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南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計 南京林業(yè)大學 本科畢業(yè)設計（論文） 題 目： 草坪修邊機的設計 學 院： 南方學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： N090301121 學生姓名： 徐鵬鵬 指導教師： 周鳳芳 職 稱： 講師 二O一 三 年 六 月 一 日 草坪修邊機的設計 摘要 隨著經濟的發(fā)展和社會的進步,人們對生存環(huán)境的要求越來越高。草坪綠化已成為衡量一個國家，地區(qū)或城市文明與發(fā)展的一個重要指標，在美化環(huán)境，固土護坡，凈化空氣等方面已成為人類的共識，在生態(tài)建設和保護方面將扮演著越來越重要的角色。草坪業(yè)的發(fā)展必然促進草坪機械的應用和發(fā)展。修剪是草坪區(qū)別于其它一些植物的特殊要求，草坪業(yè)的迅猛發(fā)展，意味著草坪剪草機械的大量需求，了解草坪剪草機械的發(fā)展歷史、存在的問題和發(fā)展趨勢等，對我國草坪剪草機械的發(fā)展無疑是十分有意義的。 本文首先對國內外草坪修邊機的研究現狀和發(fā)展趨勢進行了解；隨后對現有的草坪修邊機進行結構分析，了解其結構組成及工作原理；接著對草坪修邊機的各個組成部分進行設計，包括發(fā)動機的選擇、切割深度調節(jié)桿的設計、張緊輪的設計、刀片的設計與選擇以及整機的結構優(yōu)化，以達到重量更輕，噪聲更小，作業(yè)精度更高的目的。 最后，就目前市面上的機器，提出自己的看法。中國的草坪機械發(fā)展水平較之國外還有相當大的一段距離。目前國內基本上沿用農業(yè)生產機械，大多以柴油機為動力且安全性能不高。國外基本上與大功率拖拉機配套作業(yè)，一機多用。我們生產的草坪修邊機應以此為目標，在這個的基礎上，研發(fā)出屬于我們自己的草坪修邊機。 關鍵詞：草坪，修邊機，改良設計 The design of lawn trimming machine ABSTRACT With the development of economy and the progress of the society，people's living environment demand is higher and higher. Lawn greening has become the measure of a country, area or city civilization and the development of an important indicator，to beautify their environment，solid soil slope protection, purify air and so on，has become the consensus of mankind，in the ecological construction and protection will play an increasingly important role.The development of grass industry is bound to promote the lawn machinery application and development. Trim the lawn is different from the special requirements of some other plants, the rapid development of grass industry, means a greater demand of lawn grass clippings machinery, understanding of the historical development of lawn grass clippings machinery, existing problems and development trend, etc., the development of lawn grass clippings machinery in China is very meaningful. This article first to lawn trimming machine at home and abroad to understand the present situation and development trend; Then the existing lawn trimming machine structure analysis, understand its structure and working principle; Then carried out on the lawn trimming machine components design, including the selection of motor, the cutting depth adjusting rod design, tension wheel design, blade design and structure optimization of the machine with the choice, to achieve a lighter weight, smaller noise, work precision higher purpose. Finally, the machine currently on the market, proposed own view. Level of lawn machinery development in China than abroad and a considerable distance. At present domestic basically used in agricultural production machinery, mostly driven by diesel engine performance and safety is not high. Basically and high-power tractor supporting work abroad, multi-usage. We should production of lawn trimming machine as a goal, on the basis of this, the development of our own lawn trimming machine. Key Word:Grass, trimming machine, improved design 目錄 引言······································································ 1 1 草坪修邊機的概念及思想··················································· 2 1.1 國內外草坪修邊機的研究現狀及發(fā)展趨勢勢······························· 2 1.1.1 國內研究現狀 ····················································· 2 1.1.2 國外研究現狀······················································ 3 1.2 研究目的及意義························································ 4 2 草坪修邊機的構造························································· 4 2.1 草坪修邊機的結構······················································ 4 2.2 草坪修邊機的分類······················································ 5 2.2.1 手持式便攜修邊機·················································· 5 2.2.2 手推式修邊機······················································ 6 2.2.3 掛接式修邊機······················································ 7 2.3 草坪修邊機的刀片······················································ 8 2.3.1 圓盤刀···························································· 8 2.3.2 V型刀····························································· 9 2.3.3 直角刀···························································· 9 3 草坪修邊機的設計·························································10 3.1 草坪修邊機的工作原理··················································10 3.2 切割深度調節(jié)桿的設計··················································11 3.3 張緊輪的設計··························································12 3.4 油門開關的設計························································13 3.5 發(fā)動機的選擇··························································14 3.5.1 發(fā)動機的安全······················································16 3.5.2 發(fā)動機的使用······················································17 3.6 V帶傳動的設計和計算··················································20 3.6.1 帶傳動的類型······················································20 3.6.2 V帶的類型與結構···················································22 3.6.3 普通V帶傳動的設計計算············································24 3.7 刀片的設計····························································27 3.8 軸的設計······························································28 3.8.1 軸的功用··························································28 3.8.2 軸的分類··························································28 3.8.3 軸的強度計算······················································29 3.8.4 軸的剛度計算······················································29 3.8.5 軸的結構設計······················································30 4 草坪修邊機的發(fā)展趨勢·····················································32 4.1 適應性強，工作安全靠··················································32 4.2 一機多用和聯合作業(yè)····················································32 4.3 自動化程度高··························································32 致謝·······································································33 參考文獻··········································································34 附錄··················································································36 引言 草坪生產是園林生產的重要分支，草坪機械是園林機械的重要組成部分。草坪機械具有農業(yè)機械、林業(yè)機械和工程機械的特點，由于草坪作業(yè)的特殊性，要求草坪機械噪聲小，污染少，輕巧靈活，攜運方便，作業(yè)精度高。 我國是一個少林少草的國家，草坪對壞境的綠化，美化效果越來越受到人們的重視。我國對草坪需求勢必越來越大。而草坪的大規(guī)模生產正是以機械的參與為主要特征的。草坪機械已構成草坪生產系統(tǒng)的一個重要組成部分。實施草坪生產機械化，不僅能減輕勞動程度，改善生產條件，降低生產成本，而且能在較短時間內征服大面積沙地荒灘，控制病災蟲災。草坪修邊機用于修整草坪邊界，使草坪生長整齊，美觀。草坪修邊機的主要工作部件為割刀。草坪修邊機便于攜帶，工作效率高，大大減輕了人工修剪速度慢，效率低，勞動程度高等問題。 草坪業(yè)的發(fā)展必然促進草坪機械的應用和發(fā)展。修剪是草坪區(qū)別于其它一些植物的特殊要求，草坪業(yè)的迅猛發(fā)展，意味著草坪剪草機械的大量需求，了解草坪剪草機械的發(fā)展歷史、存在的問題和發(fā)展趨勢等，對我國草坪剪草機械的發(fā)展無疑是十分有意義的。 1 草坪修邊機的概念及思想 草坪修邊機用于修整草坪邊界，使草坪生長整齊，美觀。修邊機的主要工作部件為割刀。割刀有圓盤形，V形和直角形等三種。圓盤刀用于人行道或汽車道邊沿，削出平直的邊線。直角刀用于球場，砂槽或花床邊緣的花邊。V形刀用于人行道草旁，修出條狀空地。修邊機主要有三種形式：手持便攜式修邊機，手推式修邊機，拖拉機掛接式修邊機。手持便攜式修邊機有電動式和發(fā)動機式，特點是便于攜帶。手推式修邊機在其前側面有一切割刀片垂直于地面，安裝在一根由發(fā)動機驅動的軸上。作業(yè)時手推手柄將修邊機沿草坪邊緣推進，由切割刃并懸垂于草坪邊緣的刀片高速旋轉接觸草坪草株而切割。拖拉機掛接式修邊機的草坪修邊切割刀片為一圓盤，作業(yè)時圓盤壓在草坪邊緣隨拖拉機滾動前進將草坪植被切斷而達到修邊的目的。草坪修邊機可以安置在拖拉機的前部，中部和后部。 1.1 國內外草坪修邊機的研究現狀及發(fā)展趨勢 1.1.1 國內研究現狀 園林綠化作業(yè)中所使用的機械，按作業(yè)對象不同大致有三類：即喬、灌木作業(yè)機械，草坪作業(yè)機械和花卉作業(yè)機械。草坪作業(yè)機械是當前發(fā)展速度最快、且最具特色的機械類型，已經形成了自己的獨立體系。按作業(yè)內內容草坪機械可以分成草坪建植機械和草坪養(yǎng)護機械兩大類。 草坪養(yǎng)護的作業(yè)內容多，作業(yè)量大，所使用的機械品種也很多，其中特色鮮明的專用機械有草坪修剪機械、草坪打洞通氣機械、草坪整理機械和草坪灌溉設備等。草坪修剪機械按切割裝置不同，主要分旋刀式草坪修剪機、滾刀式草坪修剪機和甩刀式草坪修剪機三類；按行走裝置不同，又有步行操縱式和乘座操縱式兩種結構形式。步行操縱旋刀式草坪修剪機，由于其結構比較簡單，是目前使用最多、最廣的一種草坪機械，它包括推行式和自走式兩種型式。國際上比較著名的品牌有美國的TORO,MTD, 德國的SOLO， 意大利的ALPINA，瑞典的HUSQVARNA，日本的土屋等；中國也有比較多的企業(yè)在生產，有草地王、立特、林海等品牌。乘座式旋刀草坪修剪機的使用，在發(fā)達國家已日益普遍， 著名的品牌有YARDMAN,TORO,CRAFTSMAN,GRASS HOPPER,HARRY,SOLO等，中國目前只有草地王一個品牌。特別值得指出的是：GRASS HOPPER目前推出的全液壓傳動、無級變速、零轉彎半徑的乘座式旋刀草坪修剪機，操作非常方便靈活，受到了用戶，特別是草坪專業(yè)養(yǎng)護人員的普遍歡迎。滾刀式草坪修剪機的修剪質量和精度都比較高，特別是刃以上的，主要用于高爾 夫球場、運動場草坪的修剪。著名的品牌有日本的土屋,BARONESS,美國的JOHN DEEREH和 TORO等，中國目前還只生產一些簡單的步行操縱式滾刀草坪修剪機，高爾夫球場、足球場的滾刀式草坪修剪機還要靠進口。甩刀式草坪修剪機的修剪質量比較低，主要適用于要求不高的生態(tài)型草坪。這種修剪機大多為拖拉機懸掛式，也有的安裝在拖拉機專設的液壓臂上，用于修剪公路兩側的草坪。相對于國外的草坪修邊機，目前國內的生產水平還比較低，大多數機器都是仿造國外的結構進行自主研發(fā)，利用已有的材料來進行生產，故而機器的工作效率及使用年限，安全性都不及國外的機器，在這一點上還有待加強。如圖1-1。 圖1-1 手推式草坪修邊機 1.1.2 國外研究現狀 西方發(fā)達國家在20 世紀80 年代，當草坪修剪機進入家庭庭院時，是以步行操縱推行式為主導產品，到了20 世紀90 年代，其已被步行操縱自走式草坪修剪機逐步取代，雖然無驅動輪的步行操縱推行式草坪修剪機價格很便宜，但在歐美國家已很少有人問津。進入21 世紀型乘坐操縱坐騎式草坪修剪機又開始逐步取代步行操縱自走式草坪修剪饑。特別是能實現零轉彎半徑，機動性能非常好，能一機多用的全液壓草坪拖拉機一問世，就得到了廣大用戶的普遍歡迎，預計不久的將來，還會有自動化程度更高、操作更舒適的草坪機械出現。目前國內生產的草坪修剪機仍然以步行操縱推行式為主，是國外發(fā)達國家20 世紀80 年代的水平，在國外已屬淘汰產品。國際著名品牌的園林草坪機械類產品的進口大幅度上升。如美國MTD的園林拖拉機和草坪機械,JOHN DEERE的高爾夫球場機械、HUNTER的噴灌設備，以及德國的SOLO、日本的小松、意大利的HARRY等園林草坪機械產品，都已紛紛進軍中國市場，或設立辦事處，或設立代銷點，有的正在準備設立合資或獨資企業(yè)。據統(tǒng)計，2002年我國進口的園林草坪機械類產品為3790萬美元，主要來自這些著名品牌。如圖1-2。 圖1-2 乘坐操縱坐騎式草坪修剪機 1.2 研究目的及意義 本文首先對現有的草坪修邊機進行測繪,根據測繪結果分別設計手推式修邊機機的各個組成部分，包括發(fā)動機，帶輪選擇，刀片選擇等等。同時，在保持現有草坪修邊機基本型式不變的基礎上重新設計外觀，使其結構精巧合理，造型優(yōu)美簡捷輕巧，線條流暢；并創(chuàng)新性的對草坪修邊機的手柄、刀片和的切割高度調節(jié)機構等部分結構進行改良設計，使其在作業(yè)時更符合人機工程學。 2 草坪修邊機的構造 2.1 草坪修邊機的結構 圖3-1所示為手推式草坪修邊機，工作裝置的刀具為直角刀，由小汽油機驅動旋轉。在把手架上設置有切割深度控制機構，可精確地調整圓盤刀的切割深度，同時還可調節(jié)直角刀的傾斜位置。汽油機通過帶傳動驅動刀具旋轉，作業(yè)時手推手柄將修邊機沿草坪邊緣推進，有切割刃并懸垂于草坪邊緣的刀片高速旋轉接觸草坪草株而切割，達到修邊的目的。 圖3-1 手推式草坪修邊機 2.2 草坪修邊機的分類 修邊機主要用于草坪綠地邊緣的修剪以保持草坪的美觀，有各種類型的修邊機。 2.2.1 手持便攜式修邊機 手持便攜式修邊機有電動式和發(fā)動機式兩種，該機型便于攜帶。如圖3-2。 圖3-2 手持便攜式修邊機 2.2.2 手推式修邊機 手推式修邊機其特點在于：工作效率高，可以根據不同地形選擇合適的刀片來進行修剪，此外，機器的結構大為簡化，便于操作。如圖3-3。 圖3-3 手推式修邊機 手推電動式草坪修邊機是市場上比較先進的產品，它采用電動機來驅動刀具高速旋轉，從而達到修剪的目的。它的優(yōu)點在于：利用電動機來驅動，大大節(jié)約了成本，利于環(huán)保；相對于以發(fā)動機驅動的草坪修邊機，它的重量更輕，體積更小，更便于攜帶。如圖3-4。 圖3-4 手推電動式修邊機 2.2.3 掛接式草坪修邊機 拖拉機掛接式修邊機的草坪修邊切割刀片為一圓盤，作業(yè)時圓盤壓在草坪邊緣隨拖拉機滾動前進將草坪植被切斷而達到修邊的目的。與拖拉機掛接的草坪修邊機可以置于拖拉機的中部，前部和后部。如圖3-5。 圖3-5 掛接式草坪修邊機 2.3 草坪修邊機的刀片 2.3.1 圓盤刀 主要用于人行道或汽車道邊沿，削出平直的邊緣。如圖3-6。 圖3-6 圓盤刀 2.3.2 V型刀 用于人行道旁，修出條狀空地。如圖3-7。 圖3-7 V型刀 2.3.3 直角刀 用于球場，砂槽或花床邊緣的修邊。如圖3-8。 圖3-8 直角刀 3 草坪修邊機的設計 3.1 草坪修邊機的工作原理 小型手推式草坪修邊機在其前側面有一切割刀片垂直于地面，安裝在一根由發(fā)動機驅動的軸上。發(fā)動機和修邊刀片都安裝在機架上，機架有三個行走輪支承并與操縱手柄連接操縱手柄上裝有發(fā)動機油門的控制裝置和切割刀片是否旋轉的離合器控制裝置。作業(yè)時手推手柄將修邊機沿草坪邊緣推進，有切割刃并懸垂于草坪邊緣的刀片高速旋轉草坪植株而切割，達到修邊的目的。草坪修邊的切割切割深度通過切割高度調節(jié)桿而實現?？傃b圖如圖4-1。 圖4-1 草坪修邊機總裝圖 1 刀片 2 張緊輪 3 發(fā)動機 4 切割高度調節(jié)桿 5 機架 6 輪子 7 油門 8 刀片支承架 3.2 切割深度調節(jié)桿的設計 切割身度調節(jié)桿是草坪修邊機的重要組成部分，主要作用是調節(jié)刀片的切割深度以及切割角度。手柄上有4個不同位置，通過四連桿機構可精確的調整調整刀具的切割深度，同時，還可調節(jié)刀具的傾斜位置，實現草坪邊界不同斜面的修整。如圖4-2。 圖4-2 切割深度調節(jié)桿 3.3 張緊輪的設計 帶在工作一段時間后會變松，這會使皮帶打滑，導致兩個不良后果：皮帶磨損嚴重皮帶壽命減少，傳動比降低使從動輪轉速降低。為了防止或者推遲這種問題的發(fā)生，通常采用自動張緊裝置。如圖4-2。 圖4-2 張緊輪 3.4油門開關的設計 油門安裝在扶手右側，來控制發(fā)動機進氣量，從而控制發(fā)動機的轉速。如圖4-3。 圖4-3 油門開關的設計 3.5 發(fā)動機的選擇 汽油機型號 GX160 汽油機型式 單缸,四沖程,頂置氣門 額定功率 4kw 最大轉速 3600r/min 氣缸直徑（mm） 68 活塞行程（mm） 45 排量（mL） 163 旋轉方向 逆時針(面向輸出端) 化油器型式 橫置蝶閥式 點火方式 晶體管磁體點火 火花塞編號 BP6ES(NGK) BPR6ES(NGK) 起動方式 反沖起動 尺寸（長×寬×高）（mm） 305×365×335 調速器型式 離心重錘式 凈重（kg） 14 圖4-4 GX160發(fā)動機 1 消聲器 2 火花塞 3 空氣凈化器 4 阻風門手柄 5 燃油閥 6 手拉啟動 7 斷路器 8 發(fā)動機開關 9 機油報警燈 10 節(jié)流桿 11 油箱 12 油箱蓋 13 電動起動器 14 序列號和發(fā)動機類型 15 加油口蓋 3.5.1發(fā)動機的安全 1 在操作期間，以防止火災隱患,并提供足夠的通風,保持發(fā)動機至少1米(3英尺)遠離建筑物和其他設備。不要將易燃物體接近引擎。 2 孩子和寵物必須遠離該地區(qū)，可用于操作的設備發(fā)動機工作因 一個可能的燃燒熱引擎組件或傷害任何人。 3 知道如何停止發(fā)動機迅速,和理解的操作所有控件。決不允許任何人操作引擎沒有合適的指令。 4 汽油在一定條件是非常易燃,易爆的。 5 加油在通風良好的區(qū)域及發(fā)動機停止后。在加油區(qū)或汽油存儲區(qū)不抽煙或允許火焰或火花。 6 在確保箱蓋被安全正確地關閉，不要往油箱加油。 7 當加油時小心不要泄漏燃料當加油。燃油蒸汽或溢出的燃料可能點燃。如果任何燃料泄漏,確保這片區(qū)域是干了之后再涂引擎。 8 在一個封閉的或封閉區(qū)從來沒有運行引擎。排氣包含有毒的一氧化碳氣體;接觸可能會造成意識喪失并可能導致死亡。 9 在操作期間這個圍巾變得非常熱,而在停止發(fā)動機仍然熱。小心不要碰消聲器當它是熱的。為了避免嚴重燒傷或火災隱患,讓發(fā)動機冷卻在運輸或儲存在室內 3.5.2 發(fā)動機的使用 1 關閉燃油閥到ON的位置。如圖4-5。 圖4-5 2 將吸氣閥桿到關閉位置。如圖4-6。 圖4-6 3 將油門桿略向左。如圖4-7。 圖4-7 4 啟動發(fā)動機，把引擎切換到接通位置。如圖4-8。 圖4-8 5 拉電阻起動手柄輕輕直到感覺,然后迅速拉。如圖4-9。 圖4-9 3.6 V帶傳動的設計和計算 帶傳動是一種撓性傳動。帶傳動的基本組成零件為帶輪（主動帶輪和從動帶輪）和傳動帶（圖4-10）。當主動帶輪1轉動時，利用帶輪和傳動帶間的摩擦或呲合作用，將運動和動力通過傳動帶2傳遞給從動帶輪3.帶傳動具有結構簡單，傳動平穩(wěn)，價格低廉和緩沖吸振等特點，在近代機械中應用廣泛。 圖4-10 帶傳動機構運動示意圖 3.6.1 帶傳動的類型 按照工作原理的不同，帶傳動可分為摩擦型帶傳動（圖4-11）和呲合型帶傳動（圖4-12）。在摩擦型帶傳動中，根據傳動帶的橫截面形狀的不同，又可以分為平帶傳動（圖4-13a），圓帶傳動（圖4-13b），V帶傳動（圖4-13c)和多楔帶傳動（圖4-13d）。 圖4-11 摩擦型帶傳動示意圖 圖4-12 呲合型帶傳動示意圖 圖4-13 摩擦型帶傳動的幾種類型 平帶傳動結構簡單，傳動效率高，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的情況下應用較多。常用的平帶有帆布芯平帶，編織平帶（棉織，毛織和縫合棉布帶），錦綸片復合平帶等數種。其中以帆布芯平帶應用最廣，它的規(guī)格可查閱國家標準或手冊。 圓帶結構簡單，其材料常為皮革，棉，麻，錦綸，聚氨酯等，多用于小功率傳動。 V帶的橫截面呈等腰梯形，帶輪上也做出相應的輪槽。傳動時，V帶的兩個側面和輪槽接觸。槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V帶傳動允許的傳動比大，結構緊湊，大多數V帶已標準化。V帶傳動的上述特點使它獲得了廣泛的應用。 多楔帶兼有平帶柔性好和V帶摩擦力大的優(yōu)點，并解決了多跟V帶長短不一而使各帶受力不均的問題。多楔帶主要用于傳遞功率較大同時要求結構緊湊的場合。 呲合型帶傳動一般也稱為同步帶傳動。它通過帶傳動表面上等距分布的橫向齒和帶輪上的相應齒槽的呲合來傳遞運動。與摩擦型帶傳動比較，同步帶傳動的帶輪和傳動帶之間沒有相對滑動，能夠保證嚴格傳動比。但同步帶傳動對中心距及其尺寸穩(wěn)定性要求較高。 3.6.2 V帶的類型與結構 標準普通V帶是用多種材料制成的無接頭環(huán)形帶。這些材料包括頂膠1、抗拉體2、底膠3和包布4，其組成方式如圖4-14所示。根據抗拉體結構的不同，普通V帶分為簾布芯V帶和繩芯V帶兩種。簾布芯V帶制造方便。繩芯V帶柔韌性好，主要用于載荷不大和帶輪直徑較小的場合。 圖4-14 普通V帶的結構 普通V帶的帶型分為Y、Z、A、B、C、D、E 7種，截面尺寸見圖4-15。 圖4-15 V帶的截面尺寸 窄V帶的剖面結構與普通V帶類似。其抗拉體采用合成纖維繩或鋼絲繩。與普通V帶相比，當寬帶相同時，窄V帶的高度約增加1/3，使其看上去比普通V帶窄。窄V帶的兩個工作側面向內凹，在窄V帶套上帶輪上以后，近似恢復為平面，使之與帶輪輪槽的兩個工作側面貼合緊密，從而提高了窄V帶的工作能力，故而適用于傳遞功率較大同時又要求外形尺寸較小的場合。其工作原理和設計方法與普通V帶類似。 V帶的名義長度稱為基準長度。基準長度是按照一定的方式測量得到的。當V帶垂直于其頂面彎曲時，從剖面上看，頂膠變窄，底膠變寬，在頂膠和底膠之間的某個位置處寬度保持不變，這個寬度稱為帶的節(jié)寬bp。把V帶套在規(guī)定尺寸的測量帶輪上，在規(guī)定的張緊力下，沿V帶的節(jié)寬進行一周，即為V帶的基準長度Ld。 基準長度已經標準化，見圖4-16。 圖4-16 V帶的基準長度系列及長度系數KL 除普通V帶和窄V帶外，還有聯組V帶、齒形V帶。大楔角V帶、寬V帶等多種類型。由于普通V帶應用最廣，設計方法與理論具有普遍性，故將重點討論普通V帶的設計方法。 3.6.3 普通V帶傳動的設計計算 根據現有機器結構，選擇V帶傳動，為安全起見，帶傳動應置于鐵絲網或保護罩之內，使之不能外露。已知電動機功率P=4kw，轉速n1=3600r/min 1 確定計算功率Pca 查得工作情況系數KA=1.1，故Pca=1.1×4=4.4kw 2 選擇V帶的帶型 根據Pca、n1選用A型 3 確定帶輪的基準直徑dd并驗算帶速v =106mm 取d1=100mm （式4-1） 驗算帶速V m/s （式4-2） 因為5m/s(F0)min。 12 計算壓軸力Fp （式4-12） 13 帶輪結構設計，如圖4-17。 圖4-17 帶輪的設計 3.7 刀片的設計 刀片厚度一般1.6mm至2.5mm之間，根據實物測量，我選擇直角型，刀片厚度為2mm，長度為200mm，寬度為65mm。之所以選擇刀片厚度為2mm，是因為這個厚度大小適中。刀片太厚不行，太薄同樣也不行。如果厚了，會增加切割深度調節(jié)桿的重量，增加桿的摩擦力，所以桿會容易壞，而且會使修邊機負重增加。此外，太厚不利于切割草坪，不能達到修邊的目的。如果薄了，在機器運行工作時，容易發(fā)生刀片斷裂傷人的現象。而且，刀片太薄，不能承受發(fā)動機的高速旋轉，進而不能達到草坪修邊的目的。如圖4-18。 圖4-18 直角型刀片 3.8 軸的設計 3.8.1 軸的功用 軸是組成機器的重要零件之一。它的功用有兩個。一是支持回傳零件（如齒輪、帶輪、鏈輪等），使其有確定的工作位置；二是傳遞運動和轉矩。 3.8.2 軸的分類 軸可分為直軸、曲軸和軟軸。 直軸按其外形不同可分為光軸、階梯軸及一些特殊用途的軸，如凸輪軸、花鍵軸。連齒輪軸及連蝸桿軸等。光軸形狀簡單、加工方便、軸上應力集中源少、成本低；缺點是軸與軸上零件轂孔的配合采用基軸制，零件定位不便，尤其是軸上需安裝幾個受軸向力的零件時就更加困難，因此，光軸往往只在軸端安裝零件。另外，光軸外形與其上彎矩分布不相適應，故多用于傳遞轉矩。光軸在紡織機械、機床、農業(yè)機械中應用較多。階梯軸各軸段的直徑不同，軸上零件的安裝，定位比較方便。由于軸上應力分布通常是中間大、兩端小，所以階梯軸受載比較合理，其外形接近于等強度梁。階梯軸應用最廣。 曲軸是內燃機、曲柄壓力機等機器上的專用零件，用以將往復運動轉變?yōu)樾D運動，或作相反轉變。 軟軸主要用于兩傳動軸線不在同一直線或工作時彼此有相對運動的空間傳動，也可用于受連續(xù)振動的場合，以緩和沖擊。近年來，也成功地用于機器人和機械手中。 3.8.3 軸的強度計算 按扭轉切應力確定軸的直徑。 軸受轉矩作用時的強度條件為： （式4-13） 由上式可求得按許用扭轉切應力確定軸徑d的公式： （式4-14） 式中 N-----傳遞的功率（kw）： n-----軸的轉速（r/min）； A-----與軸的材料有關的設計常數，取12 對有鍵槽的軸端按式（4-19）、（4-20）求得的直徑應放大3%～5%（一個鍵槽）或7%～10%（兩個鍵槽），然后圓整到標準直徑。 按許用扭轉切應力計算出的直徑可以作為軸的最小直徑，并依此進行軸的結構設計。 3.8.4 軸的剛度計算 軸的扭轉變形通常用每米軸長的扭轉角來表示，其許用值沒有足夠的根據而加以嚴格規(guī)定，因為對大多數軸來說，扭轉剛度并沒有什么重要意義，規(guī)定許用值也不會給設計者帶來什么約束。所以，在有必要計算軸的扭轉變形時，下列數據可供參考：對于精密傳動，，對于精度要求不高的傳動，可大于。在許多場合，實際的扭轉角往往超出上述數值好幾倍，小直徑軸尤其如此。因為應力與直徑立方成反比，而扭轉角則與直徑的四次方成反比。 圓形截面軸受到轉矩T（N/mm）作用時，扭轉角的計算公式為 （式4-15） 式中 l----軸受轉矩作用的長度（mm） d----軸的外徑直徑（mm） ----分別代表階梯軸第i段所受的轉矩、長度。直徑和內徑（mm） G----材料的剪切模量，對鋼 對于被鍵槽消弱了的軸端，式（4-21）中公式的右端需引入一剛度降低系數 式中 h----鍵槽深度 N----系數，一個鍵槽時n=0.5，兩個鍵槽相隔時，n=1，相隔時，n=1，2；兩個切向鍵相隔時，n=0.4。 帶有矩形花鍵軸段的扭轉角，根據試驗數據，可當作具有當量直徑為的圓形截面軸段來考慮，其中和為花鍵的外徑和內徑。 3.8.5 軸的結構設計 1 確定軸上零件的裝配方案 軸的結構形狀與軸上零件的位置及從軸的哪一端裝配有關。大齒輪7可以在兩支承的中間，但多數情況下使偏置一側。（a）、（b)兩圖中大齒輪偏向左側軸承；（c）圖中大齒輪偏向右側軸承。從軸的彎曲變形和扭轉變形對齒輪呲合的影響及兩軸承受力大小比較，（c）圖布置比較合理。此時，齒輪呲合時，載荷沿齒寬分布比較均勻；左、右軸承受力相差不大，壽命比較接近。（a）、（b）兩圖比較，雖然齒輪在軸上位置不同，但（a）圖中齒輪從軸的左端裝入，（b）圖中齒輪從右端裝入，后者多一個長的定位軸套，增加了材料消耗和加工時間，因此不夠合理。（b）、(c）兩圖相比，雖然齒輪均從軸的右端裝入，但位置不同，（c）圖中的定位軸套比（b）圖中短很多，所以比較合理。 2 確定軸上零件的定位方式 聯軸器用軸肩和軸端擋板雙軸向定位，周向固定用過盈配合加平鍵聯結。滾動軸承依 靠軸肩或軸套軸向定位，依靠過盈配合實現周向定位；齒輪通過軸環(huán)或軸套實現雙軸向定位，依靠過盈配合附加平鍵聯結實現周向定位。 3 確定個軸段的直徑 個軸段的最小直徑，是由強度計算得出的。如安裝齒輪的軸段直徑，是按許用剪應力方法或許用彎曲應力方法計算后得到的；安裝聯軸器和軸承的軸段直徑，分別是根據聯軸器和滾動軸承所受力的大小，經過計算，選擇出合用的型號，由聯軸器孔徑和滾動軸承內徑所決定的。在強度計算基礎上，根據軸向定位的要求，定出各軸段的最終直徑。通常情況下，考慮安裝和軸向定位之后定出的各軸段直徑，比由強度計算得出的直徑要大得多。 4 確定個軸段的長度 配合軸段（1）、（4）的長度根據配合零件的轂孔長度而定，一般較相應的轂孔長短2～3mm，以便零件軸向定位可靠。軸段（7)的長度由軸承寬度決定。軸段（2）的長度由軸承端蓋的厚度、安裝聯軸器所需的空間尺寸、聯軸器端部到軸承端蓋應有的間隔距離等尺寸決定。軸段（3）的長度等于軸承寬度b、軸承端面到箱體內壁的距離e及齒輪端面到箱體內壁的距離k的和。即軸環(huán)寬度；軸段(6)的長度，l是軸的跨距。 5 確定軸的結構細節(jié) 如倒角尺寸、過度圓角半徑、退刀槽尺寸、軸段螺紋孔尺寸；選擇鍵槽尺寸等。 6 確定軸的加工精度、尺寸公差、形位公差、配合、表面粗糙度數值及技術要求 軸的精度等級根據配合要求和加工可能而定。精度愈高，同一公稱尺寸下的公差愈小、成本愈高。通用機器中的軸的精度多為IT5～IT7。 軸應根據裝配需要，定出合理的形位公差，主要有：配合軸段的直徑等于軸頸（基準）的同軸度及它的圓度、圓柱度；定位軸肩的垂直度；鍵槽相對于軸心線的平行度和對稱度等。 7 畫出軸的工作圖 軸的結構設計常與軸的強度和剛度計算、軸承及聯軸器的尺寸選擇計算，鍵聯結強度校核計算等交叉進行，反復修改，最好確定最佳結構方案，畫出軸的工作圖。 4 草坪修邊機的發(fā)展方向 4.1 適應性強，工作安全可靠 作業(yè)安全性包括三個方面：一是機械本身的安全性，要防止機械發(fā)生意外故障或被損壞；二是操作人員的安全性，要防止操作人員在作業(yè)中受傷害；三是周圍人群的安全性，要防止機械在作業(yè)時傷及他人。這三個方面都很重要，特別是對人的傷害問題比對機械及其它的傷害問題更為重要。 4.2 一機多用和聯合作業(yè) 目前園林綠化機械多數以單功能為主，因此機械的利用率極低。為提高機械的利用率和發(fā)揮其潛力，發(fā)展多功能的機械及一機多用非常必要，也將大大提高經濟效率。聯合作業(yè)機是指一種機器上能同時安裝多種工作裝置，以提高機器的作業(yè)效率和勞動生產率。聯合作業(yè)機主要針對大型園林綠化工程、商業(yè)綠地、城市各區(qū)園林綠化管理養(yǎng)護企業(yè)、專業(yè)化機械施工和養(yǎng)護企業(yè)，他們經營的規(guī)模大，追求的是效益和速度。 4.3 自動化程度高 目前國內生產的草坪修邊機仍然以步行操縱推行式為主，是國外發(fā)達國家20 世紀80 年代的水平，在國外已屬淘汰產品。我們應當研究和跟蹤西方國家園林綠化機械發(fā)展的歷史，借鑒他們的經驗和教訓，以便縮小與西方國家的差距。除此之外，還應加強管理、強化技術培訓制度，使管理者和使用者都能對機械設備的性能、工作原理、設備維護、故障排除等基本知識有較好的了解和掌握，以延長機械使用壽命，降低作業(yè)成本，提高作業(yè)質量，更好地為我國園林綠化服務。同時，結構簡單，輕便靈活等也是發(fā)展園林綠化機械過程中必須注意和考慮的問題。 致謝 歷時將近一個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數的困難和障礙，都在老師和同學的幫助下度過了。尤其要感謝我的論文指導老師--周鳳芳老師。從最近的定題，開題報告，到寫作，到論文定稿，她對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。她的這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向她表示誠摯的謝意。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給了我很多方面的支持和幫助。在此，我向所有任課老師和所有同學這四年來給我的指導和幫助表示感謝，是你們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學習，教會了我如何做人。 四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而對于我的人生來說只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長，親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊。人生的道路有許多的坎坷，有痛苦，有傷心，有無助，也有面對苦難時那種無力的感覺。但是生活中確實有許多美好的東西，四年來，在這個地方，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。在論文即將付梓之際，我思緒萬千，心情久久不能平靜。感謝四年來老師們對我的教育，不僅僅是學識上的增長，而且對人生的理解與原則都有了深刻的認識。 最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們這么些年的養(yǎng)育之恩，我希望你們能永遠健康幸福。再次對關心、幫助我的老師和同學表示衷心地感謝！ 參考文獻 ［1］ 顧正平，沈瑞珍.《國內外園林綠化機械現狀與發(fā)展趨勢》［J］.林業(yè)機械與木工設備，2004，32（2）：4-7. ［2］ 謝可軍，苗香雯，崔紹榮.《草坪剪草機械的發(fā)展和對策》 浙江大學 農業(yè)生物環(huán)境工程研究所，浙江 杭州 310029 ［3］ 王燕, 王述洋.《割灌機械發(fā)展現狀及趨勢》 東北林業(yè)大學, 黑龍江哈爾濱150040 ［4］ 張立富， 陸懷民.《國內外園林綠化機械的現狀及其發(fā)展前景》 黑龍江大學機電工程學院，黑龍江哈爾濱150080 ［5］ 趙 平.《進口草坪機械適用性淺析》 中國林業(yè)機械協(xié)會園林機械專業(yè)委員會 ［6］ 劉國強.《我國草坪機械制造業(yè)現狀及發(fā)展前景》 中國福馬集團公司， 北京 ［7］ 辛志遐, 王靖輝.《簡述草坪機械現狀及發(fā)展前景》 吉林農業(yè)科技學院機械工程學院, 吉林132101 ［8］王乃康，茅也冰，趙平.現代園林機械［M］. 北京：中國林業(yè)出版社，2006. 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