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1、 自走式草坪修剪機(jī)的設(shè)計(jì) The Design of Self-walking Lawn mower 摘 要 隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速增長，目前我國已經(jīng)成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，在這么一個(gè)社會(huì)背景之下，人民對美好生活的追求會(huì)越來越高。近年來，社會(huì)文明與生態(tài)文明的可持續(xù)性，可協(xié)調(diào)性發(fā)展的呼聲越來越高，而草坪則是社會(huì)生態(tài)文明的重要組成部分，是人民追求美好生活的重要基礎(chǔ)。 自走式草坪修剪機(jī)一般由行走裝置、傳動(dòng)裝置、割草裝置以及集草裝置所構(gòu)成，一次作業(yè)即可完成草坪修剪以及草的收集作業(yè)，一般以效率高、適應(yīng)性強(qiáng)見長。 本文主要對自走式草坪修剪機(jī)的工作原理、主要結(jié)構(gòu)做詳細(xì)講解，并重點(diǎn)對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、剪草裝置

2、做設(shè)計(jì)、計(jì)算、選型以及強(qiáng)度校核工作。對于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的自走式草坪修剪機(jī)的整機(jī)裝配圖以及主要部件的零件圖，均會(huì)使用AutoCAD進(jìn)行對其繪制，同時(shí)，對于部門不好把握的零件，會(huì)使用Creo2.0進(jìn)行三維建模，方便大家理解。 關(guān)鍵詞：自走式 草坪修剪機(jī) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) Abstract With the rapid growth of our countrys economy, China has now leaped into the second largest economy in the world. Under s

3、uch a social background, the peoples pursuit of a better life is becoming higher and higher. In recent years, the voice of the sustainable development of social civilization and ecological civilization is increasing, and the lawn is an important part of the social ecological civilization, and the im

4、portant foundation for the people to pursue a better life. The self-walking lawn mower is composed of a walking device, a transmission device, a hydraulic system, a lawn mower and a grass collecting device. The lawn pruning and the collection of grass can be completed in one operation. It has the c

5、haracteristics of automation, adaptability and efficiency. This article mainly explains the working principle and main structure of the Self-walking lawn mower, and focuses on the design, calculation, selection and strength checking of the transmission mechanism and the grass cutting device. Using

6、AutoCAD software to draw out the main parts and assembly drawings, and use Creo2.0 to do three-dimensional modeling. Keywords： Self-walking Lawn mower Drive system ii 目 錄 摘 要 ⅰ Abstract ⅱ 1 引言 1 1.1 課題來源 1 1.2 課題研究的目的與意義 1 1.3 國內(nèi)外草坪修剪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.4 國內(nèi)草坪修剪機(jī)的發(fā)展前景 3 1.5 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù) 3

7、 2 自走式草坪修剪機(jī)的概述 4 2.1 自走式草坪修剪機(jī)的定義 4 2.2 自走式草坪修剪機(jī)的基本構(gòu)造 4 2.3 自走式草坪修剪機(jī)的工作原理 5 3 總體設(shè)計(jì) 6 3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 6 3.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定及其設(shè)計(jì) 7 3.2.1 傳動(dòng)方式的確定 7 3.2.2 傳動(dòng)比分配 8 3.2.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 8 3.2.4 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 9 3.2.5 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算 11 3.2.6 齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 14 3.2.7 I軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 18 3.2.8 II軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 21 3.2.8 旋刀軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 23 3.2.9 工作軸的設(shè)計(jì)計(jì)算

8、24 3.3 剪草機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 26 3.3.1 剪草機(jī)構(gòu)的概述 26 3.3.2 旋刀刀片材料的選擇 26 3.3.3 旋刀刀片的設(shè)計(jì) 27 3.4 其余部件的設(shè)計(jì) 28 3.4.1 推桿的設(shè)計(jì) 28 3.4.2 機(jī)架的設(shè)計(jì) 28 3.4.3 萬向輪的設(shè)計(jì) 29 3.4.5 腳輪的設(shè)計(jì) 29 3.4.6 刀殼的設(shè)計(jì) 30 結(jié) 論 31 致 謝 32 參考文獻(xiàn) 33 1 引言 1.1 課題來源 本課題來源于XXX機(jī)械工程系機(jī)械電子工程專業(yè)2018屆畢業(yè)設(shè)計(jì)選題。 1.2 課題研究的目的與意義 隨著社會(huì)的進(jìn)步，人民生活水平的提高，對美好生活的

9、追求，使得草坪已成為現(xiàn)代社會(huì)生態(tài)文明的重要組成部分。然而草坪是高度培育的草地，隨著草坪業(yè)的迅猛發(fā)展，草坪面積不斷擴(kuò)大，使得草坪的管理已經(jīng)從原始且單一的手工勞作、牲畜勞作走向半自動(dòng)化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，因此，草坪管理作業(yè)的自動(dòng)化已經(jīng)成為十分重要的課題。 在中國特色社會(huì)主義進(jìn)入新時(shí)代的背景下，人民對美好生活的追求必然會(huì)日俞增長，人民對高爾夫球、足球等運(yùn)動(dòng)的熱衷程度越來越高；小區(qū)的綠化面積也成為房地產(chǎn)開發(fā)商的主打招牌，因此保持一塊平整漂亮的草地已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急，而性能良好的草坪修剪機(jī)便成為此項(xiàng)工作的關(guān)鍵。 1.3 國內(nèi)外草坪修剪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 國外：經(jīng)歷了兩次工業(yè)革命的技術(shù)沉淀，歐美等發(fā)達(dá)

10、國家早在20世紀(jì)初期便開始在園林管理等繁重的工作中使用機(jī)械節(jié)省勞動(dòng)力，但那時(shí)主要是運(yùn)用汽車、起重運(yùn)輸機(jī)等機(jī)器來進(jìn)行農(nóng)田物料的運(yùn)輸以及使用拖拉機(jī)來進(jìn)行土地松整工作。一直到20世紀(jì)50年代，各種園林綠化專用器械才逐漸面世，諸如：剪草機(jī)、園林拖拉機(jī)等。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步增長，在歐美等發(fā)達(dá)國家中，家家戶戶都有一塊綠色草坪，因此草坪修剪機(jī)開始走進(jìn)大眾的生活，特別是在美國、加拿大等國家中，草坪修剪機(jī)已經(jīng)基本普及。 歐洲人普遍有喝牛奶的習(xí)慣，因此歐美等國家對牧草收獲機(jī)器的研發(fā)起步較早，尤其是在割草機(jī)的研制方面，技術(shù)已經(jīng)十分成熟，完成了從純?nèi)斯谧鳌⑹褂蒙髣谧鞯绞褂猛侠瓩C(jī)勞作的過度。

11、 到本世紀(jì)初，發(fā)達(dá)國家大部分園林綠化工作，從公共綠地到家庭綠地的養(yǎng)護(hù)和管理已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，并且向更高層次邁進(jìn)，諸如智能化草坪修剪機(jī)等。 國內(nèi)：相比國外，我國對于草坪修剪機(jī)等園林機(jī)器的發(fā)展相對要晚，從20世紀(jì)70年代末開始，一些園林機(jī)械廠開始生產(chǎn)草坪修剪機(jī)等園林機(jī)械，但是規(guī)模普遍比較小。直到20世紀(jì)90年代，隨著城市綠化面積的增大（2000年時(shí)，北京、上海等城市的園林綠化面積已突破3000萬㎡）以及我國草坪業(yè)開始迅猛發(fā)展，由此帶動(dòng)我國草坪機(jī)器制造業(yè)的初步發(fā)展。 國內(nèi)草坪業(yè)的迅猛發(fā)展著實(shí)的帶動(dòng)了園林機(jī)械需求的快速增長，而草坪修剪機(jī)則占據(jù)了園林機(jī)械中很大的一部分。但由于我國草坪機(jī)械制造業(yè)

12、起步較晚，跟國外相比還是存在不小的差距，主要體現(xiàn)如下： 1.草坪機(jī)械所使用的的發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)與國外先進(jìn)水平相比存在比較大的差距。目前草坪機(jī)械中所使用的的發(fā)動(dòng)機(jī)主要有汽油機(jī)、柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)三種，其中以汽油機(jī)應(yīng)用最為廣泛以及常見，特別是在中小型草坪機(jī)械上。而柴油機(jī)主要應(yīng)用于中大型園林拖拉機(jī)上，電動(dòng)機(jī)則主要應(yīng)用在少數(shù)便攜機(jī)械上。在汽油機(jī)的使用上，從環(huán)保方面來考慮二沖程汽油機(jī)將逐漸被淘汰，因此目前絕大部分的草坪機(jī)械所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)都是四沖程汽油機(jī)。比較著名的品牌有美國的B&S、KOHILER、日本的HONDA、德國的SOLO，而國內(nèi)目前只有為數(shù)不多的草坪機(jī)械汽油發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠，如：重慶隆鑫科技股份公司，

13、重慶力帆。但由于制造工藝以及材料方面的限制，其產(chǎn)品質(zhì)量和性能不能滿足市場上草坪機(jī)器的要求。 2.產(chǎn)品品種以及配套機(jī)具上的差距。3.68kW是通用小型汽油機(jī)品種的一道分水嶺，歐美等發(fā)達(dá)國家所研制的通用小型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)涵蓋了3.68kW以內(nèi)以及以上，而我國通用小型汽油機(jī)主要集中在3.68kw（5hp）以內(nèi)，而大于3.68kw的基本上沒有。 3.產(chǎn)品質(zhì)量可靠性與外觀質(zhì)量的差距。我國自主品牌的草坪修剪機(jī)，大都采用逆向研發(fā)，既購買國外草坪修剪機(jī)，自行拆裝分解再改良制造。因此技術(shù)水平相當(dāng)于國外20世紀(jì)90年代的水平，在關(guān)鍵性能指標(biāo)上，如：體積功率、壓縮比、活塞平均速度、平均有效壓力等均低于國外品牌的

14、同類產(chǎn)品，也造成了國產(chǎn)品發(fā)研發(fā)的產(chǎn)品在質(zhì)量可靠性上跟國外品牌存在比較大的差距，產(chǎn)品外觀質(zhì)量的設(shè)計(jì)還有待提高。 1.4 國內(nèi)草坪修剪機(jī)的發(fā)展前景 綜合來看，我國自主品牌在草坪修剪機(jī)在產(chǎn)品開發(fā)上還比較單一，在產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、外觀等方面對比外國同類產(chǎn)品還存在較大的差距。 引用《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)城市建設(shè)的通知》中的要求：到2010年，人均公共綠地面積達(dá)到10平方米以上（2005年則為8平方米）。在這里，我以杭州市的城市建設(shè)規(guī)劃為例進(jìn)行說明，如圖1所示： 圖1 杭州市人均公共綠地面積預(yù)測圖 總的來講，我國還處于草坪修剪機(jī)發(fā)展的初級階段，發(fā)展前景十分廣闊且明朗。 1.5 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)

15、 本課題要求通過對自走式草坪修剪機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)自走、剪草的工作原理進(jìn)行深入的研究分析，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)。 1.熟悉自走式草坪修剪機(jī)的組成結(jié)構(gòu)以及工作原理。 2.根據(jù)市場需求，設(shè)計(jì)一種適合公園、校園、廠區(qū)等綠化草坪修剪的設(shè)備； 3.進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)和三維建模。設(shè)計(jì)主要零部件，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度校核； 4.提交所設(shè)計(jì)的自走式草坪修剪機(jī)的整機(jī)裝配圖、重要零件圖、三維圖、設(shè)計(jì)說明書等相關(guān)設(shè)計(jì)分析結(jié)果； 5.基本參數(shù)：最大割草高度35mm。 2 自走式草坪修剪機(jī)的概述 2.1 自走式草坪修剪機(jī)的定義 手扶自走式草坪修剪機(jī)是在手扶推行式草坪修剪機(jī)的基礎(chǔ)上，增加

16、了行走輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而構(gòu)成了手扶自走式草坪修剪機(jī)。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，草坪修剪機(jī)會(huì)自行行走，作業(yè)員只需依靠扶手來進(jìn)行方向的控制即可，大大降低了作業(yè)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。 歐美等發(fā)達(dá)國家的房子一般都帶有草坪庭院，因此手扶自走式草坪修剪機(jī)在國外主要應(yīng)用于小面積草坪庭院的自娛性修剪工作。由于這種小型草坪修剪機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、使用方便靈活， 因此我國園林工作者也大量采用此設(shè)備進(jìn)行草坪的修剪工作，特別適合在公園、校區(qū)、廠區(qū)等地進(jìn)行草坪修剪工作。 市場上常見的自走式草坪修剪機(jī)一般分為旋刀式與滾刀式兩種，這是根據(jù)其修剪形式的不同所進(jìn)行的分類，通常來講，旋刀式造價(jià)會(huì)比滾刀式便宜。其中，自走旋刀式草坪修剪機(jī)

17、，其適用于草高25-80mm的草坪，而自走滾刀式草坪修剪機(jī)，其適用于草高3-80mm的草坪。 根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書給出的要求，最大割草高度為35mm且從成本方面來考慮，因此在這里選用自走旋刀式草坪修剪機(jī)。 2.2 自走式草坪修剪機(jī)的基本構(gòu)造 自走式草坪修剪機(jī)是一款市面上常見的園林機(jī)器，通常用于草坪的修剪與維護(hù)，是高爾夫球場草坪維護(hù)的必備工具。其一般由剪草機(jī)構(gòu)（主要是刀片與刀盤）、發(fā)動(dòng)機(jī)、行走機(jī)構(gòu)、扶手、操縱桿所構(gòu)成。 草坪修剪機(jī)分別由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、割草系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等5大系統(tǒng)所構(gòu)成。機(jī)器自走和割草是通過各系統(tǒng)之間的相互配合來實(shí)現(xiàn)。 動(dòng)力系統(tǒng)：草坪修剪機(jī)實(shí)現(xiàn)自走以及剪草的

18、根本保證 從草坪修剪機(jī)的發(fā)展來看，目前其動(dòng)力系統(tǒng)主要有兩種形式，一種是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，主要是指小型汽油機(jī)或者柴油機(jī)。采用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，其優(yōu)點(diǎn)是功率大以及持續(xù)作業(yè)時(shí)間長，但同時(shí)噪音和振動(dòng)也是其無法回避的缺點(diǎn)。因此，采用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源的產(chǎn)品適宜在環(huán)境要求不高的場所。 而另一種則是采用蓄電池作為動(dòng)力源，采用蓄電池作為動(dòng)力源的草坪修剪機(jī)，工作時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲小，然而功率較低，持續(xù)作業(yè)時(shí)間短也是目前有待優(yōu)化的問題。從工作時(shí)長來考慮，這里我們選用常規(guī)內(nèi)燃動(dòng)力系統(tǒng)。 動(dòng)力傳遞系統(tǒng)：既將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳遞給割草裝置與行走機(jī)構(gòu)的媒介。 行走系統(tǒng)：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的草坪修剪機(jī)由一對萬向輪以及一對

19、腳輪所組成。 割草系統(tǒng)：草坪修剪機(jī)能對草坪進(jìn)行修剪的根本保證，根據(jù)所設(shè)計(jì)的草坪修剪機(jī)對草的修剪方式的不同，其組成部件也不同。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的草坪修剪機(jī)為旋刀式，故其割草系統(tǒng)主要是由旋刀刀片以及旋刀軸等部件所組成。 操作系統(tǒng)：草坪修剪機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)，依賴操縱系統(tǒng)對其他四個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行相互配合來實(shí)現(xiàn)，一般包括：變速箱離合手柄、割草系統(tǒng)手柄、油門控制手柄、變速箱操作桿等。 變速箱離合手柄：原理與汽車變速箱檔桿相同，根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況，調(diào)整適合作業(yè)的轉(zhuǎn)速。 割草系統(tǒng)手柄：直接控制割臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止。 油門控制手柄：通過油門手柄對草坪修剪機(jī)進(jìn)行調(diào)整，可獲得適合用于行走或者剪草的動(dòng)力。 2.3 自走

20、式草坪修剪機(jī)的工作原理 自走旋刀式草坪修剪機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)（傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)或者電動(dòng)機(jī)）作為動(dòng)力源，其剪草機(jī)構(gòu)由刀盤和刀具組成，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，其輸出軸透過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳遞到旋刀軸，旋刀軸帶動(dòng)旋刀刀片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，運(yùn)用刀片旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的切割力對草進(jìn)行修剪。 通過動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器的自動(dòng)行走，自走式草坪修剪機(jī)的自走原理便是如此。 3 總體設(shè)計(jì) 3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)一臺(tái)適合在公園、校園、廠區(qū)等地使用的草坪修剪機(jī)，因此對草坪修剪機(jī)有噪音控制的要求。 本田GX160汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作為自走式草坪修剪機(jī)的首選發(fā)動(dòng)機(jī)，具有作業(yè)

21、時(shí)穩(wěn)定性高，噪聲低，燃油經(jīng)濟(jì)性良好，排放低等優(yōu)點(diǎn)。其相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下： 表1 本田 GX160汽油機(jī)技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 技術(shù)參數(shù) 汽油機(jī)型號(hào) GX160 汽油機(jī)型式 單缸、四沖程 氣缸直徑（mm） 68 活塞直徑（mm） 45 排量（mL） 163 標(biāo)定轉(zhuǎn)速(r/min) 3600 最大功率（ps） 3.0 旋轉(zhuǎn)方向 逆時(shí)針方向（面向輸出軸） 化油器型式 橫置管磁體點(diǎn)火 點(diǎn)火系統(tǒng) 晶體化，無觸點(diǎn) 火花塞編號(hào) NGK:BPR6ES 起動(dòng)方式 手拉反沖起動(dòng) 外形尺寸（長寬高）（mm） 304362335 調(diào)速器型式 離心重錘式 燃油箱容量

22、（L） 1 凈重（kg） 15.0 3.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定及其設(shè)計(jì) 3.2.1 傳動(dòng)方式的確定 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是目前在草坪修剪機(jī)中使用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，采用了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，其轉(zhuǎn)速達(dá)到3600r/min。因?yàn)椴萜旱男藜糍|(zhì)量受草坪修剪機(jī)前進(jìn)速度的影響，且作業(yè)時(shí)修剪員的步行速度不會(huì)太快，所以行走驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速大約只能在90r/min 左右，因此本次所設(shè)計(jì)的草坪修剪機(jī)采用三級傳動(dòng)方式。 第1級為帶傳動(dòng)，通過帶將發(fā)動(dòng)力的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳遞給被動(dòng)帶輪。第2級常采用蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng)，其減速比要大一些。第3級是齒輪傳動(dòng)，將小齒輪安裝在蝸桿的輸出軸，大齒輪安裝在另一根軸上，軸

23、兩端與驅(qū)動(dòng)輪相連接，使用螺栓將驅(qū)動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行連接，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)并最終帶動(dòng)剪草機(jī)的走動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)剪草機(jī)的自走。 帶傳動(dòng)主要是指鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)，下面我們就以這兩種傳動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，從而確定本次設(shè)計(jì)的草坪修剪機(jī)的第1級傳動(dòng)方式。 （1）鏈傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)是通過鏈條將主動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到從動(dòng)輪。在設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，鏈條是通過與鏈輪上的牙進(jìn)行嚙合，從而傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)，故其傳遞平穩(wěn)，不存在打滑，故而鏈傳動(dòng)以傳動(dòng)效率高且平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確見長；同時(shí)鏈傳動(dòng)功率大，因此其過載能力強(qiáng)，即便是在低速、重載的條件下也能較好地運(yùn)作；除此之外，鏈傳動(dòng)還具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，可在溫度高、灰塵大、有

24、油污、腐蝕性大的環(huán)境下工作；同樣，鏈傳動(dòng)還是存在比較明顯的缺點(diǎn)的，鏈條與鏈輪嚙合時(shí)總是會(huì)伴隨著較大的噪音；在鏈條出現(xiàn)磨損的情況下，容易發(fā)生跳齒和脫鏈；又因?yàn)殒湕l與齒輪間存在嚙合，故其急速反向傳動(dòng)的性能差。 （2）帶傳動(dòng)。由于傳動(dòng)帶本身具有彈性，容易安裝，因此在運(yùn)作的過程中可起到緩沖、吸收振動(dòng)的功能，且傳動(dòng)平穩(wěn)，可在一定程度下減小噪音的分貝；傳動(dòng)帶一般由橡膠造成，因此其造價(jià)成本低；當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)過載時(shí)，傳動(dòng)帶一般會(huì)產(chǎn)生打滑的現(xiàn)象，可在一定程度上防止其他零件的損壞；然而傳動(dòng)比不精確也是傳動(dòng)帶所潛在的問題；因其材質(zhì)一般為橡膠，故不適宜在高速、易燃的場所下工作，且使用壽命叫傳動(dòng)鏈要短。 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任

25、務(wù)書的要求，本次設(shè)計(jì)的草坪修剪機(jī)主要應(yīng)用于公園、學(xué)校、廠區(qū)等場所，對噪音控制有要求，因此選擇帶傳動(dòng)作為傳動(dòng)方式。 3.2.2 傳動(dòng)比分配 1）總傳動(dòng)比 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的自走式草坪修剪機(jī)，選用Honda GX160汽油機(jī)其滿載轉(zhuǎn)速為ng、行走輪的轉(zhuǎn)速為n； ∴傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為：n1=ngn=360089=40.4 2）分配傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比：i=i帶i蝸i齒 分配到各級傳動(dòng)比因?yàn)閹鲃?dòng)比的合理范圍為2-4，故取i帶=2.1；因齒輪傳動(dòng)比一般為36且大小齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，取i齒=3.2；從而得出蝸輪傳動(dòng)比i蝸=6。 3.2.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 從帶輪傳動(dòng)到輪子走動(dòng)各級傳

26、動(dòng)效率選取： η帶=0.96；η蝸=0.95；η軸承=0.98；η齒=0.97； 1）發(fā)動(dòng)機(jī)： 轉(zhuǎn)速：n0=3600r/min 輸入功率：P0=Pd=2.61kW 輸出轉(zhuǎn)矩：T0=9.55106Pdn0=9.551062.613600=6.90103N?mm 2）蝸輪蝸桿軸： 轉(zhuǎn)速：n桿=n0i帶=36002.1=1714r/min 輸入功率：P桿=P0η帶=2.910.96=2.51kW 輸入轉(zhuǎn)矩：T桿=T0η帶i帶= 6.901030.962.91=1.39104N?mm 3）1軸： 轉(zhuǎn)速：n= 輸入功率：P=P =2.34KW 輸入轉(zhuǎn)矩：T=7.76N

27、4）2軸： 轉(zhuǎn)速：n 輸入功率：P =2.22KW 輸入轉(zhuǎn)矩：T=7.76=2.36 5）旋刀軸： 轉(zhuǎn)速：n 輸入功率：P=P =1.27 =1.31KW 輸入轉(zhuǎn)矩：T =9.55=3.48 3.2.4 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 1）確定計(jì)算功率PC 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表5-9查的工礦系數(shù)KA =1.0，故有： PC=KAP=1.03.0=3.0Kw 2）選擇V帶型號(hào) 根據(jù)計(jì)算功率PC和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖5-9和5-10，選用Z帶。 3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1和dd2 ①初選小輪直徑dd1 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表5-10，取dd1=63mm

28、②驗(yàn)算帶速v，有： v==11.87m/s 因帶速v=11.87m/s滿足5-25m/s范圍內(nèi)，故帶速合適。 ③計(jì)算大輪直徑dd2 dd2=i帶dd1=2.163=132.3mm 故取dd2=140mm 4）確定中心距a和帶長Ld ①初選中心距a0 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材，一般初定中心距a0為 0.7（dd1+dd2）≤a0≤2（dd1+dd2），故取a0=340mm ②初算帶長LC和確定帶長Ld Lc2a+ =2（140+63）+ =948mm 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表5-6和表5-7確定基準(zhǔn)長

29、度Ld=1000mm ③確定中心距a a V帶傳動(dòng)通常設(shè)計(jì)成中心距可調(diào)的，結(jié)合實(shí)際情況，后續(xù)我們需要對V帶進(jìn)行安裝、更換和調(diào)試工作，以及修正因V帶的松弛而帶來的初拉力缺失，故其中心距的變化范圍為： amin=a-0.015Ld=366-0.0151000=351mm amax=a+0.03Ld=366+0.031000=396mm 5）驗(yàn)算小輪包角α 6）確定V帶根數(shù)Z ①計(jì)算單根V帶的許用功率[P0] 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表5-3可得，P0=0.47kW； 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表5-4可得，△P0=0.06kW； 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)

30、》教材表5-4可得，KL=1.06； 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表5-4可得，Kα=0.95； ∴[P0]=（P0+△P0）KLKα =（0.47+0.06）1.060.95 ≈0.53kW ②計(jì)算V帶根數(shù)z Z≥PC/[P0]=5.6 ∴取Z=6 7）確定初拉力F0 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表5-2得知Z型帶的單位長質(zhì)量q=0.06kg/m，所以 F0=500（2.5-Kα）PcKαzv+qv2 =500（2.5-0.95）30.95611.87+0.0611.872 =43N 8）計(jì)算帶對軸的壓力FQ FQ=2F0sinα2=2

31、6430.99 =510.84N 3.2.5 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算 1）選擇蝸桿傳動(dòng)類型 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用漸開線蝸桿 ZI，其選用根據(jù)來自于國家推薦性標(biāo)準(zhǔn) GB/T10089-1998 2）選擇材料 蝸桿的材料選用45鋼，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)并基于蝸桿傳動(dòng)的功率以及速度來考慮；因希望效率高，耐磨性好，故蝸桿螺旋面要求淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪采用金屬模的制造方法，并選用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1作為其材料；基于零件的制造成本以及節(jié)省貴重材料的用量來考慮，采用青銅作為蝸輪的齒圈的材料，而輪芯則選用廉價(jià)且不貴重的灰鑄鐵HT100； 3）按齒面接觸疲勞

32、強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的要求，先對齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再對齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。 傳動(dòng)中心距：a≥3KT輪ZEZρσH2 根據(jù)傳動(dòng)比i蝸選取Z1=6 ，故取效率η=0.95,則： T輪=9.55106 P桿n輪=9.551062.510.9517146=7.96104N?mm ②確定載荷系數(shù)K ∵動(dòng)作載荷較穩(wěn)定 ∴取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表7-8選取使用系數(shù)KA=1.15；鑒于轉(zhuǎn)速不高，所受沖擊力不大，可取動(dòng)載系數(shù)KV=1.05 K=KAKβKV=1.1511.05≈1.21 ③確定彈性影響系數(shù)ZE 根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況

33、，由鑄錫磷青銅制造而成的蝸輪與鋼材質(zhì)的蝸桿相配合： ∴ZE=160MPa ④確定接觸系數(shù)Zρ 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1與傳動(dòng)中心距α的比值d1α=0.35，結(jié)合《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖7-14可知，Zρ=2.9； ⑤確定許用接觸應(yīng)力[σH] 結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，蝸輪采用金屬模的制造方法，并且選用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1作為其材料，蝸桿硬度＞45HRC，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表7-10可得，蝸輪的基本許用應(yīng)力[σH]=268MPa。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 601=2.06 壽命系數(shù)： =0.917 則：=0.917=245 ⑥計(jì)算中心距 =56mm

34、 取中心距，因，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表7-2中取模數(shù)m=3.15，蝸桿分度圓直徑，這時(shí)d1a=0.56，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖7-14中可查的接觸系數(shù)Zp=2.57，因?yàn)?,因此以上結(jié)果可用。 4）蝸桿蝸輪的主要參數(shù)和幾何尺寸 ①蝸桿 軸向齒距；直徑系數(shù)；齒頂圓直徑=； 齒根圓直徑；導(dǎo)程角；蝸桿軸向齒厚 ②蝸輪 蝸輪齒數(shù)35；變位系數(shù)； 蝸輪分度圓直徑； 蝸輪喉圓直徑115.7； 蝸輪齒根圓直徑； 蝸輪咽喉母圓半徑 5）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 當(dāng)量齒數(shù) 根據(jù)， 從《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖7-15中可查的齒形系數(shù)。 螺旋角系數(shù)； 許用彎曲應(yīng)力 從《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表7-11

35、中查得，由ZcuSn10P1所制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力為 壽命系數(shù)： ∴彎曲強(qiáng)度滿足 6）精度等級公差和表面粗糙度的確定 因本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用蝸桿傳動(dòng)（屬于通用機(jī)械減速）作為動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，查閱國標(biāo)GB/T10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級精度，側(cè)隙種類為f，標(biāo)注為8f GB/T10089-1988，公差項(xiàng)目及表面粗糙度用H7/u6配合。 7）熱平衡核算 摩擦損耗產(chǎn)生的熱流量 從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中的熱量 按熱平衡條件可得 S 由剪草機(jī)外形尺寸為外形尺寸：1870 620 7300mm 故符合要求 3.2.

36、6 齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 1）選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，采用圓柱斜齒輪傳動(dòng)；選用40Cr作為小齒輪的制造材料，調(diào)質(zhì)處理，平均硬度為280HBS，同時(shí)選用45鋼作為大齒輪的制造材料，正火處理，齒面硬度為240HBS；選用8級精度。 2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度初步計(jì)算齒輪參數(shù) 由于所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)方式屬于閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，故先對齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材式6-26進(jìn)行計(jì)算，即： d 式中各參數(shù)為： ①試選載荷系數(shù)K=1.3； ②計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩： T1=9.55106P1/n1=7.76104N?mm ③根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表6-7取齒寬系

37、數(shù)=1.0； ④取Z1=18，Z2=i齒Z1=57.6，取Z2=58，初選螺旋角=14；根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材式6-22可得： ⑤由=14，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖6-20得：區(qū)域系數(shù)ZH=2.433； ⑥查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表6-3得：彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa ⑦許用接觸應(yīng)力由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材式6-18，既按σH=σHlimZNSH計(jì)算： 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖6-14(d)(c)可得，其接觸疲勞強(qiáng)度極限為：=600MPa，=550MPa； ⑧由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材式6-20得應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖6-16(曲線1)得接觸疲勞壽命系數(shù)：ZN1=0.97，

38、ZN2=0.99; ⑨計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取安全系數(shù)SH=1.0，則： σH1=σHlim1ZN1SH=6000.971.0=82MPa σH2=σHlim2ZN2SH=5500.991.0=544.5MPa σH=σH2=82MPa ⑩初算小齒輪的分度圓直徑d1t，得： d1t =43.18mm 3）確定傳動(dòng)尺寸 ①計(jì)算圓周速度 v===0.66m/s，故8級精度合用； ②計(jì)算載荷系數(shù)K。各系數(shù)選擇如下： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表6-1得使用系數(shù)KA=1.0； 由v=0.66m/s，8級精度，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖6-6得動(dòng)載系數(shù)KV=1.05； 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》教

39、材表6-2，可得齒間載荷分配系數(shù)為Kα=1.4； 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖6-10得齒向載荷分布系數(shù)Kβ=1.45； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材式6-2得： K=KAKVKαKβ=1.01.051.41.45=2.13； ③對d1t進(jìn)行修正： d=d=43.18=47.4mm ④確定模數(shù)mn mn===2.71，故取為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)mn=3mm； ⑤計(jì)算中心距 a==93.9mm 圓整為a=94mm； ⑥精算螺旋角 =arccos=arccos=14.81 因值在允許范圍內(nèi)，故與值相關(guān)的數(shù)據(jù)不需要修正； ⑦精算分度圓直徑 d1=mnZ1cosβ=2.221cos14=47.1mm；

40、d1=mnZ2cosβ=2.267cos14=140.9mm ⑧計(jì)算齒輪寬度 b=46.8=46.8mm 圓整后取B1=47mm，B2=52mm； 4）校核齒根彎曲強(qiáng)度 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材式6-27，得： 式中各參數(shù)如下： ①K、T1、b、d1、mn、εα值同前； ②由當(dāng)量齒數(shù) ZV1===19.7；ZV2==63.5； 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表6-4得查取齒形系數(shù)YFa1=2.821，YFa2=2.263；應(yīng)力校正系數(shù)YSa1=1.57，YSa2=1.736； ③斜齒輪的縱向重合度為 =0.318=0.318118tan14=1.43 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖6-21

41、得螺旋角影響系數(shù)Y=0.88； ④計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖6-15(d)(c)得彎曲疲勞強(qiáng)度極σFlim1=500MPa， σFlim2=380MPa； 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖6-17得彎曲疲勞壽命系數(shù)YN1=0.98，YN2=0.99； 取YST=1.0安全系數(shù)S=1.4，則有： σF1=2KT1bd1mnεαYFa1Ysa1Yβ=22.137.7610446.847.131.592.8211.570.88 ≈122.54MPa<σF1 σF2=σF1YFa2YSa2YFa1YSa1=122.542.2631.7362.8211.57=108.69MP

42、a<σF2 所以滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。附上齒輪相關(guān)參數(shù)表： 表3 齒輪相關(guān)參數(shù) 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式及說明 法面模數(shù) 端面模數(shù) 法面壓力角 端面壓力角 螺旋角 齒頂高 齒根高 全齒高 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑 中心距 3.2.7 I軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）選擇軸的材料 因該軸無特殊要求，故選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表8-2可知，σb=640MPa； 2）求輸出軸的功率P1、轉(zhuǎn)速n1以及

43、扭矩T1 由前面算得P1=2.34kW，n1=286r/min，T1=7.76104N?mm 3)初步估算最小直徑 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材式8-2，對軸的最小軸徑進(jìn)行初步估算：查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表8-4，當(dāng)軸的材料為45鋼時(shí)，取 C=112，于是得： 由于輸出軸的最小軸徑處為聯(lián)軸器安裝段，且軸上開有鍵槽，會(huì)對軸的強(qiáng)度造成一定的削弱，故應(yīng)將軸徑增大5%-7%，即取d=22.8mm； 4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ①擬定軸上零件的裝配方案，如圖2所示： ②據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1、Ⅰ-Ⅱ段安裝聯(lián)軸器，從聯(lián)軸器與軸的配合方面來考慮，同時(shí)選擇聯(lián)軸器的信號(hào)是必需的，這樣才可

44、以保證聯(lián)軸器的孔徑與安裝軸的軸徑相吻合。從設(shè)計(jì)手冊上查的采用30206圓錐滾子軸承聯(lián)軸器，其尺寸為：dDT=255216，故d=25mm，右端用套筒與齒輪定位，套筒長度取78mm所以L=94mm； 2、II-III段安裝渦輪，已知其寬度為27mm，從套筒與大齒輪之間的配合來考慮，故此軸段應(yīng)略短于齒輪輪轂寬度，則取L=25mm，d=31mm； 3、III-IV段為蝸輪、小齒輪的軸向定位，此段軸長度應(yīng)取L=185mm，d=36mm； 4、IV-V段為小齒輪的軸向定位段，由其寬度為50mm可取L=47mm，d=31mm； 5、V-VI段為軸承安裝段，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的自走式草坪修剪機(jī)采用單

45、列圓錐滾子軸承30205，軸的左端則通過套筒與齒輪之間的配合進(jìn)行定位，取套筒長度為28.75mm，則：L=47mm，d=25mm； ③軸上零件的周向定位 兩齒輪與軸之間的定位均采用平鍵連接。按d由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表6-1查得平鍵bhL=10820， 按d得平鍵截面bhL=10836其與軸的配合均為H7n6。軸承與軸之間通過渡配合進(jìn)行連接，故此處軸的直徑尺寸公差為m6。 ④考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性 從軸的結(jié)構(gòu)工藝性方面來考慮，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖8-13可得軸肩處的圓角半徑r的值，軸端倒角取c=2mm；為便于加工，齒輪、半聯(lián)軸器處的鍵槽布置在同一母線上。 5）計(jì)算齒輪上作用力的大小 ①已

46、知軸I小齒輪和蝸輪的分度圓直徑為：d1=45.3mm，d2=110mm，而 F===3246N F=F=3246=1222N F=Ftan=3246=858N 同理可解得：Ft2=1411N，F(xiàn)r2=514N，F(xiàn)a2=0； ②計(jì)算軸承的支反力 已知截面C是危險(xiǎn)截面，現(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的M，M和M的值如下： F=2930N； F=1727N；F=1048N； F=688N； M=161150N?mm； M=57640 N?mm；M=77074 N?mm； M==171148 N?mm； M==178632 N?mm； T1=7.76104N?mm ③按彎扭合成應(yīng)力校核

47、軸的強(qiáng)度 從上面的計(jì)算式可知，當(dāng)量彎矩最大的是截面C， ∴對截面C進(jìn)行強(qiáng)度校核，取α=0.6，則： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表8-2，得[]=60Mpa，，故安全。 3.2.8 II軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）選擇軸的材料 結(jié)合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題，對該軸并無特殊要求，故選用45鋼作為其材料，調(diào)質(zhì)處理，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表8-2可知，σb=640MPa； 2）求輸出軸的功率P3、轉(zhuǎn)速n3以及扭矩T3 由前面算得P1=2.22kW，n1=89r/min，T1=2.36105N?mm 3)初步估算最小直徑 初步對軸的最小軸徑進(jìn)行估算，此步驟的依據(jù)為《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材式8-2；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材

48、表8-4，當(dāng)選取軸的材料為45鋼時(shí)，取 C=112，于是得： 軸徑應(yīng)增大5%-7%，故d=30mm； 4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ①擬定軸上零件的裝配方案，如圖3所示： ②據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1、I-II段為與輪子連接段，同時(shí)由機(jī)器總體寬度d=30mm,L=110mm； 2、II-III段是與圓錐滾子軸承和套筒，其中軸承d,套筒長度取28.74，故L 35mm； 3、II-IV段為大齒輪連接段，由前面知其寬度為45mm，為使套筒端面與大齒輪實(shí)現(xiàn)可靠的壓緊，軸段應(yīng)略短于齒輪，輪轂寬度取L=43mm，mm； 4、VI-V段為軸肩定位，軸肩高度，故取m，dVI-V=

49、46mm， L=10mm； 5、V-VI段為剩余軸段長度，得L=33mm,=40mm； 6、VI-VII段為套筒與圓錐滾子軸承的連接，圓錐滾子軸承尺寸d35,套筒長度以為28.75，故得L=47mm，==35mm； 7、VII-VIII為輪子鏈接，故取L=110mm,=30mm； ③軸上零件周向定位 采用平鍵連接作為齒輪與軸之間的定位方法，取mm，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表6-1得平鍵=,其配合均為H7h6，軸承與軸之間通過渡配合進(jìn)行連接，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 ④考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性 結(jié)合本

50、次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題，從軸的結(jié)構(gòu)工藝性方面來考慮，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖8-13可知軸肩處的圓角半徑r的值，軸端倒角取c=2mm；為便于加工，齒輪、半聯(lián)軸器處的鍵槽布置在同一母線上。 5）計(jì)算齒輪上作用力的大小 ①已知齒輪的分度圓直徑為d=136.7mm，而： Ft=2T3d1=22.36105136.7=3453N Fr=Fttanαncosβ=3453tan20cos14.81=1300N Fa=Fttanβ=3453tan14.81=913N ②計(jì)算軸承的支反力 已知截面C是危險(xiǎn)截面，現(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的M，M和M的值如下： F=2956N；F=497N；F=1282N； F

51、=18N； M=156668 N?mm；M=67946 N?mm；M=5671 N?mm M==170767 N?mm； M==156771 N?mm； T=2.36 N?mm； ③按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 從上面的計(jì)算式可知，當(dāng)量彎矩最大的是截面C， ∴對截面C進(jìn)行強(qiáng)度校核，取α=0.6，則： σca=M12+αT32W=1707672+0.623600020.1403=34.7MPa 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表8-2，得[]=60Mpa，，故安全。 3.2.8 旋刀軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）選擇軸的材料 該軸無特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教

52、材表8-2可知，σb=640MPa； 2）求輸出軸的功率P1、轉(zhuǎn)速n1以及扭矩T1 由前面算得P3=1.48kW，n3=3600r/min，T3=3.48103N?mm 3)初步估算最小直徑 初步對軸的最小軸徑進(jìn)行估算，此步驟的依據(jù)為《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材式8-2；再由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表8-4，當(dāng)選取軸的材料為45鋼時(shí)，取 C=112； ∴dmin=C3P3n3=11231.483600=8.33mm； 故軸的最小直徑應(yīng)大于8.33mm。 4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖4所示： 圖4 旋刀軸 5）軸的校核：對旋刀軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算 旋刀軸受的扭矩，由前面計(jì)算可得 T； 形角用

53、每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示軸的扭轉(zhuǎn)變，階梯軸的扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式為： =5.73 式中： Ti——階梯軸第 i 段上所受的扭矩（N?mm）； G——軸的材料的剪切彈性模量（MPa），對于鋼材G =8.1104 MPa； ——階梯軸第i段幾面的極慣性矩，對于圓軸I=； ——階梯軸第i段的長度（mm）； Z——階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的軸段數(shù)； 根據(jù)上式算得旋刀軸的扭轉(zhuǎn)角為：=0.93 為軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件，其中，為每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，軸的適用場合為其影響因素。對于一般傳動(dòng)軸可取 =0.51()/m ；對于精密傳動(dòng)軸，可取=0.250.5()/m ；對于精度要求不高的軸，>1()/m。在割草機(jī)工作

54、軸的傳動(dòng)中，因?yàn)槭且话銈鲃?dòng)，所以取 =0.51()/m。 計(jì)算結(jié)果：滿足強(qiáng)度條件，安全。 3.2.9 工作軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）軸的材料選擇 材料是合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28HRC，, ， 2）軸徑的初步計(jì)算 根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件： ,式中： ——扭轉(zhuǎn)相應(yīng)切力，； ——軸所受的扭矩，； ——軸的抗扭截面系數(shù)，； ——軸的轉(zhuǎn)速，； ——軸傳遞的功率，； ——計(jì)算截面處軸的直徑，。 已知。其中A0=395500000.2τT； 得d=39550000P0.2τTn=395500000.2τT3Pn=A03Pn 因?yàn)榇斯ぷ鬏S是采用花鍵與旋刀軸進(jìn)行連接

55、，故其是一根空心軸 ∴ 式中：——空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取=0.5-0.6； 已知P =1.25，n=3600 r/min，軸的材料選用 40MnB， 。 將其代入式中，得實(shí)心軸軸徑； 空心軸軸徑。 從計(jì)算結(jié)果來看，輸出軸的實(shí)心部分最小軸徑d≥7.73mm；空心部分最小軸徑d≥7.90mm； 3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如圖5所示）： 圖5 工作軸 3.3 剪草機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.3.1 剪草機(jī)構(gòu)的概述 自走旋刀式草坪修剪機(jī)的剪草機(jī)構(gòu)，主要由旋刀刀片與旋刀軸所組成，旋刀刀片通過螺紋圓柱銷定位用螺母固定在旋刀軸上，旋刀軸通過花鍵與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸連接，發(fā)動(dòng)機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)旋刀

56、軸旋轉(zhuǎn)，從而使旋刀做切割工作，其結(jié)構(gòu)如圖6所示： 圖6 剪草機(jī)構(gòu) 3.3.2 旋刀刀片材料的選擇 修剪是現(xiàn)代草坪管理中非常重要的一環(huán)，而刀片材料的選擇則對修剪的質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。 同時(shí)，刀片是草坪修剪機(jī)中的易損件，它不僅受到切割阻力的沖劑，還受到草和泥沙的強(qiáng)烈摩擦，還不可避免的會(huì)碰到草皮上的石頭、鐵罐等，這就要求刀片不僅要有較高的韌性，還要有較高的耐磨性。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)刀片的材料選用65Mn，等溫淬火后硬度為42-50HRC。 3.3.3 旋刀刀片的設(shè)計(jì) 1）旋刀刀刃最小長度的確定 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的旋刀式草坪修剪機(jī)是無支承切割（如圖右），切割時(shí)有切割力Pd，莖稈的

57、慣性力PAB和PBC及莖稈的反彈力PT等。為了提高草坪修剪機(jī)在進(jìn)行草坪修剪工作時(shí)的可靠性，應(yīng)使基桿反彈力與之和莖稈慣性力大于或等于旋刀的切割力，即：Pd≤PAB+PBC+PT 若將莖桿視為一端固定的懸臂梁，根據(jù)材料力學(xué)分析可知：為增大慣性力和莖桿的反彈力，除需盡可能的降低割茬外，還應(yīng)提高切割速度，根據(jù)試驗(yàn)資料，對細(xì)莖桿的草切割速度應(yīng)達(dá)到60m/s，粗一些的草的切割速度可低一些。 查閱相關(guān)文獻(xiàn)后，可知要使自走旋刀式草坪修剪機(jī)在進(jìn)行草坪修剪工作的過程中不產(chǎn)生漏切等現(xiàn)象，其各項(xiàng)參數(shù)必須滿足如下關(guān)系式： hmin=60Vm/Z?n 式中： hmin為刀刃的最小長度（mm）； Vm為機(jī)器前進(jìn)速

58、度（m/s）； Z為刀片數(shù)； n為切割轉(zhuǎn)速（r/min）； 故其最小刀刃長度為： hmin=60Vm/Z?n=601.5/23600=0.0125=12.5mm 2）旋刀轉(zhuǎn)速的確定 自走旋刀式草坪修剪機(jī)，因其在進(jìn)行草坪的修剪工作時(shí)，圓周速度最低點(diǎn)位于刀刃的內(nèi)端點(diǎn)處，故應(yīng)以刀刃的內(nèi)端點(diǎn)作為校核旋刀切割速度的基準(zhǔn)點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)表明，刀刃的內(nèi)端點(diǎn)的最小切割速度V內(nèi)mim應(yīng)大于60m/s，才能保證在進(jìn)行草坪的修剪工作時(shí)，刀刃各點(diǎn)均能將草切斷，既：V內(nèi)mim=r內(nèi)ω-Vm 式中： r內(nèi)為刀刃內(nèi)端點(diǎn)處的回轉(zhuǎn)半徑（m）； ω為旋刀角速度（1/s）； Vm為機(jī)器前進(jìn)速度（m/s）； 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表

59、明最小切割速度V內(nèi)mim一般為60--95 m/s，但是為了使刀盤工作轉(zhuǎn)速不至于過高，現(xiàn)取V內(nèi)mim=90 m/s。 旋刀刀片如圖7所示： 圖7 旋刀刀片 3.4 其余部件的設(shè)計(jì) 3.4.1 推桿的設(shè)計(jì) 推桿由鋼管（合金結(jié)構(gòu)鋼Q345）以及推桿套兩部分所組成，可根據(jù)作業(yè)員的身高進(jìn)行調(diào)節(jié)。 3.4.2 機(jī)架的設(shè)計(jì) 1）機(jī)架材料的選擇 低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼 2）機(jī)架的結(jié)構(gòu)說明 機(jī)架設(shè)計(jì)成上、下機(jī)架兩部分，并通過銷軸的調(diào)節(jié)來為實(shí)現(xiàn)對剪草高度的調(diào)節(jié) 3）銷軸的選擇 ①銷軸材料的選擇 銷軸材料選用35鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28~38HRC，表面氧化。

60、 ②銷軸的選用 結(jié)合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，選用銷軸630（GB/T 882-2000），開口銷（GB/T 91-2000）。草坪修剪機(jī)在進(jìn)行實(shí)際作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)等現(xiàn)象會(huì)對銷軸產(chǎn)生一定沖劑，在查閱相關(guān)資料后，取許用剪切應(yīng)力，許用壓應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度。 4）銷軸的強(qiáng)度校核 發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量為15kg,燃油箱容量為1L，裝滿燃油時(shí)燃油質(zhì)量為0.725kg，上機(jī)架材料采用16Mn。其質(zhì)量為1.6kg。故作用在每個(gè)銷軸上的力為： F=15+1.6+0.725104=43.31N 銷軸工作面的擠壓應(yīng)力： σp=F2ad=43.312206=0.18Mpa； 計(jì)算結(jié)果： σp≤σpp的強(qiáng)度條件，安全；

61、銷軸的剪切應(yīng)力：τ=F2πd24=43.3123.14624=0.77MPa； 計(jì)算結(jié)果： T≤Tp的強(qiáng)度條件，安全； 銷軸的彎曲應(yīng)力：σb≈Fa+0.5b40.1d3=4320+0.51840.163=13.42MPa； 計(jì)算結(jié)果： σb≤σbp的強(qiáng)度條件，安全。 3.4.3 萬向輪的設(shè)計(jì) 行走輪的尺寸應(yīng)與草坪修剪機(jī)的整體形狀和尺寸緊緊相連。結(jié)合自走旋刀式草坪修剪機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案并根據(jù)國標(biāo)GB/T 14688-1993等相關(guān)數(shù)據(jù)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的草坪修剪機(jī)，其前輪采用萬向輪，以方便草坪修剪機(jī)的轉(zhuǎn)向從而提高草坪修剪機(jī)在進(jìn)行草坪的修剪工作時(shí)的靈活性，后輪則采用腳輪形式。 萬向輪的外徑是

62、?=160mm，參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中工業(yè)腳輪的形狀和尺寸，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的萬向輪采用支架（材料：HT200）裝配方式，并將萬向輪支架焊接在機(jī)架上。 3.4.5 腳輪的設(shè)計(jì) 輪子材料是聚甲醛POM，支架材料為HT200，由于萬向輪和腳輪的支架結(jié)構(gòu)尺寸不相同，為了是機(jī)架在平地上保持水平，取腳輪的外徑為170mm，其具體形狀參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中工業(yè)車輪的形狀和尺寸。結(jié)構(gòu)采用腳輪支架裝配，同樣焊接在割草機(jī)底部底部。 3.4.6 刀殼的設(shè)計(jì) 1）刀殼材料的選用 刀殼材料選用HT100，選用依據(jù)是HT100有一定的強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度非常高，有良好的吸振性、減振性和潤滑性，有良好的切削加工性與鑄造性

63、，可用于制造外罩、手把等形狀簡單、對強(qiáng)度無要求的零件。 2）刀殼的結(jié)構(gòu)說明 為了便于安裝，以及提高穩(wěn)定性，減少草坪修剪機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)與噪音，將刀殼設(shè)計(jì)成上方下圓，在刀殼的頂部預(yù)留四個(gè)孔，通過螺母鏈接的方式將其固定在機(jī)架上，起到安全防護(hù)和收集草屑的作用。在外殼的一端有延伸的排草口。 從上文刀片設(shè)計(jì)部分可看出，刀片設(shè)計(jì)成對角線兩端向上折彎的形狀，使得刀片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流可將刀刃切下草屑懸浮到氣流中，再經(jīng)由排草口排出刀殼，就地灑落。從而避免出現(xiàn)草屑在刀殼內(nèi)堵塞的現(xiàn)象。 結(jié) 論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)依據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)了一臺(tái)適用于學(xué)校、校區(qū)、工廠的自走式草坪修剪機(jī)，由于設(shè)備能夠自行行走，大

64、大減輕了勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度，既有線鍛煉又修整草坪。 通過近兩個(gè)月來的深入學(xué)習(xí)與研究，目前已經(jīng)完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，取得了結(jié)論性的進(jìn)展，主要有如下幾點(diǎn)： 1、通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，以歐美等發(fā)達(dá)國家草坪修剪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)況作對比，明白了我國在草坪修剪機(jī)的研制方面與發(fā)達(dá)國家的差距，同時(shí)也看到了我國在草坪修剪機(jī)的發(fā)展上的廣闊前景。 2、明白了自走式草坪修剪機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成以及每個(gè)結(jié)構(gòu)的作用； 3、結(jié)合實(shí)際，對自走式草坪修剪機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)做出了具體的設(shè)計(jì)與計(jì)算，分別是：第1級V帶傳動(dòng)、第2級蝸輪蝸桿傳動(dòng)、第3級齒輪傳動(dòng)；通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，加深了我對機(jī)械設(shè)計(jì)的思路與過程的認(rèn)識(shí) 4、使用AutoCAD對自走

65、式草坪修剪機(jī)進(jìn)行零件圖、裝配圖的繪制，進(jìn)一步提高了軟件的熟練度 5、使用Creo2.0對所設(shè)計(jì)的自走式草坪修剪機(jī)進(jìn)行動(dòng)畫仿真，提高了我的軟件使用能力。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對機(jī)械設(shè)計(jì)有了更深的理解，不再是僅僅停留在課本上，而是結(jié)合課本深入到實(shí)踐中；并且掌握了自走式草坪修剪機(jī)的設(shè)計(jì)方法與步驟，尤其是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分，我相信我所掌握的技能必定會(huì)對我以后的工作產(chǎn)生幫助。 同時(shí)，由于本人水平有限，畢業(yè)設(shè)計(jì)中也確實(shí)存在一些可以再次改進(jìn)與優(yōu)化的地方，總的來講，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，整合大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，做到理論聯(lián)系實(shí)際，讓我獲良多！ 致 謝 光陰似箭，日月如梭！四年的大學(xué)生活轉(zhuǎn)眼即將走到頭，本次

66、畢業(yè)設(shè)計(jì)是我作為一名學(xué)生最后的一份作業(yè)。在這里，非常感謝我的母校XXX的辛勤培育，感謝學(xué)校給我們提供了優(yōu)質(zhì)的教學(xué)環(huán)境與強(qiáng)大的師資力量。通過這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我真正做到了理論與實(shí)踐的結(jié)合，受益良多。 俗話說得好，萬事開頭難。說句實(shí)在話，對于畢業(yè)設(shè)計(jì)如何做，一開會(huì)我真的毫無頭緒，再加上畢業(yè)設(shè)計(jì)與能否按時(shí)畢業(yè)掛鉤，我心里的壓力其實(shí)挺大的。在這里，我非常感謝我的指導(dǎo)老師XXX先生的耐心指導(dǎo)，他的指點(diǎn)讓我對于這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)要如何開展有了清晰的思路，同時(shí)對于畢業(yè)論文的編寫、以及答辯的相關(guān)準(zhǔn)備，他都給出了專業(yè)且具有高度的建議；同時(shí)也感謝給我?guī)А豆こ虉D學(xué)》的XXX老師，《機(jī)械設(shè)計(jì)》的XXX老師，《互換性與測量技術(shù)》的XXX老師等，沒有這些課程做基礎(chǔ)，是無法完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，感謝你們！ 同時(shí)，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，自身難免遇到很多一時(shí)想不通的問題，在這里非常感謝給予我指