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編號
無錫太湖學院
畢業(yè)設計（論文）
題目： 手推式割草機設計
機電工程 學院 機械工程 專業(yè)
學 號： 11423018
學生姓名： 高 禹
指導教師： 馮鮮 （職稱：講師 ）
（職稱： ）
2018年5月27日
II
無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 手推式割草機設計是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機械1401
學 號： 1423018
作者姓名：
2018 年 5 月 27 日
摘 要
割草機是標準服務農業(yè)的一種常用機械,但是適用面積小、形狀不規(guī)則或地形復雜的地段且操作使用便捷、靈活的小型推移式割草機卻很少見。因此,在研究我國廣泛應用的一些割草機技術的基礎上,設計了實用簡單的手推式割草機,其特點是結構簡單、輕便、工作頭前伸和支架高度可調;本文介紹了手移式割草機的總體結構、工作原理、電機選擇及傳動比的計算相關機構的校核。本次設計的手推式割草機具有操作簡便、使用和攜帶方便、轉向靈活等優(yōu)點,可以有效降低勞動強度。
關鍵詞：結構設計；運動仿真；手推式割草機；
Abstract
Mowing - machine is a type of machine in normal service agriculture. But hand-push minimowing - machine which is suited close - quarter or irregularity area or complex land form and easy application is absence. Based on technic of mowing- machine which extensive used at our country, a type of simple and utility portable hand-push mowing - machine was designed. The features are simple structure and lightweight and protrusive working parts and adjustable support element. This paper explanted gross structure of hand-push minimowing - machine and operating principle and selecting motor and calculation drive ration and design cutting knife. The result of testing indicate that hand-push minimowing - machine operated easy and transported convenience and turned quickly, decreased amount of labour.
Key words: Mowing Machine；Design；Hand-push
1 緒論
1.1 割草機的發(fā)展歷史
在割問草機世之前，草坪的修剪主要工具是鐮刀，放牧牛羊也是保持草地平整的重要方法。隨著高爾夫球、網球及足球等運動的興起，人們擁有平整美觀的草地做運動場地的要求越來越迫切。1805年英國人普拉克內特發(fā)明了第一臺收割谷物并能切割雜草的機器，由人推動機器，通過齒輪傳動帶動旋刀割草，這就是旋刀割草機的雛形。1830年，英國紡織工程師比爾.布丁取得了滾筒割草機的專利，1832年蘭賽姆斯農機公司開始批量生產滾筒割草機，1902年英國人倫敦恩斯制造了內燃機做動力的滾筒式割草機，其原理至今還在使用。在西方發(fā)達國家，20世紀初期，割草機就得到了快速的發(fā)展。
隨著社會的進步和經濟的發(fā)展，人們對生存環(huán)境的要求也越來越高，城市環(huán)境的保護得到越來越多的重視。我國草坪建設也得到了迅速的發(fā)展。草坪美化環(huán)境，固土護坡，凈化空氣多種功能已經成為人們的共識。
從第一臺滾刀式割草機的問世，到現在已經過了100多年了，原來主要應用于牧場的機械已經發(fā)展成為有幾十個品種，適用于不同場合的割草機。我國生產割草機起步較晚，生產企業(yè)的規(guī)模普遍較小，產品用途較為單一，均沒有形成規(guī)模批量，所以長期以來，割草機均以進口為主。據統(tǒng)計，到1999年底我國有各種園林機械10萬臺，1999年的割草機銷售量在3萬臺左右，其中80%為進口。我國割草機進口主要來自于日本、美國、意大利、瑞典等國家，進口價格在0.38萬元到5.8萬元。
改革開放以來，我國的草坪業(yè)由興起到長足發(fā)展，只有十幾年的時間，卻為草坪機械業(yè)的發(fā)展帶來了勃勃生機 。首先是機械先進，90%以上為進口產品，其次外從草坪建植到養(yǎng)護生產環(huán)節(jié)機械配套齊全，基本上實現了全程機械化，其三是產品品種多、系列化程度高。而在草坪機械中割草機發(fā)展最快，我國引進使用的割草機有美國和日本等十幾個國家的幾十種機型，我國也已經開始生產割草機，目前國內外所用的割草機種類繁多，其分類方法也多樣化。
我國目前生產的割草機以刀具類型可分為滾刀式和旋刀式兩大類。滾刀式割草機由帶有刀片的滾筒和和不動的床刀組成。它較旋刀式割草機有更好的修剪質量，是高質量草坪最常用的割草機型。適用于草高3-80毫米的草坪，其問題主要是價格貴，維修保養(yǎng)要求嚴格。而旋刀式割草機是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉打切草的上部葉片，它適合于在25-80毫米范圍內的剪草。由于其價格低廉，保養(yǎng)、維修方便、使用靈活，只要將刀片磨快，剪草效果還是可以的。因此，一般要求的草坪都選用它，成為目前國內外最流行的割草機。
以動力劃分可以分為機動和人推兩類。人推的主要是滾刀式，小巧靈活，適于家庭庭院中小型草坪使用。機動的又分為柴油機、汽油機和電動機三類驅動。以動力劃分可以分為機動和人推兩類。機動的又分為柴油機、汽油機和電動機三類驅動。
1.2 我國割草機的發(fā)展
1.2.1 發(fā)展狀況
據調查，國內生產割草機的廠家大約有50家左右。多數為園藝系統(tǒng)的公司以及轉產割草機的機械廠。市場上草坪修剪機的品牌很多，有進口的產品，也有國內制造和中外合資的，從功率2.6-1.2千瓦，剪幅從43.2-127厘米。
國內的生產廠家主要有：中美合資江蘇淮陰泛亞園林機械有限公司，生產立特牌-NEAT草坪割草機，占國內市場的50%，現年產5000臺。目前正著手進行年產5萬臺割草機的技術改造，其動力選用日本本田發(fā)動機。
南通機床廠為轉產生產割草機的廠家。其產品為地草王系列產品；56厘米自走式草坪割草機（4.5千瓦），84厘米隨進式割草機（7.8千瓦），84厘米電啟動式割草機（7.8千瓦），122厘米坐騎式割草機（13.4千瓦）。該廠生產除發(fā)動機以外的零部件，發(fā)動機多選用美國產品，1999年已經有產品出口美國。 山東省萊州市仲院宇峰鍘草機廠研制出全新微型電動鍘草機，該機以0.75-1.1kW單相照明電為動力，無電地區(qū)或停電時用165、175、180等型號柴油機為動力，適宜鍘切玉米秸、麥秸、稻草及青貯飼料，每小時鍘草量300-400kg，切草長度為1.5-2cm。整機結構緊湊，體積小，重量輕，全機重僅32kg，移動方便，并具有切碎均勻、出料順暢、揚程遠、噪音低等特點。
目前，我國已經研制開發(fā)出來草坪割草機試驗臺，草坪割草機為現代城市綠化的重要設備，目前市場上國產的機器均有一定的市場，但質量參差不齊。對于草坪割草機的安全指標，僅有檢測方法，沒有現成的撞擊試驗專用設備。為了對其進行科學的測試，北京市農機試驗鑒定推廣站研制成功草坪割草機專用試驗臺。該試驗臺自動化程度高，采用了氣動傳動技術、機－電安全鎖定機構及氣動調速技術，可對國內各型草坪割草機進行安全性能試驗，能夠完成草坪機的撞擊試驗和刀片護罩強度試驗。試驗結果表明，該專用試驗臺達到國內先進水平，檢測快捷，安全性高。
1.2.2 存在問題
國內割草機械市場發(fā)展緩慢，我國草坪機械產品全線接受檢驗，應用中暴露出―些質量問題。對此，有關專家認為，當前我國畜牧機械產品質量水平低的原因有以下幾個方面。
產品品種不全，成套性差。美國約翰迪爾公司的割草機械有13個品種49個機型；紐荷蘭公司現生產12個品種25個機型，可供各種經營規(guī)模的用戶選擇。我國的用戶不能根據自己的經營規(guī)模選擇合適的機具，機具使用效益不高。
產品技術水平低。割草機械產品技術水平高低是衡量該行業(yè)整體科學技術水平的重要標志之一。一段時間內，由于資金投入嚴重不足，技術創(chuàng)新的原動力、研發(fā)能力、技術模仿步伐放緩甚至停頓。我國已定型的割草機械大部分屬國外上世紀的技術水平，20多年來基本沒有什么大的改進與創(chuàng)新。缺乏應有的售后服務體系。 專家分析認為，造成割草機械產品質量水平低的原因有多方面，但缺乏資金投入和人才短缺是造成研發(fā)能力和生產制造工藝水平低的關鍵所在。
1.3 推移式割草機的使用
1.3.1 設計用途
目前，大型生態(tài)園的綠地設計已是房地產開發(fā)團中一個重要環(huán)節(jié)，草地是綠化的一種重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油機作動力，采用尼龍繩甩打草葉；或者是使用電動、柴油機的割草機，這種割草機體積大、噪音大，適用于空曠大草坪，易夾草出故障，遇到石塊可能使刀片斷裂，發(fā)生事故。隨著國內人們生活水平的提高，人們對居住的綠化水平要求越來越高，尤其帶花園的別墅不斷增加，更需要開發(fā)一種適合小面積草地、無噪音的手推式割草機。
本次設計的推移式割草機是專為家庭庭院及私人花園設計的，不適用于公共設施、公園、運動場、道路、農場和林場等場合【2】。
1.3.2 注意事項
1）不可以將手動割草機用于割除攀藤植物、屋頂或陽臺上的青草等，那樣有可能傷害到身體。
2）每次使用之前都需要進行一次檢查，確認所有的螺栓、螺母、工具都沒有磨損或損壞，對于磨鈍或損壞了的刀片應當更換。
3）再檢查一下要割草的草坪表面，要清除干凈石頭、木塊、電線等其他堅硬的物體，這些物品碰到刀具時會飛甩出去而無法控制。
4）旁邊有人，尤其是兒童和動物的時候，不要使用該割草機。
5）割草時一定要穿用防滑底做成的結實靴子。
6）旋轉的刀片轉筒可能會造成人身傷害，刀片轉筒和操作人員之間的安全距離是通過導桿隔開的，一定要一直保持這個安全距離。在堤岸或斜坡上割草時尤其要注意，一定要順著斜坡的方向割。
7）當后退拉動割草機時要特別小心，有絆倒的危險。
8）任何時候都不要將手或腳放在運動部件的上方或下方。
9）如果刀具或割草機遇障礙或堅硬的物體時，一定要適當全面地檢查割草機。
10）只有在能見度好，視野清晰的時候才可以進行工作【2】。
2 總體方案設計
本次設計的推移式割草機由汽油機、行走輪、支架、扶手架和割草機構組成，割草機構是一種割刀動力旋轉工作頭，它是在形似兩個淋浴蓮蓬頭對合而成的a、b殼體內，由連接螺栓作為中心死軸，軸上裝帶有深溝球軸承的雙面圓弧錐齒輪副；一面為齒輪副I，同軸安裝在殼體a內，齒軸與小型汽油機的驅動軸花鍵連接，殼體端口連接支承管；另一面為齒輪副II，同軸安裝在殼體b內，齒軸伸出端口外；圓盤割刀由開有花鍵槽的托盤和壓盤夾住，套裝在齒軸上，用螺母逼緊固定，頭部裝上割刀。
2.1 手推式割草機的工作原理
本次設計的手推式割草機以汽油機作為動力，由汽油機驅動傳動齒輪和割草裝置。行走機構采用手推車架。汽油機轉動帶動長軸，長軸轉動傳遞到弧形齒輪，兩個呈角度的弧形齒輪改變轉動的方向，最后轉動傳遞到割草裝置，割草裝置通過安裝在軸上的割刀盤帶動割刀旋轉完成割草作業(yè)。
下面結合附A0圖紙對本割草機進行更詳細的描述：
工作時，使用者首先根據自身身高調節(jié)車架（3）高度，使工作時處于一個舒適的狀態(tài)，然后手扶車架最上部，啟動動力汽油機（4），汽油機的轉動將會帶動長軸（11）轉動，長軸的轉動傳遞到弧齒錐齒輪1（23），此時與弧齒錐齒輪1嚙合的弧齒錐齒輪2（17）也會進行轉動，弧齒錐齒輪2的轉動傳遞到軸1（22），從而帶動被托盤（19）和壓盤（21）夾住的刀片（5）進行旋轉割草工作，調節(jié)調節(jié)輪（1），可以改變割草高度，從而達到預期的割草目的。
本設計方案的特點是：
（1）操作容易、使用和攜帶方便；
（2）轉向靈活,能有效降低勞動強度；
（3）整機重量較低。
（4）傳動部分結構簡單，維護方便。
（5）割草動作沒有撕扯，對草坪更有益。
（6）割草高度可進行調整，實用范圍廣。
圖 1 割草部件
圖 2 整體示意圖
本次設計的手推式割草機是由人手推動的。查閱《人機工程手冊》，人步行速度約為3—5千米/時，即48—64米/分，考慮到要推動割草機進行切割，選取人的步行速度為48米/分，即0.8米/秒。
確定割草機的各項技術規(guī)模參數：
（1）修剪幅寬0.4m,修剪高(離地)5-10cm 修剪草高20cm以下；修剪效率200m2/小時。
（2）修剪機重量：15kg；扶把高度1.2-1.5m可調。
3.2 動力機的選擇
選用的汽油機1E139F
參數如下：
汽油機型號 1E139F 汽油機型式 單缸、風冷二沖程
最大功率 1.4KW/6500r/min 噪聲 101dB(A)
最高穩(wěn)定轉速 9000r/min 排量 33.6cc
油箱容積 1.0L 點火方式 無觸點
化油器型式 膜片式 起動方式 反沖起動
傳動軸型式 硬軸 背帶型式 雙肩背帶
凈重? 7.7kg 汽油機包裝箱尺寸（mm）330×302×300
4 割草機傳動部分設計
本次設計的手推式割草機的傳動部分主要是長軸帶動錐齒輪轉動，錐齒輪帶動另一錐齒輪轉動并且改變方向，最后傳到到割刀轉動，將草坪上多余高度的草割斷。傳動部分的設計主要是對齒輪的設計。
4.1 齒輪傳動的類型
齒輪傳動就裝置形式分：
1）開式、半開式傳動在農業(yè)機械、建筑機械以及簡易的機械設備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動。這種傳動不僅外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損，故只宜用于低速傳動。齒輪傳動裝有簡單的防護罩，有時還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。它工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。
2）閉式傳動而汽車、機床、航空發(fā)動機等所用的齒輪傳動，都是裝在經過精確加工且封閉嚴密的箱體(機匣)的，這稱為閉式齒輪傳動(齒輪箱)。它與開式或半開式的相比，潤滑及防護等條件最好，多用于重要的場合。
本次設計的推移式割草機割草總成部分尺寸比較小，傳動齒輪尺寸和質量比較小，轉速比較高，且沒有防護罩，如果選用開式容易損壞其壽命，因此齒輪傳動選用閉式傳動【7】。
4.2 錐齒輪的計算
4.2.1 選定齒輪的類型、精度等級，材料及齒數
1）按傳動方案簡圖所示傳動方案，選用錐齒圓柱齒輪傳動。
2）割草機為一般工作機器，速度、精度要求不高，故選用8級精度。
3）材料選擇。由機械設計原理表10-1選擇小齒輪材料為40Cr硬度為280HBS,大齒輪材料為45號鋼，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
4）選小齒輪齒數Z1=24,則大齒輪齒數
取Z2=52。
4.2.2 按齒面接觸強度設計
由設計計算公式進行試算， 即
（1）
確定公式內的各計算數值:
1）試選載荷系數
2）由《機械設計基礎》圖10-30選取區(qū)域系數
3）由《機械設計基礎》圖10-26查得。
4）許用接觸應力
其余參數與齒輪相同。
4.2.3 計算參數
1）試算小齒輪分度圓直徑d1t,由計算公式（1）得
2）計算圓周速度v
3）計算齒寬b
4）計算齒寬與齒高之比b/h
模數
齒高
b/h=57.62/5.24=10.99
5）計算載荷系數
根據V=0.4m/s，7級精度，由《機械設計基礎》圖10-8查得動載荷系數1.02，表10-3查得，表10-2查得使用系數，表10-4查得錐齒輪與直齒輪的計算公式相同，故
將數據代入后得
由b/h=10.99，Khp=1.323查圖10-13得Khp=1.3;故載荷系數
6）按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得
7）計算模數m
4.2.4 按齒根彎曲強度計算
由《機械設計基礎》式（10-5）得彎曲強度的設計公式為
（2）
計算式中各參數：
1）計算載荷系數K：
2）根據縱向重和度可得螺旋角影響系數
3）計算當量齒數
4）查取齒形系數
由表查得
5）查取應力校正系數
由表可查得
6）計算大、小齒輪的并加以比較
大齒輪的數值大。由公式（2）設計計算：
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數mn大于由齒根彎曲強度計算的模數， 取mn=2,已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞算得的分度圓直徑 d1=57.62來計算應有的齒數。于是有:
，取
大齒輪齒數 ，取Z2=60。
這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費【8】。
4.2.5 幾何尺寸計算
1）計算中心距
將中心距圓整為91mm。
2）按圓整后的中心距修正螺旋角
因β值改變不多，故參數等不必修正。計算大、小齒輪的分度圓直徑
=58mm
=125mm
計算齒輪寬度
4.3 齒輪的設計準則
齒輪傳動是靠齒與齒的嚙合進行工作的，輪齒是齒輪直接參與工作的部分，所以齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合以及塑性變形等。
齒輪傳動的失效形式不大可能同時發(fā)生，但卻是互相影響的。例如齒面的點蝕會加劇齒面的磨損，而嚴重的磨損又會導致輪齒折斷。在一定條件下，由于上述第一、二種失效形式是主要的，因此設計齒輪傳動時，應根據實際工作條件分析其可能發(fā)生的主要失效形式，以確定相應的設計準則。
對于軟齒面(硬度≤350HBS)的閉式齒輪傳動，潤滑條件良好，齒面點蝕將是主要的失效形式，在設計時，通常按齒面接觸疲勞強度設計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。
對于硬齒面(硬度>350HBS)的閉式齒輪傳動，抗點蝕能力較強，輪齒折斷的可能性大，在設計計算時，通常按齒根彎曲疲勞強度設計，再按齒面接觸疲勞強度校核。
開式齒輪傳動，主要失效形式是齒面磨損。但由于磨損的機理比較復雜，目前尚無成熟的設計計算方法，故只能按齒根彎曲疲勞強度作為設計準則，為了延長開式、半開式齒輪傳動的壽命，可用增大模數10％--20％的辦法來考慮磨損的影響【9】。
由于本次設計的推移式割草機的齒輪傳動屬閉式傳動且屬于高速傳動的硬齒面，因此需按齒根彎曲疲勞強度作為設計準則。
4.4 齒輪的材料選擇及其熱處理
齒輪是現代機械中應用最廣泛的一種機械傳動零件。齒輪傳動通過輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并可以改變運動的形式和速度。齒輪傳動使用范圍廣，傳動比恒定，效率較高，使用壽命長。在機械零件產品的設計與制造過程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應零件的工作條件，使零件經久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經濟性，以便提高零件的生產率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當，則會出現零件的過早損傷，甚至失效。因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項十分重要的工作【10】。
為了保證齒輪工作的可靠性，提高其使用壽命，齒輪的材料及其熱處理應根據工作條件和材料的特點來選取。
對齒輪材料的基本要求是：應使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的韌性，以防止齒面的各種失效，同時應具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達到齒輪的各種技術要求。
鋼制齒輪的熱處理方法主要有以下幾種：
1) 表面淬火 常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般為40～55HRC。特點是抗疲勞點蝕、抗膠合能力高，耐磨性好。由于齒心部末淬硬，齒輪仍有足夠的韌性，能承受不大的沖擊載荷。
2) 滲碳淬火 常用于低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr鋼等。滲碳淬火后齒面硬度可達56～62HRC，而齒心部仍保持較高的韌性，輪齒的執(zhí)彎強度和齒面接觸強度高，耐磨性較好，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動。齒輪經滲碳淬火后，輪齒變形較大，應進行磨齒。
3) 滲氮 滲氮是一種表面化學熱處理。滲氮后不需要進行其他熱處理，齒面硬度可達700～900HV。由于滲氮處理后的齒輪硬度高，工藝溫度低，變形小，故適用于內齒輪和難以磨削的齒輪，常用于含鉻、銅、鉛等合金元素的滲氮鋼，如38CrMoAlA。
4) 調質 調質一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn鋼等。調質處理后齒面硬度一般為220～280HBS。因硬度不高，輪齒精加工可在熱處理后進行。
5) 正火 正火能消除內應力，細化晶粒，改善力學性能和切削性能。機械強度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大直徑的齒輪可采用鑄鋼正火處理【11】。
一般要求的齒輪傳動可采用軟齒面齒輪。為了減小膠合的可能性，并使配對的大小齒輪壽命相當，通常使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面硬度高出30-50HBS。這是因為小齒輪受載荷次數比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。對于高速、重載或重要的齒輪傳動，可采用硬齒面齒輪組合，齒面硬度可大致相同。
綜上所述，選擇大小齒輪材料均為20CrMnTi，滲碳后淬火處理，強度極限為1100Mpa，屈服極限為850Mpa，齒芯部硬度為300HBS。
4.5 按齒根彎曲疲勞強度進行設計
齒坯基本參數的確定：
1）軸交角與傳動比i，是根據齒輪副的傳動要求確定的。
2）根據齒輪副所要傳遞的功率、扭矩，利用經驗公式或圖表確定小輪外端的節(jié)圓直徑d和小輪齒數z1（不小于5）。弧齒錐齒輪的外端模數m可以根據公式確定。
3）大輪的齒數Z=iz1計算后圓整，且大輪與小輪的齒數之和不小于90
4）齒面寬b的確定。查表，一般選擇為外錐距。
5）根據大輪和小輪的旋轉方向確定齒輪的旋向。齒輪的旋轉方向是根據傳動要求確定的，它的選擇要保證齒輪副在嚙合的過程中有互相推開的軸向力。
6）為了保證齒輪副具有一定的重合度，應選擇合適的螺旋角，一般選擇位35度?？梢愿鶕涷灡砀駚磉x取適當的螺旋角，并可根據公式計算相應的重合度。B為齒寬，Re為外錐距，R為中點錐距，Ri為內錐距，MF為端面重合度。
（3）
（4）
7）壓力角的確定。壓力角一般有16、19、20、21.5、22.5、25度等，弧齒錐齒輪一般用20度。壓力角太小減小了齒輪的強度，并容易發(fā)生根切，但柔性增大；壓力角太大容易使得齒頂變尖，降低重合度。小轎車為了降低噪聲、運轉平穩(wěn)，采用小壓力角。載重汽車一般用大的壓力角，以增大齒輪的強度。
8）齒頂高系數、頂隙系數與側隙。查表，一般當小輪齒數12時，齒頂高系數為0.85，頂隙為0.188，則工作齒高系數為1.7，全齒高系數為1.888。側隙查表選取。
9）變位系數的選擇。根據傳動比與齒輪的齒數。
參數確定如下：
(1）選用弧齒錐齒輪傳動;齒輪精度為8級;
(2）計算齒輪傳遞的轉矩。
由于汽油機的最高轉速n1=6500 r/min，根據傳動比i=2.13，則小齒輪的轉速為n2=6500/2.13=3050r/min，大齒輪功率近似P=1.4kw。
4.6 割草機行走車輪設計
割草機的行走輪由內齒輪和輪胎組成。內齒輪根據前面的設計要求材料選取45鋼。輪胎在此不僅僅與內齒輪輪配合，也是與地面抓合產生動力的關鍵所在，因此輪胎的大小尺寸應與割草機的整體形狀和尺寸緊緊相連。輪胎的外徑是=260mm,而其具體形狀是參照《現代機械設備設計手冊》中驅動輪的形狀尺寸，外圈材料為橡膠。【12】
選取外輪直徑：=260mm,由公式n=v/D得：外輪的轉速 n=48103/2603.1458r/min。
行走輪的具體結構及尺寸如下圖3:
圖3行走輪
齒輪的材料選擇依據：
45號鋼為優(yōu)質碳素結構用鋼,硬度不高易切削加工,模具中常用來做模板、梢子、導柱等,但須熱處理。
調質處理后零件具有良好的綜合機械性能，廣泛應用于各種重要的結構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨?？捎谜{質＋表面淬火提高零件表面硬度。
隨著現代工業(yè)的飛速發(fā)展,儀器設備的功率越來越大,轉速越來越快,振動和噪聲的危害也越來越突出。振動和噪聲不僅影響產品質量和操作精度、縮短產品壽命、危及安全性,而且污染環(huán)境，影響人身健康【13】。
因此,掌握振動與噪聲控制技術是各國工業(yè)發(fā)展面臨的重大課題。消除振動和噪聲的有效方法之一是減少振動源的振動和隔離振動的傳遞。目前廣泛使用的方法是利用橡膠材料與骨架材料(如金屬、纖維、工程塑料等)復合制成的功能裝置或特殊的橡膠粘彈性高阻尼材料來消除振動源的振動沖擊和吸收噪聲。這種橡膠減震功能裝置已廣泛應用于飛機、艦船、汽車、火車和建筑工程等方面以及儀器儀表的振動隔離。
橡膠材料減震主要承受壓縮應力、剪切應力和扭轉力矩以及兩種或兩種以上應力的復合作用,在保證機車的高速性、舒適性和安全性方面起著重要作用。
5 割草機各部分機構的設計
推移式割草機的割草機構如圖4和5所示
圖4 刀片
圖5 托盤壓盤
割草機割草機構由壓盤、托盤和刀片組成，刀片在壓盤和托盤間由螺母扭緊固定。
5.1 刀片材料的選擇
割草機刀片必須采用高強度優(yōu)質鋼材，經過特殊熱處理工藝保證刀片有較高的強度、鋒利度、耐磨性、抗沖擊韌性。刀架及刀片外形應該符合空氣動力學要求，盡量減少運動時的空氣阻力，以降低功率消耗。裝配、調整刀具時，必須保證兩端力矩平衡，以減少振動和噪聲。
刀片材料選用優(yōu)質合金鋼。在普通碳素鋼基礎上添加適量的一種或多種合金元素而構成的鐵碳合金。根據添加元素的不同，并采取適當的加工工藝，可獲得高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能【14】。
5.2 刀片的切割過程
在刀片割草的過程中，刀片和草是一對矛盾。要弄清切割過程的實質，必須先了解這兩方面的性質和特點，才能進一步分析它們的相互作用。
草的橫截面呈扁平或槽型。非均勻體在不同方向上的機械性能并不相同（稱為各向異性），這是與均勻材料（各向同性）顯著不同的特點。草的剛度很小，極易彎曲，到一定撓度時，就會失去穩(wěn)定而彎折。
利用工具所施加的壓力來破壞材料相互之間聯系使之分離的機械加工過程，都稱之為“切”。刀片的切割過程同刀具切削金屬的過程及沖模沖剪材料的過程本質是不同的。刀片的斷面呈薄的楔形，前后兩個刃磨面組成的楔角的頂部就是刃口。刀片的“切割”過程同“切削”及“沖剪”之不同，在于前者是利用刃口對材料產生很大的單位應力，使刃口穿透入被切材料之中來破壞材料。
齒刀片的切割過程是，刀片以齒尖刺穿草面，將其斷面分割開；隨著齒尖的繼續(xù)插入，由于草的強度各向異性的特點，纖維之間很容易沿橫向被撕開，因而受到削弱。草被齒尖刺入后也不會再沿刀刃向外滑出，所以被割斷。
6 軸的設計
6.1 軸的概述
軸是組成機器的主要零件之一。一切做回轉運動的傳動零件都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此，軸的主要功用是支撐回轉零件及傳遞動力和運動。
按照承受載荷的不同，軸可以分為轉軸、心軸和傳動軸三類。工作中既能承受彎矩又能承受扭矩的稱為轉軸。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸。只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動軸。還有很多種不同的分類方法，在此就不一一列出。
6.2 工作軸的設計
6.2.1 軸的結構設計
已知軸的最小直徑為：9.7mm將此值圓整為標準值。取為10mm,查機械設計手冊選取軸承安端的直徑為10mm。具體尺寸如圖示：
圖6 割刀軸結構圖
6.2.2 按軸的扭轉強度計算
這種方法是只按軸所承受的扭矩來計算軸的強度；如果還受有不大的彎矩時，則用降低許用扭轉切應力的辦法以考慮。在作軸的結構設計時，通常用這種方法以初步估算軸徑。軸的扭轉強度條件為：
（5）
式中：τT 扭轉切應力，單位為MPa；
T 軸所受的扭矩，單位N·mm；
WT 軸的抗扭截面系數，單位為mm3；
n 軸的轉速，單位為r/min；
p 軸傳遞的功率，單位為KW；
d 計算截面處軸的直徑，單位為mm；
[τT] 許用扭轉切應力，單位為MPa；
查《機械設計手冊》得[τt]=155MP，由公式（5）得:
τt= =2.64MPa＜[τt]=155MP 軸的直徑合格
6.2.3 按彎扭合成強度條件計算
通過軸的結構設計，軸的主要結構尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎扭合成強度條件對軸進行強度校核計算。一般軸用這種方法計算即可。其計算步驟如下： 軸的計算簡圖（即力學模型）
軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計算時，常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點取為載荷分布段的中點。作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度的中心點算起。通常把軸當作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點與軸承的類型和布置方式有關，深溝球軸承支反力的作用點就在軸承的中心線上與軸垂直。
在作計算簡圖時，應先求出軸上受力零件的載荷（若為空間力系，應把空間力分解為圓周力、徑向力和軸向力，然后把它們全部轉化到軸上），并將其分解為水平和垂直分力，然后求出各支承處的水平反力和垂直反力【16】。
a)作出彎矩圖
根據上述簡圖，分別按水平和垂直面計算各力產生的彎矩，并按計算結果作出水平面上的彎矩MH圖和垂直面上的彎矩MV圖；然后按下式計算總彎矩并作出M圖；
(6)
b)作出扭矩圖
如下圖9所示
c)校核軸的強度
已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）作彎扭合成強度校核計算。按第三強度理論，計算應力 (7)
通常由彎矩所產生的彎曲應力σ是對稱循環(huán)變應力，而由扭矩所產生的扭矩切應力τ則常常不是對稱循環(huán)變應力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數α，則計算公式
(8)
式中的彎曲應力為對稱循環(huán)應力。當扭矩切應力為靜應力時，取α=0.3；當扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力時，取α=0.6；若扭矩切應力亦為對稱循環(huán)變應力時，則取α=1；
對于直徑為D的圓軸，彎曲應力，扭轉切應力，將σ和τ代入上式，則軸的彎扭合成強度條件為：
(9)
式中：σca—軸的計算應力，單位為MPa；
M—軸所承受的彎矩，單位為N·mm；
T—軸所受的扭矩，單位為N·mm；
W—軸的抗彎截面系數，單位為mm3；
σ-1—對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力；查表選?。?
軸主要是承受是扭矩，承受很少的彎矩，受力簡圖如下圖7所示
圖7 軸受力簡圖
根據軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖8與扭矩圖9：
圖8 彎矩圖
圖9 扭矩圖
Mmax=37.68N·mm
Tmax=140.52N·mm
6.2.4 按彎扭合成應力校核軸的強度
進行校核時，通常只校核軸上承受最在彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度。根據上式（9）及上求數值，并取α=0.6，軸上的計算應力
=52.52MPa＜[τ-1]
前已選取軸的材料為45鋼，調質處理，由書《機械制造基礎》表15-1查得σ-1=60MPa。故安全。
6.2.5 按軸的疲勞強度條件進行精確校核
這種校核計算的實質在于確定變應力情況下軸的安全程度。在已知軸的外形、尺寸及載荷的基礎上，即可通過考慮分析確定出一個或幾個危險截面（這時不僅要考慮彎曲應力和扭轉切應力的大小，而且要考慮應力集中和絕對尺寸等因素的影響程度），求出計算全安系數Sca并應使其稍大于或至少等于設計安全系數S，即 （10）
僅有法向應力時，應滿足:
（11）
僅有扭轉切應力時，應滿足:
（12）
設計安全系數數值可按下述情況選取。
S=1.3～1.5，用于材料均勻，載荷與應力計算精確時；
S=1.5～1.8，用于材料不夠均勻，計算精確度較低時；
S=1.8～2.5，用材料均勻性及計算精確度很低，或軸的直徑大于200mm時。
軸的直徑最小處在兩端裝齒輪和帶輪的地方，因為軸的直徑最小所以最有可以成為危險截面【17】。
第一個危險截面處右側
抗彎截面系數 ：W=0.1d3=0.1×253=1562.5mm3
抗扭截面系數 ：W T=0.2d3=0.2×263=3125mm3
截面左側的彎矩為：M=37.68NM
截面上的扭矩為：T=140.52NM
按第三強度理論：
＜[σ-1]
軸的材料為45鋼，調質處理。σ-1=275Mpa σB=640Mpa τ-1=155MPa
截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數ασ及ατ按《機械設計基礎》附表3-2查取。因r/d=1/26=0.038 ,D/d=30/26=1.15,經插值后可查得
ασ= 2.14 ατ= 1.7
又由《機械設計基礎》附圖3-1可得軸的材料的敏性系數這
qσ =0.6 qτ=0.65
故有效應力集中系數按式
由《機械設計基礎》附圖3-2得尺寸系數εσ =0.8 ；《機械設計基礎》附圖3-3得扭轉尺寸系數ετ=0.95。
軸按精車加工，由《機械設計基礎》附圖3-4得表面質量系數為
βσ=βτ=0.8
軸未經表面強化處理，即βq=1，則按式得綜合系數值為
又得碳鋼的特性系數
ψσ=0.1 ψτ=0.05
于是計算安全系數Sca值按式則得
故其可以安全。
6.3 長軸的校核
長軸只受到扭轉的作用，因此需按扭轉應力來校核軸的強度。
長軸的扭矩：
由強度條件，
（13）
最小截面為邊長為5的正方形截面。查《材料力學》P96表得a=0.208
對于鋼材來說，許用剪應力一般按（0.6--0.8）δb/n，n為安全系數
查《機械設計實用手冊》P770表得40Cr的δb=750Mpa
計算得：
，滿足強度條件。 故長軸安全。
7 軸承的選擇及校核
7.1 軸承的選擇
根據軸承中摩擦性質的不同，滾動軸承具有摩擦阻力小，功率消耗小，機械效率高，易起動；尺寸標準化，具有互換性，便于安裝拆卸，維修方便；精度高，轉速高，磨損小，使用壽命長，生產效率高等優(yōu)點，因此在一般機器中應用較廣，但滾動軸承也有噪音大、徑向尺寸過大、軸承座的結構比較復雜、成本較高等缺點。
而且深溝球軸承是最常用的滾動軸承。它的結構簡單，使用方便。主要用來承受徑向載荷，但當增大軸承徑向游隙時，具有一定的角接觸球軸承的性能，可以承受徑、軸向聯合載荷。在轉速較高又不宜采用推力球軸承時，也可用來承受純軸向載荷。與深溝球軸承規(guī)格尺寸相同的其它類型軸承比較，此類軸承摩擦系數小，極限轉速高。但不耐沖擊，不適宜承受重載荷。但恰好推移式割草機割草時所受沖擊小，在這里用十分適合【18】。
7.2 軸承的校核
按照軸承樣本或設計手冊選擇6000 Q，其額定動載荷=15.0kN, 額定靜載荷=10.0kN。軸承壽命可由式進行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用，所以，查《機械設計基礎》314頁表16-5、6、7取取。
求相對軸向載荷對應的e值與Y值 按《機械設計基礎》表13-5注1，對深溝球軸承取=11.3，則相對軸向載荷為 ，在表中介于0.172~0.345之間，對應的e值為0.19~0.22，Y值為2.30~1.99。
用線性插值法求Y值：
Y=1.99+
故 X=0.56 Y=2.203
求當量動載荷P P= =
驗算6200深溝球軸承的壽命，
因此所該軸承符合求。
運動仿真
UG 的發(fā)展與簡介
UG NX軟件是美國電子數據系統(tǒng)開發(fā)的CAD/CA/PDM/PLM集成軟件集成系統(tǒng)?，F在已經廣泛應用于當前模具設計和汽車制造中，具有比較好的操作環(huán)境，并且邏輯運算功能非常強大，具有更全面的數據庫，因此使用非常普遍。
新建運動仿真
為了形成可移動機構，必須以一定的方式連接兩個相鄰的構件（包括框架、移動器和從動件）。這種連接必須是可移動的連接，而不是相對的連接。固定運動（如焊接或鉚接）。在保持某些相對運動的同時，接觸兩個部件的任何可移動連接稱為運動對。這兩個部件在給定連桿的特性后，可以通過一對運動連接起來，形成一個運動機構。關節(jié)的作用是將機構中的連桿連接成一個有機整體，而不是表面靜態(tài)連接。為了使組織能夠采取必要的行動，有必要利用體育惡習來連接和協(xié)調運動。在定義運動對之前，組織中的鏈接被懸掛在空間中，例如天空中的平面。在連桿上沒有約束，所以它可以在任何方向上在空間中移動。UG的運動仿真模塊提供了15種不同自由度的運動副。這些都是無法提供驅動程序的類型。根據是否有驅動和使用頻率分為：驅動：轉動副、滑動副、圓柱副、螺旋副、球面副、平面副、萬向節(jié)對。不包含不常被驅動的模型。在NX8內的各種運動所建立的步驟幾乎是相同的。
創(chuàng)建一對運動的步驟分為三個步驟：選擇當前運動對所需的鏈路。如果不是鏈接，則不能選擇鏈接。指定運動對的起源和方向。在運動對的第一個鏈接上設置相關參數之后，如果仍然需要與其他鏈接相關聯的運動，則可以選擇第二個鏈接來進行咬合。設置運動對的驅動器。
這一章解釋了用常用的旋轉對創(chuàng)建運動對的步驟。
（1）啟動NX80，打開1／BASE。Sim /移動。
如果你想直接打開運動仿真文件，在打開文件時選擇仿真文件。SIM。
（2）首先創(chuàng)建一個鏈接。在菜單中單擊[插入] -[連接]，選擇齒輪作為鏈接對象，然后單擊“確定”按鈕。
首先選擇軟件菜單欄中的“應用模塊”進入“運動仿真”狀態(tài)。右鍵單擊運動導航器中的程序集文件，命名為“手推割草機”，并創(chuàng)建一個新的運動仿真文件。選擇名為“環(huán)境”對話框中的“動力學”按鈕，然后點擊“確定”按鈕。UG軟件默認運動仿真文件的名稱是“MOTYSTY1”。
單擊彈出式“機器運動助理向導”對話框中的“取消”按鈕，然后手動定義鏈接和動作對。
定義連桿與運動副
結論與展望
結論
本次設計本次畢業(yè)設計的主要功能和特點如下：手推式割草機采用固定刀片的剪切和活動刀片相對滑動的工作原理，結構緊湊，體積小，重量輕，噪音低，無污染，使用靈活方便。小面積草坪進行切割作業(yè)，安全可靠，維護方便，具有良好的導向性。使割草機在車進行切割作業(yè)時容易轉動，外觀美觀。滿足對于家庭用戶的審美要求，使用雙刀作往復式運動，切割草坪的效果理想，而且成本較低。
這次設計的草坪割草機的主要創(chuàng)新點是：它具有節(jié)能環(huán)保、切割時產生的噪音小、采用綠色設計，齒輪，軸傳動機構，可以提高工作效率，并且解決了使用者的高負荷工作強度的問題。本次設計的外觀新穎，適合操作者使用。
本章介紹了手推式割草機的結構設計和控制。試驗表明，本次設計的手推式割草機安全可靠，操作穩(wěn)定，重量輕，便于攜帶，操作方便。對于不同密度的草坪區(qū)，可以控制不同的刈割速度，以達到節(jié)約燃料的效果，從而達到經濟和環(huán)保的目的。綜上所述，本次設計的手推式割草機在解決方案方面是可行的，在市場上也具有較高的推廣和推廣價值，值得深入研究和探索。
不足之處
由于畢業(yè)設計的時間有限，相關知識的參考資料不足，本畢業(yè)設計存在一些不足。對于整機的結構，在尺寸的確定方面還有改進的余地，而外觀的設計更是優(yōu)化的空間，如用戶的舒適度、刀片切割時產生的噪聲、扶手的振動等。值得更詳細的探索和研究。
未來展望
隨著我國人民物質生活水平的提高，村鎮(zhèn)綠化建設逐漸受到人們的關注。取得了很大的進步。人們越來越關注草坪美化、空氣凈化和環(huán)境保護。特別是隨著私家園林別墅數量的不斷增加，城市市民廣場的數量不斷增加，草坪綠地面積進一步擴大，因此開發(fā)一種低噪音、易操作的手推式割草機更是必要。然而，在中國的草坪割草機，目前的發(fā)展還不是很成熟。這種類型不夠豐富，所以這次選擇推式割草機作為畢業(yè)設計的主題。
目前市場上購買手推割草機的要點是剪草和切高調整。然而，我認為采集草料剪枝不僅是由于高速割草時刀片難以高速切割的草屑造成的。面包屑被收集起來，因為割下的草屑本身也是一種營養(yǎng)增強的草坪肥料。所以我沒有安裝引導和收集設備。我剛在工作臺的前端安裝了一個草耙。對于刈割高度調整問題，我采用兩輪驅動。使用者可以根據扶手伸長的長度和長度來調整切割高度。這可以更靈活，針對手推車割草機今天市場上。就數量而言，我沒有考慮如何在停止時放置割草機。所以我使用了前輪輔助支架設計。使用可制動的萬向輪，可以順利地放置割草機。
今天，步行割草機逐漸取代了步行割草機。特別地，可以實現零轉彎半徑，并且用戶可以容易地操作它。一種可使用的全液壓草坪拖拉機，深受用戶歡迎。預計在不久的將來將會有更多的自動和更舒適的草坪機械。但在二十一世紀，中國主要的割草機仍然走著割草機，這是在上世紀80年代，發(fā)達國家的水平，這是一種產品，在國外已經淘汰。
因此，我們應該學習和追隨西方園林機械發(fā)展的歷史，借鑒他們的經驗教訓，以縮小西方國家之間的差距，實現產品創(chuàng)新和本土化。
隨著進入21世紀，中國的國民經濟的快速發(fā)展，中國的除草機行業(yè)已經連續(xù)多年保持快速增長。自從中國加入WTO，國內企業(yè)對除草劑行業(yè)的出口水平也是可喜可賀的，2在2008年，全球金融危機的爆發(fā)，中國的除草機行業(yè)的發(fā)展也遇到了狠毒困難，國內市場的割草機需求一直在下降，出口產量也在不斷下降。割草行業(yè)普遍經歷了商業(yè)的低迷。利潤下降了很多