸最小安全系數(shù) 由參考書表12.14
總工作時(shí)間
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
接觸壽命系數(shù) 由參考書圖12.18
許用接觸應(yīng)力
MP
驗(yàn)算
MPa
計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。
（6）齒輪3、4齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
重合度系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù) 由參考書表12.10，
齒向載荷分布系數(shù)
由參考書圖12.14
載荷系數(shù)
齒形系數(shù) 由參考書圖12.21
應(yīng)力修正系數(shù) 由參考書圖12.22
彎曲疲勞極限 由參考書圖12.23c MPa
MPa
彎曲最小安全系數(shù) 由參考書表12.14
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
彎曲壽命系數(shù) 由參考書圖12.24
尺寸系數(shù) 由參考書圖12.25
許用彎曲應(yīng)力
MPa
MPa
驗(yàn)算
Mpa
MPa
傳動(dòng)無嚴(yán)重過載，故不作靜強(qiáng)度校核。
3.1.2軸的確定
1、軸1的計(jì)算
材料選用40Cr，軸以傳遞轉(zhuǎn)矩為主，所以只要進(jìn)行許用切應(yīng)力計(jì)算即可。
（1）估算軸徑