環(huán)保草坪修剪機結構設計含14張CAD圖,環(huán)保,草坪,修剪,結構設計,14,cad 環(huán)保草坪修剪機結構設計 摘要 在當代，走在中國的馬路上，隨處可見馬路邊上綠油油的草坪，城市的美觀與綠化，與草坪密不可分。隨著社會的發(fā)展，我國對于城市綠化也越來越重視。環(huán)保草坪修剪機選用無引擎驅(qū)動的手推形式提供動力,替代傳統(tǒng)的電力驅(qū)動以及其他驅(qū)動形式,利用兩個齒輪之間齒的嚙合的原理將車輪運動的力傳遞到鏈接的活動刀具使其來回移動，使之與保持狀態(tài)不變的刀具的幾何關系為相切。這樣就可以起到類似于剪子的作用。 接下來會從基本原理，齒輪與齒輪的嚙合，齒輪與軸的配合，刀具的剪切等方面對修剪機開展的計算和設計。相應計算確定了標準件的選擇、非標準件的設計。根據(jù)計算數(shù)據(jù)的結果,用AutoCAD完成無引擎草坪修剪機的裝配圖、部分非標準件的零件二維圖。這款機器的優(yōu)點為無噪聲、無振動、無污染等，適合家庭、學校草坪，小面積草坪，辦公地方的草坪。 關鍵詞：環(huán)保；草坪修剪機；手推式 II ABSTRACT In modern times, on the roads in China, there are green lawns on the roadside. The beauty and greenery of the city are inseparable from the lawn. With the development of society, our country is paying more and more attention to urban greening. The environmentally friendly lawn trimmer is powered by an engine-less pusher, which replaces the traditional electric drive and other drive forms. It uses the principle of meshing teeth between two gears to transfer the force of the wheel motion to the linked movable cutter to make it back and forth. Move it so that it is tangent to the geometry of the tool that holds it. This can play a similar role as a scissors. The calculation and design of the pruning machine will be carried out from the basic principles, the meshing of the gear and the gear, the cooperation of the gear and the shaft, and the cutting of the tool. Corresponding calculations determine the selection of standard parts and the design of non-standard parts. According to the results of the calculation data, the assembly drawing of the engineless lawn trimmer and the part two-dimensional drawing of the non-standard parts are completed using AutoCAD. This machine has the advantages of no noise, no vibration, no pollution, etc. It is suitable for families, school lawns, small lawns, office lawns. Keywords: environmental protection; lawn trimmer; hand push 目錄 摘要 Ⅰ ABSTRACT Ⅱ 1 緒論 1 1.1 設計的依據(jù) 1 1.2 修剪機的作用和使用地區(qū) 1 1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 2 設計修剪機方案的選定 3 2.2主要工作原理 3 2.3主要問題和解決計劃 6 2.4 修剪機的優(yōu)點 9 2.5設計基本的原理 9 3 傳動系統(tǒng)設計 11 3.1 設計計算齒輪 11 3.2 設計計算軸 15 3.3 端面齒輪及撥桿的計算設計 22 4 執(zhí)行機構設計 26 4.1刀具的設計計算部分 26 5 總體設計參數(shù)及使用說明 31 5.1端蓋與車輪的參數(shù) 31 5.2總體設計參數(shù) 31 5.3使用說明書 32 6 結論 34 參考文獻 35 致謝 45 IV 環(huán)保草坪修剪機結構設計 1 緒論 1.1 設計的依據(jù) 從第一臺草坪修剪機出現(xiàn)可以追溯到一百多年前,經(jīng)過人們的不斷設計和改進,現(xiàn)在大部分都是用電的修剪機。因為草坪都在如學校,公園等人多的地方鋪設的，用機械修剪草坪的時候容易對人產(chǎn)生各種各樣的影響(噪聲、廢棄等)?，F(xiàn)在市場上絕大多數(shù)的修剪機都為內(nèi)燃機提供能量，其噪聲污染非常大，但排氣危害對比汽車的較少。歐盟和美國環(huán)境保護局針對于草坪剪草機等使用發(fā)動機的排放量都實行對應的法律規(guī)定；德國施行了節(jié)制噪聲污染的《蘭色天使》法規(guī)；歐洲局部城市出臺過具有引導性規(guī)劃，以稅收優(yōu)惠及嘉獎等辦法激勵“綠色經(jīng)營者”來推動環(huán)保生活的進程[6]。 而本文的環(huán)保草坪修剪機順應提倡節(jié)能減排的國策，主要采用人力提供能量，利用滾動的輪子帶動機械運動。修剪機構造簡易，接觸平穩(wěn)，噪聲極小，而且操縱非常簡單，不僅讓操作者的剪草工作順利進行，也不會讓周圍人聽到令人煩躁的噪音。 1.2 修剪機的作用和使用地區(qū) 現(xiàn)在市場上銷售的絕大多數(shù)草坪修剪機都安裝動力裝置，開始剪草的時候，聲音特別大而且伴隨著強烈的震動感，再加上排放灰塵，非常令人們感到反感。因為裝有動力系統(tǒng)的草坪修剪機購買的價格昂貴，同時隨著它的后期使用需要很貴的保養(yǎng)修理的價格，即便能接受價格高的問題，但是使用這種機械剪草的時候，操作者不僅要忍受動力發(fā)出強大的震動帶來的不適，還要注意強大動力剪草時碎草飛起來的危險。盡管動力的修剪機剪草速度快，剪完的草地近看又很整齊，但是對于絕大多數(shù)僅需要小型的使用場所來講，價格就會令人望而止步。 根據(jù)市場調(diào)查和資料閱讀，我打算就以上問題給出解決的方案，在我的設計中，不需要動力裝置，從而因動力引發(fā)的噪聲、震動、灰塵就通通不存在，缺少動力系統(tǒng)其主要構造也更簡易，因為需要修剪不同長短的草，所以其修剪的高度可以根據(jù)實際情況進行改變，以及外型美觀適合大多小型用戶的草坪修剪機。 2 該產(chǎn)品主要為住宅區(qū)、辦公區(qū)使用，修剪類似學校，公園，家庭花園等地方的草坪，不需要動力驅(qū)動，可以在當下強調(diào)環(huán)境重要性的我國，顯示出絕無僅有的生產(chǎn)價值。 1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 l9世紀中葉，大部分的草坪還在使用鐮刀來割草或放牧牛羊來保持草地的整齊性。隨著高爾夫球、網(wǎng)球及足球等運動的興起，保持完善的草地做運動場便成為當務之急。英國人Edwin Budding利用旋轉(zhuǎn)式機械工作的原理發(fā)明了滾刀式剪草機，該產(chǎn)品的問世在英國受到了廣泛的歡迎，隨后傳人美國。1868年，美國第一臺剪草機取得專利，美國的草坪業(yè)也由此起步。不過幾年，便有37項有關剪草機的發(fā)明獲得專利。到1881年，總共有4萬多臺剪草機被生產(chǎn)和銷售 。最初的剪草機均為人力驅(qū)動；1890年，在英國開始設計有動力驅(qū)動的剪草機。從最初的蒸汽動力驅(qū)動發(fā)展到小型內(nèi)燃機動力驅(qū)動；1909年，美國科學家Leoni取得了動力型機械式剪草機專利，盡管剪草機由汽油機驅(qū)動，但整個裝置仍由馬拉行走。 在草坪修剪機械發(fā)展的歷史上，第二次世界大戰(zhàn)是一個轉(zhuǎn)折點。在20世紀30年代前后，每年生產(chǎn)的各類剪草機數(shù)量約3萬臺左右。戰(zhàn)后，美國經(jīng)濟得到復興，允許現(xiàn)役軍人低價買房不付現(xiàn)金，大批建設房屋并出售，促使草坪修剪機械得到迅速發(fā)展，生產(chǎn)量急劇上升，1947年達36萬臺，1974年達700萬臺。20世紀70年代后期開始，剪草機的市場銷售量逐漸趨向飽和，但每年仍保持在500萬—600萬臺的銷量 。剪草機在數(shù)量增加的同時，其性能也在不斷改進。1950年，美國第一臺無線電操縱的剪草機誕生；1978年，C1arence Noke研制出了一種可進行草坪修剪編程的剪草機" ；20世紀80年代，一些新的草坪設備又投放市場，如Mulching mower，Shredder，Lawndethatcher，String trimmer等，以及清潔草坪用的Blower，Lawn vacuum，Lawn sweeper 。到了80年代后期，string trimmer被認為是一件普通的家庭用具。 2 設計修剪機方案的選定 2.1擬定作業(yè)方案 我設計的這個修剪機需要一個能夠令它執(zhí)行的外力作用，以及把這個力傳送到下一個構件的裝置。操縱者應該在一般行走速度下進行，傳遞出的人力需要傳到能夠把人步行速度變大的裝置而且還要繼續(xù)向下一個裝置進行傳遞，為確保整個工作過程的連續(xù)性，最后的剪草工作需要一個力，才可以使兩個刀片做相切割運動，也就是說，這個力與一開始的人向前行走的方向相互垂直，因此我的設計中它們之間還需要添加一個裝置去改變力的運動方向。根據(jù)以上的論述得到如圖2.1所示的框架圖。 圖2.1修剪機的框架圖 2.2主要工作原理 此修剪機的車輪開始向前運動產(chǎn)生的力傳到能夠改變速度的齒輪當中，齒輪受力轉(zhuǎn)動兩齒輪嚙合，把力傳給刀具，刀具開始做往返的來回移動?；緲嬙欤耗軌蚋淖兯俣鹊凝X輪組、呈相切狀態(tài)的兩個刀片、與直齒輪成90度軸交角度的配合齒輪和撥動杠桿。后面兩個構造需要配合工作。與直齒輪成90度軸交角度的配合齒輪開始旋轉(zhuǎn)把力傳給撥動杠桿，先引起縱向的來回移動，再傳給刀片做往返移動。整個過程刀具的設計是最后一個最重要的步驟，由于沒有動力速度受到很大的限制，刀具的設計選擇就存在更大的影響，也顯得尤為重要。 剪草機開始工作的時候，人推著機器向前剪草，首先是后面的車輪1開始滾動，這樣可以讓后輪的運動帶起與其在同樣軸上連接的大齒輪2，軸的傳動可以讓大齒輪2也跟著轉(zhuǎn)動，齒輪2和齒輪3兩個齒輪相嚙合組成能夠使速度加快的裝置，并且能夠帶著兩個與直齒輪成90度軸交角度的配合齒輪4轉(zhuǎn)動，之所以選用兩個是為了結構的能夠呈現(xiàn)幾何閉合，這兩個齒輪后對著安裝，并且與連著的撥動杠桿5一起運動，構件4和構件5配合組成一個能夠改變運動形式的裝置，就是將齒輪的轉(zhuǎn)動運動這種活動形式變?yōu)橹本€的來回運動，可以簡單的說就是把圓周運動變成直線運動，這個做直線往返運動的能夠活動的其中一個刀片來回切割另一個固定不動的刀片，構成類似剪刀的相切形式開始剪草。上面敘述了完整的運動步驟，如圖2.2所示： 圖2.2修剪機的機構簡易圖 2.3不同設計方案的論述和選定 能夠?qū)崿F(xiàn)上文敘述要求的機構有很多，我要選擇相比之下能夠達到需求的最好的方式，詳細的評判如下文： （1）腳踩或腳蹬的方式 采用腳踩或腳蹬的方式時，就必須要求使用人員站在修剪機旁邊或者坐在修剪機上面，考慮到這個方面由此就會接連出現(xiàn)不得不設計類似汽車的座位，還需要控制剪草方向的設備，并且考慮到與車輪怎樣的連接配合，還要計算修剪機在人坐上去之后能夠承受的重力以及自身的重量，由此引發(fā)的一系列設計問題都違背一開始的設計意愿，這樣設計的機器繁瑣，外形也過大。 （2）手推或手搖的方式 就不必像用腳的方式那樣，使用人員只需要站在機器旁邊就可以操作了，操作者想修剪哪個方向的剪草可以直接使用手去操作，不需要控制方向的系統(tǒng)，整個機械外形尺寸會減小一些，剪草的操作也相對變簡單了，我認為這個方式比較符合我的方案。 （3）打斷草 即用刀將草截斷。然而草一端在土里,一端靈活且很軟，采取這種方法將草割斷很難。 機器中的刀具部分主要是尼龍打草繩、割草線，市面上一直有這類機械的售賣，機械整體十分小巧，通過動力提供的高速運動連接的特殊材料的尼龍線會像鋒利的刀片一樣直接打斷，噪聲很大，作業(yè)的效果不太理想。 （4）割斷草 草是莖干比較柔軟的植物，我們拔草的時候，都不能一把保證都拔到，高度也不一樣，割草時同樣的道理，由于草不都是整齊并且直立的，單用刀去割的效果很差。 （5）剪斷草 即用刀將草剪斷。沒有必要選擇用速度很快的兩個刀片，刀片只要求作相對運動就能夠把草剪斷。于是，我采用用手驅(qū)動用剪的方式的修剪機。 我既然選擇使用手去操作修剪機，那么如果是使用手搖提供人力供給機械做動力的話，使用人員不僅僅需要在剪草的過程中一只手不停的搖動手柄，另一只手還要推動機器來控制方向，同時兼顧這兩項工作的同時，如果遇到碎石或者屏障，剪草工作就要停下，操作者工作過程中既手忙腳亂又付出很大的體力，這樣的剪草機很不實用。如果是使用手推提供人力的話，使用人員只需要推動機器往前正常行走，這個力讓車輪旋轉(zhuǎn)，然后只需要經(jīng)過幾個齒輪、軸等簡單的零件把力傳到刀具就可以實現(xiàn)剪草，工作過程很輕松。因此，整個設計方案可以定為：手推式剪草機。 就我上網(wǎng)閱讀的文獻來看，在機械機構設計方案的選擇條件的約束下，普遍設計者們都通過組合—變異法來排除機構，選出相對好的機構，所以我也選擇這種方法。此設計僅僅采取一次運動的更改，就是前文剛才提到的車輪的圓周活動到刀具的來回往返的活動形式，可以很容易就達到我設計需求的機構是如圖2.3所呈現(xiàn)的3個機構。 圖2.3機構的運動示意圖 2.3主要問題和解決計劃 2.3.1 增速機構的方案選定 因為前文也有涉及到，此機構就是為了把正常使用人員的步行速度增大，之后傳遞到下一個機構，所以這個機構間接的影響刀具的運動。我為這個機構選擇的設計方案為圓柱凸輪傳動機構。如圖2.4所示可以觀察到圖片中的圓盤，顯而易見的是它的側(cè)面很有特點，這個圓盤在做旋轉(zhuǎn)運動的時候，利用側(cè)面的外形優(yōu)勢能夠帶動撥桿，圖中的撥桿和滑塊連接使其能夠移動，全部的機構組成新的結構：凸輪—端面凸輪。 2.3.2論述與比較增速方案 （1）用組合法實現(xiàn)增速 因為我設計的修剪機需要使用人員手推前進，要求他在正常人的步速條件剪草，用手推動產(chǎn)生的力經(jīng)過該機構可以把速度增大，然后緊接著向轉(zhuǎn)換機構傳遞力。該機構做軸固定的旋轉(zhuǎn)運動，在我之前的機械設計課程中學習到，有三種傳遞的方式分別是鏈傳動，帶傳動以及齒輪傳動。我選用的是最后一個，考慮到其應該安裝在修剪機的后輪前面，用齒輪的話全部的零部件安裝更貼合緊序。齒輪傳動可以大概分為 1、 圓錐齒輪傳動 齒形從大端到小端逐漸減小,使用時一個錐齒輪要立起。 2、 蝸輪蝸桿傳動 齒間相對滑動速度大，機械效率低，磨損大。 3、 直齒圓柱齒輪傳動 軸線平行。 4、 斜齒圓柱齒輪傳動 工作時產(chǎn)生軸向力,而且螺旋角越大,軸向力越大。[9] 基于以文描述，我選擇3號齒輪用作增速方案。如圖2.5所示： 圖2.5機構運動示意圖 選用異變的方法，為了讓刀具剪草運動方向與剪草機行進方向垂直，圖2.5里1）與2）表示的機構都沒有辦法達到，于是還需要再從頭選擇方案。 方案1 選用凸輪廓線顯示梅花形狀的凸輪和連桿機構，達到滑塊在導軌上的往復運動。 方案2 選用圓柱凸輪機構把凸輪軸的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)變成滑塊的往復移動。 我重新選用方案的原因是為了達到運動形式的轉(zhuǎn)換，如果采用如圖2.6所示的方案，要添加構件改變自由度，設計時需要比短（不然肯定要增加梅花凸輪的大?。?，要不然傳力以后最后到滑塊將會比之前小。如圖6，圖3的兩種機構能夠選擇用來作為改變運動形式的中間媒介，它們的優(yōu)點是構造嚴密且簡易。 并且，我要求此剪草機還能夠調(diào)整剪草的高度。欲要達到其調(diào)整的功能，如圖2.7所表示的機構里要增添一個移動副，為了刀架可以沿垂直方向活動，導致機構的整體構造繁雜。而如圖2.4表示的，能夠讓推桿沿著端面凸輪的側(cè)面向上、向下移動，于是接連著讓刀架向上、向下移動，可以讓調(diào)整剪草高度的要求簡單的得以實現(xiàn)。 2.4 修剪機的優(yōu)點 這臺剪草機是上滾刀和下底刀呈現(xiàn)相切的切割方式，重量低，整體構造嚴密，占地體積小，沒有動力驅(qū)動，無噪聲，操作簡單，可以在大部分小型地區(qū)使用。 機器便于收納、保養(yǎng)、修理；拆裝容易，成本低廉，外形美觀，實用性強，剪草效果突出。 鑄鋁材料的底盤和構件，優(yōu)點是不會彎曲、也不會生銹。并且別具一格的底盤能夠防止修剪的草削四處亂飛卡在出口。 機器的車前輪安裝導向性好的萬向輪，車后輪的其中一個輪子安裝上有利于轉(zhuǎn)彎時推動的使用年限長的球軸承。 能夠長度收縮并且質(zhì)地為金屬的推動手柄，適用身高有差別的操縱者。 2.5設計基本的原理 這個剪草機由人力輸入推動輪子轉(zhuǎn)動，經(jīng)過單級傳動裝置改變一次速度，然后傳到轉(zhuǎn)換運動形式的裝置，最后傳給刀具輸出。如圖2.8所示： 最終選擇的方案能夠極佳的滿足我的設計要求。首先，用以增大速度的齒輪，把原本沒有動力速度低導致的剪草效率低的問題得到了明顯的提高；用以改變運動形式的機構組合，把我要達到的輸出刀具的移動形式得到解決；并且這個機構相當于推桿和凸輪組，在一定程度上還解決了割草需要很大效率的問題。刀具剪草高度是很大的剪草難題，這個問題的突破是想法上出現(xiàn)了刀架上下移動的調(diào)節(jié)裝置。  3 傳動系統(tǒng)設計 3.1 設計計算齒輪 3.1.1計算修剪機的動力 莖干比較柔軟的植物就是廣義上對草的定義，我們不用使勁就可以輕松拔草，所以剪草同樣不需要多大的力就可以輕松剪短。根據(jù)我之前查閱的資料，大概能夠同時剪草500根左右，用刀具剪一根草需要的力是。計算結果是：F=250N；前面我選擇的是兩個端面齒輪背對背安裝的，所以它們分別為受到的力大小是：。 假設沒有多余的能量損失，能夠讓刀具移動的力都由車輪轉(zhuǎn)動的力矩導致的活動。 于是能夠得到: (3.1) 取正常人的步行速度是。 取車輪的直徑為；輪子的周長為。 傳遞的功率大小分別是： : (3.2) : (3.3) : (3.4) 3.1.2齒輪的計算步驟 （1）計算輸出轉(zhuǎn)矩： : : (3.5) 能夠得到 (3.6) （2）齒輪的參數(shù)設計： 剪草機為一般工作機器，齒輪選擇常用材料及熱處理，8級精度；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[3]。 初定齒數(shù)為 小齒輪：z1=23，大齒輪： （3）設定基礎參數(shù) 根據(jù)齒面的硬度查資料得出是： 小齒輪：, 大齒輪： 假設齒寬系數(shù)是： 選擇的是： 根據(jù)資料查表格能夠得到是： （4）應力循環(huán)次數(shù)N的計算 草坪修剪機的剪草過程肯定要收到作業(yè)損耗，并且草的生長速度很快，為了草坪整體的美觀，每一周都要盡量使用機械去修剪，按照使用人員正常工作時間8h計算，預計修剪機的使用年限大概是50年左右。 : 小齒輪 (3.7) 于是帶入公式能夠得出： 大齒輪 （5）接觸疲勞許用應力的設計計算 : :小齒輪, 大齒輪 有計算公式： (3.8) （3.9） : （3.10） 于是能夠計算出： : 通常選用標準的 : 小齒輪： 大齒輪： : 大齒輪：，取圓整； 小齒輪： (需要增加度5mm) : : 小齒輪： 大齒輪： 通過上訴計算總結得到下表： 表3.1所示 （6）載荷系數(shù)K的設計計算 根據(jù)資料可以查表得出: : (3.11) (3.12) 由閱讀機械設計資料可以查表得出: : 齒間： 齒向： 通常需要再跑合，得出 : (3.13) （7）修正計算： (3.14) 前面已經(jīng)選取的，計算結果滿足接觸疲勞強度的要求。 （8）彎曲疲勞強度校核計算 由公式 (3.13)能夠得到: K= : 根據(jù)機械設計的材料能夠查表格得到以下參數(shù)： :, ； :， : 小齒輪： 大齒輪： :小齒輪： 大齒輪： : 由公式 (3.15) 得到 由公式 (3.16) 得到 : σF1=2KT1bmd1gYFa1gYSa1 (3.17) σF1=80.5MPa≤σF1 σF1=74.2MPa≤σF2 所以,根據(jù)以上的計算的結果，能夠得到彎曲疲勞強度滿足要求 3.2 設計計算軸 3.2.1軸的設計與計算 出于軸的結構工藝性，在軸的左端、右端均制成倒角。 （1）軸的材料選擇 這個軸沒有什么技術上的額外問題，所以我選用45鋼然后經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，于是可以得到。 粗略的估計軸的直徑大小： 按扭轉(zhuǎn)強度估算輸入端的最小軸徑[5]。由于材料選用的是45鋼， 根據(jù)公式 (3.18) （2）軸的基礎計算 軸上零件都是限制其沿著軸向方向移動和限制軸沿著圓周方向移動。 我設計的方案從左邊車輪到右邊車輪選取的長度為： 。 （3）軸的強度計算設計 ： ： ： (3.19) ： (3.20) ： (3.21) 受到的外力示意圖如3.1所示： ： 水平面： C點位置： 垂直面： C點位置： ： 根據(jù)合成彎矩的應力來檢驗軸的強度 一般情況下我們想要去檢驗軸的強度，只需要去計算截面受到的最大的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩。我選擇， ： (3.22) 根據(jù)我所學習的機械設計知識： 當結構的材料選擇45鋼的時候，再進行調(diào)質(zhì)處理，，，所以能夠達到設計需要。 3.2.2軸的設計與計算 （1）軸的材料選擇 這個軸沒有什么技術上的額外問題，所以我選用45鋼然后經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，于是可以得到。 粗略的估計軸的直徑大小：由于材料選用的是45鋼， 根據(jù)公式 (3.18)得: （2）軸的基礎計算 軸上都是限制其沿著軸向方向移動和限制軸沿著圓周方向移動。 大齒輪在軸上為對稱定位，使傳遞動力簡易，左端和右端由套筒定位，便于拆卸安裝；軸的左面和右面用的軸承都要使用一樣的，這樣的話可以避免生產(chǎn)過程的中的麻煩，對于購買者來說安裝簡單，方便修理，特別注意安裝的時候軸肩位置的高度。 軸和齒輪沿著軸向方向的定位一般情況下都選用的是普通的平鍵聯(lián)接的。根據(jù)閱讀的資料查找表格能找到：齒輪的鍵截面，配合，軸承與軸的配合為：基孔制。通過選定的軸承的固定軸肩的位置能夠使其選定軸的每一段的長度以及軸的直徑大小。我設計的方案從左邊車輪到右邊車輪選取的長度為： 。 (3) 軸的強度設計計算 ： =3911N·mm ： (3.23) ： (3.24) ： (3.25) ： (3.26) ： 垂直面： 方向相反 C點位置： 水平面： C點位置： ： 同理可得，由公式 (3.22)： 根據(jù)我所學習的機械設計知識： 當結構的材料選擇45鋼的時候，再進行調(diào)質(zhì)處理，，，所以能夠達到設計需要。 3.3 端面齒輪及撥桿的計算設計 3.3.1設計基礎 在我的設計中，有一對機構配合工作類似凸輪與推桿的工作過程，是由端面齒輪和撥桿組成的機構組，而且它們的配合非常重要，與剪切刀具的工作過程緊密相關。 3.3.2 運動分析 的外形如圖3.9所示： 設計需要撥桿滿足： 端面齒輪轉(zhuǎn)動時，其向上20mm； 再轉(zhuǎn)動時，其向下20mm； 接著轉(zhuǎn)動時，其停下來不動。如圖3.10所示。 如圖3.10所示，位置在的端面齒輪處安裝撥桿，a段、b段均為撥桿向上升的時候，所對應的端面齒輪轉(zhuǎn)過的角度為，。： (3.27) 同理得到： 式中-- 假設在端面齒輪上的運動行程為，接觸點上下運動的位移為，： 參數(shù)解釋： --； K--。 當， ： 上面的軌跡方程可以畫出運動曲線，我們僅僅研究一個往復運動就可以了，因為端面齒輪外形的特殊對稱性，不需要分析其他的5個完全一樣的內(nèi)容，把角度帶入公式得出相應的結果做出表格如下。  運功輪廓線如圖3.13所示。根據(jù)上面表格的數(shù)值，可以把它做成折線圖，可以更加直觀的看出變化情況。我的角度之間選取的差值越小，得到的折線圖就越清晰。  4 執(zhí)行機構設計 4.1刀具的設計計算部分 4.1.1 刀具設計基礎 修剪機我選用的是堅硬不易的刀片切割草，刀具做的是來回往返方式的移動。上刀片和下刀片構成這樣的往返剪草結構。因為前文已經(jīng)提及過，兩個刀片一起運動還是一個刀片運動、一個刀片固定，這兩種我選擇的是后面的方式，因為可以構成類似剪刀的相切的道理，滾到在底刀上做往返來回移動。如果用方程表示它的運動：，刀片運動的距離數(shù)值上和兩個刀之間的距離一樣。 修剪機我選用的是堅硬不易的刀片切割草，刀具做的是來回往返方式的移動。上刀片和下刀片構成這樣的往返剪草結構。因為前文已經(jīng)提及過，兩個刀片一起運動還是一個刀片運動、一個刀片固定，這兩種我選擇的是后面的方式，因為可以構成類似剪刀的相切的道理，滾到在底刀上做往返來回移動。如果用方程表示其運動特點 我的設計方案大致是，刀具兩個刀片雖然是分為上滾刀和下底刀，但是不影響修剪草地，就是草還是收到兩方向的切割動作，之所以大多數(shù)剪草機都是動力驅(qū)動是可以提供很大的切割速度，因此，速度比較大的時候剪切的效果好。我現(xiàn)在模擬一整個剪草活動中速度的變化大小，如圖4.1所示。我們只看一個工作循環(huán)，自開始，可以相當于原點就是速度為零的點。還未到達以前，由于切刀沒有產(chǎn)生互相接觸，所以尚未開始切割運動。 到達，上滾刀和下底刀開始接觸，的速度就叫做開始切割的速度，然后刀片接著往右移動并且開始切割運動，當達到，上滾刀和下底刀分離，的速度就叫做終止切割的速度。能夠變化的區(qū)間是到之間的速度大小之差。并且＞。 整個工作循環(huán)里，一個刀具刀刃頂斜著移到另外一個刀具刀刃以及修剪機工作時向前傾斜的情況下把部分的草剪切的，導致草坪輪廓略微不齊。 4.1.2 刀具的計算設計 刀片的一個行程時間里機械行進的距離叫做切刀的進程，以H來表示。[11] —— —— —— ： 由公式 (4.1) 、(4.2)可知 ： ： 因為端面齒輪轉(zhuǎn)動一圈刀具來回往返為六回，運動軌跡曲線是加速減速相互對稱的曲線，速度的改變是，0→和→0用的時間是。 通過以上的分析，刀具做的是勻加速運動，： ： ： (4.1) 通過調(diào)查資料了解到采茶機和茶樹修剪機的參數(shù)，類似實驗結果和我的計算參數(shù)相對比，能夠得到動力轉(zhuǎn)速不大的手推式剪草機傳動的效率相對大。證明我設計的剪草機的機械效率比另外的兩臺機器高。 4.1.3 刀具的基本參數(shù) 刀片是剪切結構的重要構件，因為不同的運動參數(shù)以及使用前提，導致不一樣機型的刀具參數(shù)存在差別。 選擇刀片是非常重要的，直接影響剪草的直觀效果，對剪草效果也有間接的影響，機器的用途不同選擇的刀都是不同的，市面上也有可以更換刀進行不同操作的機器。 如圖4.3所示是刀刃的楔角、切割角。如果增大切割角的話就會導致剪切口不太規(guī)整。而且刀片行進距離是，、不起任何作用。 圖4.3刀刃的角度 刀具行程對修剪效果的影響 行程是，碎草比較少，草的外觀和整體修剪高度較好。當切割間距為的時候，切割口處較整齊；當切割間距為30mm以上的時候，切割口處便不整齊了；當切割間距大于40mm的時候剪切表面好像是隨機采樣一樣，一塊草坪部分修剪部分沒修剪，雜亂并且不均勻。剪草的品質(zhì)與刀片的刀距行程沒有太大的影響。 剪切速比對草嫩芽、碎葉的影響 針對類似作物的試驗，刀具的切割速度比，為2.5之下的時候，草的芽葉多，細小的碎葉少，對草切割之后基本沒有什么的影響。所以，選取任意的剪切速比在2.5下的刀片做來回往返移動，正常切割長度草削呈現(xiàn)略微消減的趨向；剪切速比為，修剪草的時候修剪的效果沒有顯著的不同。剪切速比為＜3，修剪之后的草邊緣凹凸不平。[2]  5 總體設計參數(shù)及使用說明 5.1端蓋與車輪的參數(shù) 5.1.1前輪萬向輪 根據(jù)成本預估、實際需要前輪采用萬向輪,由于修剪機在修剪草坪時需要轉(zhuǎn)動靈活,采用的前輪參數(shù)為: 輪徑:100mm 輪寬:30mm 載荷:60kg 安裝尺寸高度105mm 螺桿參數(shù)M12x25 如圖5.1所示: 圖5.1萬向輪 車后輪的其中一個輪子安裝上有利于轉(zhuǎn)彎時推動的使用年限長的球軸承。 5.1.2 端蓋的選擇 端蓋重要的是:修剪機與其里面構件的配合、經(jīng)濟性,盡可能減少成本預算。外形輪廓采用簡單適用的表面, 厚度：1mm，材料選擇:HT200。 5.2 總體設計參數(shù) 我設計的這款機器，就當下的市場價格，整個機器的成本價格大概在一百到二百之間，加工需要的人力手工費用大概在一百以下。也就是說，價格在三百左右。現(xiàn)在可以在大部分小型園林草坪區(qū)域進行作業(yè)。 5.3使用說明書 5.3.1修剪機的名稱 環(huán)保草坪修剪機(手推式) 5.3.2修剪機的組裝 安裝修剪機時，需要從事過機械工作的專業(yè)工人加入。開始組裝前需要使用水平儀確定平基準以及組裝支架的水平度，讓其牢固住。根據(jù)剪草機出廠時，每段機殼的連接標志次序安裝，每段機槽內(nèi)口的接觸需要整齊、密封，發(fā)生錯位的情況，僅要求比剪草機撥桿略矮，數(shù)值不能夠比1mm大。機體安裝以后，測量機槽左右邊對稱中心面的對稱度。機器的前輪、后輪一定要和中心對直，齒軸安裝以后必須保持平行的狀態(tài)，不能側(cè)偏。組裝剪草機刀具時，需要重復確認刀具往復移動能否靈活，作業(yè)矯捷的剪草機才可以開始組裝。 5.3.3修剪機的試運轉(zhuǎn) 修剪機組裝完成以后，嘗試讓機器空載運行一段時間。 準備工作完成以后，向前或向后推行剪草機，察看小輪、大輪能否和外殼接觸或跑偏，如果沒有缺點，適當進行遠距離的空載運行。 5.3.4修剪機器的使用和維護 (1)修剪機的操作 要開始修剪草地的話，需要一段時間的空載運行，等到機器運行達到穩(wěn)定就可以開始剪草工作，需要穩(wěn)定剪草機運行的速度，不可以突然過量增速和過載運轉(zhuǎn)，會輕易對刀片造成很大傷害。 沒有特殊問題，在剪草工作結束后，必須清理刀具，這樣可以剪草的刀片可以多用幾次。我們?nèi)绻_始修剪草地，肯定要先大致看一下草的高度，然后確定大概剪短多高，根據(jù)以上把調(diào)節(jié)剪草機調(diào)節(jié)到需要的剪草高度。操作者需要首先查看剪草機的各個構件，尤其是刀具是否損壞，驅(qū)動裝置，端面齒輪和撥桿組合是否完好，螺母、螺栓的緊固狀況，輪胎壓力狀況。如果存在損壞的機件（如刀片發(fā)生裂縫和過度損壞、撥桿的斷裂、彎曲段中間導軌嚴重磨損等），需要予以維修或換新。[4] (2)保養(yǎng) 剪草機工作結束以后，必須清理、檢查。若發(fā)現(xiàn)槽內(nèi)有殘余草卡在里面，需要掃除清潔，如果發(fā)現(xiàn)構件存在部分、細小的安全問題，需要立即解決。大輪上螺栓松緊程度，需要進行調(diào)節(jié)。潤滑點需要加油。 (3)維修 排出需要給損壞件予以維修或換新，應該按期進行查看主要構件、易磨損零件，而且需要參照安全用法的要求維修，讓機械始終維持極好的作業(yè)狀況。  6 結論 我的畢業(yè)設計題目是：環(huán)保草坪修剪機結構設計。關于這個設計首先我擬定大體工作方案，然后選擇動力提供和剪草方式，在方案選擇中花費很多時間，實際機構與設計要求不符合，我一步步分析論證最終克服困難，解決了增速結構的選擇、改變運動形式的機構選擇、剪草高度調(diào)節(jié)機構的選擇。 在全部的設計方案里完成以下工作：1、上網(wǎng)查閱相關的文獻記載，學習現(xiàn)代國內(nèi)外剪草機的發(fā)展狀況和發(fā)展前景，也了解到創(chuàng)新設計能夠帶來無窮的發(fā)展機遇。2、依靠資料學習的剪草機用處，把剪草機的傳動機構與執(zhí)行機構進行了剖析和充分的論證，最終選擇了設計方案。3、具體的設計計算了主要零部件例如齒輪、軸，并且進行了校核。針對刀具進行了細致的計算設計。4、通過二維制圖軟件完成非標準件的零件圖和裝配圖。使我學習到嚴謹、認真的工作態(tài)度，同時為我以后能夠在社會道路上學習更多的專業(yè)知識奠定了堅實的基礎，也為我提供了一次可以把所學習的理論知識應用到實際生產(chǎn)里的絕佳磨煉機會，勢必將影響我以后的工作生活。  參考文獻 [1]杜寶兵.滾刀式草坪修剪機傳動方式的現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J].時代農(nóng)機,2016 年，（6期）. 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Topology optimizationof conditioner suspension for mower conditioner considering multiple loads[J].Mathematical and Computer Modelling,2013 年,(58 期) 附錄1:外文翻譯 割草機的創(chuàng)新設計與受力分析 關鍵詞:割草機，修剪灌木，修剪角落，應力分析 摘要 隨著人們生活條件的日益苛刻，國內(nèi)日益增多的城市綠地草坪機械已進入快速發(fā)展時期。摘要:通過對現(xiàn)有割草機存在的問題進行研究分析，結合創(chuàng)新思維方式，基于系統(tǒng)理論，提出了制約割草機創(chuàng)新設計的因素，即修剪灌木和草坪與修剪邊角機械一體化，創(chuàng)新設計出小面積的綠地服，同時具有低噪音、環(huán)保的多功能割草機。并利用計算機軟件對割草機的重要部件進行力學分析。 1 .介紹 割草機是農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、園藝和園林行業(yè)必不可少的一種通用機械，但適用于體積小、形狀不規(guī)則或地形起伏大且操作復雜、使用方便、靈活緊湊的割草機很少見到。為此，在基礎研究中廣泛應用了一些割草機技術，設計了一種簡單實用的割草機，它具有結構簡單、重量輕、工作頭突出高度可調(diào)的特點。我國生產(chǎn)的割草機起步較晚，一般是小型制造企業(yè)，產(chǎn)品使用比較單一，沒有規(guī)?；?，所以長割草機主要是進口的。我們的割草機主要從日本、美國、意大利、瑞典等國家進口，進口價格從幾千到幾百萬不等。 2 .創(chuàng)新與創(chuàng)新設計——基于系統(tǒng)約束理論的創(chuàng)新思維方式。 “創(chuàng)新”的起源可以追溯到1912年，美國經(jīng)濟學家約瑟夫·熊彼特的《經(jīng)濟發(fā)展導論》一書。創(chuàng)新是新的生產(chǎn)要素與生產(chǎn)條件相結合的生產(chǎn)制度的引入。包括:引進新產(chǎn)品，引進新的生產(chǎn)方法，開拓新的市場，獲取原材料或半成品的新的供應來源，創(chuàng)建新的經(jīng)營組織形式。 [ 1 ]創(chuàng)新設計是指設計師在設計中充分的創(chuàng)造性思維、科學、技術、文化、藝術、社會、經(jīng)濟等特征，設計出一種新穎性、創(chuàng)造性和實用性的新產(chǎn)品的實踐，其目的是在產(chǎn)品概念設計階段產(chǎn)生新的市場競爭力概念或創(chuàng)意最有可能的創(chuàng)造性解決方案。創(chuàng)新設計就是要設定一個具體的目標，然后找到實現(xiàn)這一目標的正確路徑。設計問題是多種多樣的，根據(jù)設計問題的類型，需要采取不同的解決和創(chuàng)新策略以及相應的設計方法。針對不同類型的設計問題制定了相應的解決策略。[ 2 ]在本文中，一種基于系統(tǒng)理論的約束創(chuàng)新思維方法是對現(xiàn)有割草機進行創(chuàng)新設計。解決問題的系統(tǒng)創(chuàng)新思維分為三個步驟: [ 3 ]通過充分條件解決重建問題；2項戰(zhàn)略；3應用相關思維激勵工具。該方法提供了對現(xiàn)有標準和創(chuàng)新解決方案的客觀評價，指出方案滿足兩個充分條件將被視為創(chuàng)新設計。這兩個條件是完全封閉的世界條件和質(zhì)量變化條件。[ 4 ] 3 .割草機案例研究 3.1對目前割草機存在的問題進行初步分析，主要是單一的功能只能執(zhí)行一項工作，人們要做不同的事情，如割草修剪灌木，就需要不同的設備來完成這項工作，從而增加了不便的成本。而且他們用內(nèi)燃機作為動力，噪音大，污染大，同時能耗也大，不能滿足國家的節(jié)能要求。隨著我國人民生活水平的提高，人們對綠色生活的認識水平要求越來越高，特別是在社區(qū)、醫(yī)院、學校和辦公環(huán)境周邊的綠色區(qū)域越來越高，需要開發(fā)出一種適合小面積草坪、低噪音、易操作、用途廣泛的割草機。 3.2在回答問題時 ( 1 )割草高度可根據(jù)要求進行調(diào)整，適應高度調(diào)整范圍，當草坪修剪低能耗要求達到要求時。 ( 2 )割草整齊、平整，割草前行程一致，兩個作業(yè)行程銜接順暢。 ( 3 )割草機質(zhì)量好，故障少，節(jié)能，效率高。 ( 4 )操作方便，輕巧靈活，結構簡單，易于維護和調(diào)試，割草機零部件均為標準件，零部件通用性和互換性強。 ( 5 )采用電機驅(qū)動低噪聲。 ( 6 )上加割草修剪灌木功能。 3.3有系統(tǒng)的創(chuàng)新思維解決問題 3.3.1總體方案設計手推式割草機采用手動驅(qū)動。搜索《人體工程學手冊》，人的行走速度約為3 - 5公里/小時，即48 - 64米/分鐘，考慮到推式割草機切割，選定人的行走速度為48米/分鐘，即0.8米/秒。人為因素的平均高度，設計扶手和支架尺寸，并根據(jù)性別和年齡對扶手的高度和長度進行設計調(diào)整。站立工作的大小關系到手術的進行，以及身體對空間的需求。本文將修剪高度可調(diào)的割草機、修剪器和灌木修剪器的邊角，通過融合創(chuàng)新設計和使用電機驅(qū)動，低碳環(huán)保，低噪音，特別是對小型靜音場所要求較高的場所。 3.3.2結構設計結構設計創(chuàng)新包括: ( 1 )在原有割草機的基礎上增加修剪灌木的工具，使其具有修剪灌木的功能。修剪灌木部分是高度和角度可調(diào)的，工具可調(diào)角度是180 1856前沿的先進材料和工程技術II度可調(diào)修剪30cm高度，以適應不同高度不同形狀的灌木。傳動軸與工具連接，方便工具通過萬象調(diào)整截面高度和角度。通過固定桿松開工具本體，連接桿兩端分別設有鎖緊結構，鎖緊結構需要調(diào)節(jié)工具的高度和角度時，鎖緊結構的調(diào)節(jié)完成閉合。為了適應刀具高度的變化，我們設計了伸縮結構調(diào)度軸，采用花鍵連接。 ( 2 )為解決割草機死的問題，增加了外部割草刀片。安裝在安裝支架上的外部割草機刀片修剪襯套。外部割草刀采用齒輪傳動結構，并依靠支架附在機體上獲得動力。 ( 3 )為實現(xiàn)修剪灌木和割草轉(zhuǎn)換兩種功能，在割草機上增加一個分流器，通過分流器離合器控制電機的換向，即把動力傳遞給兩個傳動軸。驅(qū)動軸連接在割草機底部的刀片上，完成割草工作。另一個連接到前割草機的修剪器驅(qū)動軸襯套部分，用于完成修剪器襯套或拐角的構造工作。為了減輕自身割草機的重量，修剪機和灌木角修剪機可以非常方便地拆卸和安裝。割草和修剪灌木不是同時進行的，驅(qū)動軸通過超越離合器與轉(zhuǎn)向機構連接。當電動割草機正向工作時，修剪灌木時電動機反轉(zhuǎn)。可逆電機反轉(zhuǎn)控制按鈕調(diào)節(jié)割草機扶手。所述軟件的三維內(nèi)部結構如圖1所示。 圖1角剪電動割草機均勻內(nèi)部結構 3.3.3應力分析 為了保證割草機的使用壽命，應用軟件對割草機的重要部件進行了三維應力分析，具體如下。選擇驅(qū)動齒輪軸材質(zhì)為40Cr。根據(jù)UG庫材料對應的國產(chǎn)材料牌號，采用相應的材料40Cr對Tron _ 40錐齒輪軸進行分析，結果如圖2所示。最大應力為38.08 MPa，遠小于材料許用應力。 圖2錐齒輪軸應力分析圖 4 .結論 本文提出了一種基于系統(tǒng)理論的約束創(chuàng)新思維方法，對現(xiàn)有割草機進行創(chuàng)新設計。理論上通過采用創(chuàng)新設計將修剪高度可調(diào)的割草機、灌木修剪機和邊角修剪機融合在一起，創(chuàng)新設計采用電機驅(qū)動，低碳環(huán)保，低噪音，特別是對于小型場地和在場地靜音要求較高的場所使用。同時割草機通過創(chuàng)新設計，具有使用方便、攜帶方便、靈活的特點，可以有效降低勞動強度。  附錄2:外文原文  致謝 本文從選題、方案論證到課題的研究都是在導師何榮國老師的全面、悉心指導下完成的。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的知識、豐富的創(chuàng)造力、高瞻遠矚的學術思想，以及敏銳的洞察力，始終令學生敬佩，并將影響我的一生。值此成文之際，謹向?qū)煴磉_我深深的敬意和衷心的感謝！ 對于我來說此次的畢業(yè)設計，不僅僅是我四年大學知識成果的檢驗，也對我以后的學習、工作產(chǎn)生深遠的影響，畢業(yè)設計的鍛煉讓我重新復習了之前遺忘的知識，并且深感自己所學機械設計專業(yè)的博大精深。這是一次理論與實際相結合的鍛煉。即使在整個設計方案里，我遇到了很多麻煩，甚至是之前完全沒有過接觸過的東西，但是都在老師的指導以及我的努力學習下逐一戰(zhàn)勝了，而且積累了很多實踐的經(jīng)驗。雖然我所設計的方案可能還存在很多缺點，但是我盡力去更好的完成整個設計，這個過程對我未來的學習與工作都是很重要的。 通過這次訓練，提高了自己的動手能力和設計能力，為學生日后順利進入工作崗位作下了鋪墊。本次畢業(yè)設計，學生收獲頗多，這與何老師的悉心指導是分不開的。何老師公務繁忙，但是還是經(jīng)常抽時間來視察學生畢業(yè)設計進度，就畢業(yè)設計過程中遇到的問題給予耐心指導。 特別要感謝的是我的父母和家人!感謝父母在我成長的道路上給予的無私的愛。感謝所有關心和幫助過我的人們！ 最后，在本文結束之際，向所有為我的論文提出寶貴意見的評閱老師們表示衷心的感謝和崇高的敬意！謝謝！ 57