本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 新型手推式割草機設(shè)計 機械 院（系） 機械設(shè)計及其自動化 專業(yè)學生姓名 學號 指導(dǎo)教師 職稱 導(dǎo)師工作單位 起訖日期 摘 要該設(shè)計是一種由小型汽油機帶動刀片運動切割草株，人工推動機具前進完成作業(yè)的草坪修剪機。該機主要由發(fā)動機，傳動機構(gòu)，旋刀，機殼支撐座和集草袋等組成。采用XY168F 發(fā)動機，最大輸出功率：5.5HP/3600rpm。工作裝置為一條形割草刀直接裝在發(fā)動機的輸出軸上，作業(yè)時高速旋轉(zhuǎn)切割草莖。將割草刀的非刃口做成風機葉片，割草作業(yè)時對地面形成一定的真空降草莖吹成直立狀態(tài)，便于切割并與罩殼相結(jié)合形成渦流將割下來的碎草送入集草裝置。護罩為渦流形狀，是草坪修剪機的支架，為沖壓件，用于保護操作者和行人安全，并形成護罩內(nèi)渦流，給切下物導(dǎo)向和安裝行走裝置，發(fā)動機和工作裝置。集草裝置為集草袋，主要用于草坪切下物的收集，安裝于草坪修剪機的后部，并可以容易的安裝或拆下。行走裝置為行走輪和割草裝置高度調(diào)節(jié)裝置組成。行走輪通過一個手柄可以相對草坪修剪機的護罩進行調(diào)節(jié)，將輪子升高，割草機下降，割草高度降低，反之割草高度上升。關(guān)鍵詞 割草機；刀具；傳動軸；罩殼及結(jié)構(gòu)設(shè)計AbstractThis design in one kind cuts grass by the small gasoline engineimpetus bit movement, the artificial impetus machines advance completes the work lawn pruning machine. This machine is mainly made up of engine, Transmission system, Turning tool,Cabinet, Composition supporting turn and collecting straw bag and so on. The engine: YX168F, Peak power output: 5.5HP/3600rpm.The installment of work is a knife of linearity cuts grass fixing direct on the output shaft of the engine, When revolving at high speed it cuts the grass. The non-cutting edge of the knife is made up to the air blower leaf blade, when working it forms the certain real general grass stalk to the ground to blow stands erect the condition. Is advantages for cuts and unifies with the lagging with form the garrulous grass which the turbulent flow will cut to send in the collection grass installment. The guard shield is the turbulent flow shape. Is the lawn pruning machine support. For pressing part, with by protects the operator and the pedestrian safety.and forms in the guard shield the turbulent flow. For cuts the guidance and the installment walks the installment, Engine and work installment. The collection grass installment is the collection straw bag. Mainly use in the lawn cuts the collection. Installment in lawn pruning machine behind, and may the easy installment or dismantles. Walks the installment to walk turn and cuts grass the altitude mixture control installment composition. Walks turn may the relative lawn pruning machine guard shield carry on the adjustment through a handle. Elevates the wheel, the grass cutter drops, cute grass reduces highly. Otherwise cuts grass on highly.Key words: grass cutter；reamer；transmission shaft；mantle；design of structure目 錄第 1 章 總體設(shè)計.1第 2 章 機構(gòu)設(shè)計.42.1 發(fā)動機的選擇.42.2 旋刀設(shè)計42.2.1 刃口設(shè)計42.2.2 翼片分析62.2.3 刀具的固定.72.3 外殼設(shè)計72.4 傳動軸的設(shè)計計算72.4.1 初步確定傳動軸的最小直徑72.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計82.4.3 軸的校核92.5 離合器的設(shè)計.102.6 調(diào)高裝置設(shè)計.112.7 車輪及手把的選擇11結(jié)束語.12致謝.13參考文獻.141第 1 章 總體設(shè)計該機主要由發(fā)動機，傳動機構(gòu)，旋刀，機殼，支承輪和集草袋等組成。如圖1-1 所示。傳動機構(gòu)由離合器，傳動軸等組成。傳動軸由兩只軸承支承在機殼箱體上，如圖 1-2 所示。輸出軸固定旋轉(zhuǎn)刀片。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到一定數(shù)值時，離合器的離合塊在離心力作用下被甩出，與離合碟接合，發(fā)動機的動力傳給旋轉(zhuǎn)刀片，是旋轉(zhuǎn)刀片告訴旋轉(zhuǎn)，完成剪草工作。2旋刀主要由刀體，刀片，螺栓，止動墊片和螺母等組成，如圖 1-3 所示。刀體以 45 號鋼制成，具有足夠的強度和剛度，用于牢固支承兩只刀片。刀片用65Mn 鋼制成，具有適宜的硬度和韌度。刀片的前端的翼片以適當?shù)慕嵌群托螤顦?gòu)成混流風葉，并與機殼的下表面渦殼狀腔室配合，用以在剪刀的同時產(chǎn)生軸向和縱向的氣流，被剪下的草屑帶入集草袋。刀片和刀體采用螺栓固定，并用止動墊片防松。旋刀以鎖緊螺母固定在傳動箱的傳動軸上。發(fā)動機，四個行走輪以及手把，集草袋全部固定在機殼上。機殼用 3mm 厚的優(yōu)質(zhì)鋼板沖壓成型后焊接合而成（見圖 G530-01-00） ，強度很高，安全可靠，能3防止切割過程中的意外事故。四個行走輪用螺栓固定在輪軸上，行走輪輪軸焊接與支撐板上，行走輪隨同支撐板可以繞支撐軸相對于機殼轉(zhuǎn)動。采用撥桿組件調(diào)整支撐板的轉(zhuǎn)角，并由撥桿組件上的定位臺與機殼上的五個定位孔實現(xiàn)定位。前后行走輪通過連接在支撐板上的連接桿連接在一起，可以同時調(diào)節(jié)高度。這樣調(diào)節(jié)行走輪 相對于機殼的位置，即可升高或降低修剪機（即調(diào)節(jié)刀片距地面的高度） ，達到調(diào)節(jié)留草高度的目的。集草袋通過四個掛鉤固定在機殼上。技術(shù)參數(shù)：汽油機功率：5.5 馬力割刀轉(zhuǎn)速：3600r/min切割幅寬：530mm設(shè)計切割高度：20mm--80mm（5 檔）（詳圖見圖紙 G530-00）4第二章 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算2.1 發(fā)動機的選擇根據(jù)功率要求小于 5kw，轉(zhuǎn)速達可切割草速度，取 3600r/min，選發(fā)動機YX168F，詳細參數(shù)如下： 型號：YX168F發(fā)動機型式量：單缸，四沖程，氣缸中心斜置 25 缸徑 X 行程：68mmX45mm氣缸排量：163mm壓縮比： 8：5：1最大輸出功率：5.5HP/3600rpm最大扭矩：1.1kg。M/2500rpm點火系統(tǒng)：無觸點晶體管點火起動方式：反沖式手拉起動空氣濾清器：半干，油浴，雙式，雙靜噪，旋風濾燃油箱容量：3.6L尺寸（長*寬*高）：312mm*362mm*335mm凈重：15kg2.2 旋刀設(shè)計旋轉(zhuǎn)式切割器的切割速度高，且各能力強，其回轉(zhuǎn)慣性力容易平衡，震蕩較小，割刀的結(jié)構(gòu)也比較簡單，在園林機械，特別是草坪修剪機中得到廣泛的應(yīng)用，因此采用旋轉(zhuǎn)式切割器。2.2.1 刃口設(shè)計 旋刀式草坪修剪機的切割器是在水平內(nèi)回轉(zhuǎn)。旋刀式草坪修剪機的切割器為一把剪草旋刀，如圖 1-3 所示，由刀片和刀體組成。為了簡化分析，現(xiàn)將其簡化成線狀刀進行分析，如圖 2-1 所示，其中 aa0 和 bb0為刀片刃口，刀片在水平平面內(nèi)繞 O 軸以角速度 ω 旋轉(zhuǎn)，并沿 X 軸以速度 Vm向前運動。在切割過程中，刃口 aa0 的運動軌跡為相鄰的。并行的余擺線，而 bb0的運動軌跡為另兩條相鄰的，并行的余擺線，如圖 2-1 所示。其中畫有斜線的面積為漏割區(qū)，畫有交叉線的面積為重割區(qū)，其余為掃過區(qū)。三江學院 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）5圖 2-1 旋刀式切割器切割圖分析得，點 a 的位移方程式為Xa=Vmt+RsinwtYa=Rcoswt式中 R---刀片半徑。點 b 的位移方程式為Xa=Vmt+Rsin(wt-π)Ya=Rcos(wt-π)要使畫有斜線的漏割區(qū)消除，必須使： Xb”-Xa”=h 式中 h---刀片刃口高度。從圖中可以看到，刃口 aa0 上的 a 點轉(zhuǎn)到 X 軸時，其轉(zhuǎn)角為 ωt=π/2，即經(jīng)過t=π/2ω 后，刀片轉(zhuǎn)了 1/4 周，則有Xa” =Vmt+Rsin(wt-π)=(V mπ/2ω)+R當刃口 bb0上的 b 點轉(zhuǎn)到 X 軸上時，其轉(zhuǎn)角為 ωt=π/2+π，即經(jīng)過了 t=3π/2ω后，刀片轉(zhuǎn)了 3/4 周，則有Xb”= Vmt-Rsinwt=3Vmπ/2ω+R將 xb″和 xa″代入式 xb″-xa″=h，得到ω=V mπ/h6則有Vm=hω/π=hn/30或h=Vmπ/ω=30V m/n式 ω=V mπ/h 表示刀片旋轉(zhuǎn)角速度 ω 與機具前進速度之間的關(guān)系，比值 Vm/h越高，即機具前進速度越高或刃口高度越小，則旋轉(zhuǎn)刀片的轉(zhuǎn)速應(yīng)越快；根據(jù)式 Vm=hω/π=hn/30 可在選定了刃口高度 h 和轉(zhuǎn)速 n 情況，計算出機具前進速度，可以看出，當適當?shù)脑龃笕锌诟叨然蜣D(zhuǎn)速時，就能使機具的前進速度增大，從而提高效率。由發(fā)動機轉(zhuǎn)速得刀具最大轉(zhuǎn)速 3600r/min，取刃口高度為 50mm，可計算出機具行走速度 Vm=0.6m/s，符合人行走速度，故適合。2.2.2 翼片分析 圖 2-2 為圖 1-3 所示旋刀端部刃口及翼片的主視圖，俯視圖和側(cè)視圖以及空氣質(zhì)點 A 的速度矢量圖，R a為翼片圓柱面形成半徑，α 為翼片沖角，L 為翼弦長度。當旋刀在刀殼內(nèi)繞其傳動軸旋轉(zhuǎn)時，翼片上質(zhì)點 A 一方面以角速度 ω 繞旋刀的傳動軸旋轉(zhuǎn)，另一方面繞翼片圓柱面的軸心線以 ω′轉(zhuǎn)動（相對運動） ，同時還由于離心慣性力影響沿著翼片母線以速度 向刀殼裙部運動。以修剪機為dV?參考體，令質(zhì)點 A 的絕對速度為 （圖中未畫出） ，它是牽連速度 與相對速度V? hV?（相對轉(zhuǎn)動時的瞬間速度）和 的矢量和，即GV? dch????7而 Vc可以分解為：bacV???以及 fidahj ??從而有：bfiV??式中 ——質(zhì)點 A 的絕對速度 在水平面的兩個分速度，前者與牽連fiV?， ?速度同向，后者垂直于牽連速度；——絕對速度 垂直于水平面的分速度。b?從式 可以看出，旋刀的翼片能使空氣質(zhì)點 A 由垂直于水平面bfi???上的分速度 向前（與牽連速度方向相同）的分速度 ，以及向外（垂直于牽bViV?連速度而指向刀殼裙部）的分速度 ，形成了向前，向上和向外的氣流，這樣也fV?就將草屑向前，向上和向外輸送。在相應(yīng)位置配置集草通道和集草袋就可達到集草的目的。2.2.3 刀具的固定一個刀柄與兩個刀片采用四個螺栓連接，并用止動墊片以及螺母緊固防松。刀具與傳動軸利用方孔傳動扭矩，使刀具旋轉(zhuǎn)切割草株，并能使鎖緊螺母及止動墊片緊固連接，防止工作時松動甩出。具體結(jié)構(gòu)見圖紙 G530-00，G530-15，G530-16.2.3 外殼設(shè)計罩殼用 3mm 厚的優(yōu)質(zhì)鋼板沖壓成型焊和而成，采用渦流狀集草通道，以配合刀具上的旋轉(zhuǎn)翼片實現(xiàn)排草。下部采用圓形護罩，用以防止刀具松動甩出時發(fā)生意外。排草口設(shè)在后部，罩殼上有四個掛鉤，使集草袋固定在其上。具體結(jié)構(gòu)見圖紙 G530-01-00.82.4 傳動軸的設(shè)計計算2.4.1 初步確定軸的最小直徑 1.求出輸出軸上的功率 P，轉(zhuǎn)速 N 和轉(zhuǎn)矩 T假設(shè)無損耗，輸出軸上最大功率即為發(fā)動機功率P=5.5 馬力=4.125kw又 n=3600r/min于是 T=95500P/n=95500×4.125÷3600=1094.27Nmm2.初步確定軸的最小直徑按式 初步估算出軸的最小直徑。選取軸的材??33 /2.0/95dnPAnoT???料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)參考材料[1]表 15-3，取 A0=112，于是得mpAo 7.160/15.4/33min??輸出軸的最小直徑顯然是安裝離合器離合碟處的直徑的 d （見圖 2-3） 。??-因為有一個鍵槽，軸徑增大 5%-7%,取最小徑為 15mm。2.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.擬定軸上零件的裝配方案方案見圖 1-1 所示的裝配方案，軸具體結(jié)構(gòu)見圖 2-3 2.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和要求①為了滿足離合器的軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ軸段需制出一軸肩，故?、颉蠖蔚闹睆?dⅡ-Ⅲ =20mm；上端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑 D=22mm，由結(jié)構(gòu)取Ⅰ—Ⅱ軸段的長度 lⅠ—Ⅱ =16mm。②初步選取滾動軸承。因軸承同時承受軸向力和徑向力作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) dⅡ-Ⅲ =20mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取單列圓錐滾子軸承 30304，其尺寸為 d×D×T=20mm×52mm×16.25mm,故 dⅡ-Ⅲ =20mm，l Ⅱ—9Ⅲ =15mm。參照工作要求及設(shè)計結(jié)構(gòu)要求，另一個軸承取單列圓錐滾子軸承 30205，其尺寸為 d×D×T=25mm×52mm×16.25mm,故 dⅣ—Ⅴ =22mm，l Ⅳ—Ⅴ =12mm。③兩軸承間根據(jù)結(jié)構(gòu)要求軸段直徑 dⅢ—Ⅳ =22mm，l Ⅲ—Ⅳ =15mm。④根據(jù)軸承定位要求，Ⅳ—Ⅴ軸段左側(cè)應(yīng)有一個軸肩，故取 dⅥ—Ⅶ =30mm，由結(jié)構(gòu)選取此段長度 lⅥ—Ⅶ =25mm。⑤Ⅶ—Ⅷ軸段應(yīng)與刀具體以方孔配合，?、鳌S段截面為 16mm×16mm 的方形的柱體，根據(jù)刀具厚度，取此段長度 lⅦ—Ⅷ =9mm。⑥Ⅷ—Ⅸ軸段僅為固定刀具用，不受扭矩作用，取 M10，長度根據(jù)鎖緊螺母等取為lⅧ—Ⅸ =10mm。至此，已初步確定了各軸的直徑和長度。3.軸上零件的周向定位軸與離合器的離合碟采用平鍵連接。按 dⅠ—Ⅱ 由手冊查的平鍵截面b×h=5mm×8mm（GB1096-1990） 。滾動軸承與周向定位是借過度配合來保證的。此處選軸的直徑尺寸公差為 k6.4.確定軸上圓角和倒角尺寸根據(jù)參考資料[1]表 15-2，取軸端倒角為 1×45°，各軸肩處的圓角半徑見圖紙 G530-06 2.4.3 軸的校核1.求軸上的載荷由于傳動軸只受扭矩作用，可得軸的計算簡圖和軸的扭矩圖 2-4 如下：2.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，顯然Ⅱ截面為危險截面，由于傳動軸只受扭矩作用，故只需將扭矩 T 帶入。??12222ca /)()/(4)/M?????? ????WMTW（取 α=0.6 1032323 17.5/)315(2/15/)(/dWmdtb ?????????軸的計算應(yīng)力MPaW.7./.0946./TM22ca?）（ ??前已經(jīng)選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由參考資料[1]表 15-1 查得[ ]1-?=60MPa。因此 ，故安全。][1ca???3.精確校核軸的疲勞強度1）判斷危險截面軸上只受扭矩作用，且等大，又因軸段Ⅰ—Ⅱ處最細，且有鍵槽，截面Ⅱ處有軸肩，為應(yīng)力集中處，故只校核截面Ⅱ右側(cè)即可。2）截面Ⅱ右側(cè)校核抗扭截面系數(shù) 32323T 4.615/)3(156//)(/dW mdtb ?????????截面Ⅱ上的扭矩 T 為 T=1094.27Nmm截面上的扭矩切應(yīng)力MPa45.23.46/27.109W/T???軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。由參考資料[1]表 15-1 查得MPa51-截面上由于軸肩形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 按參考資料[1]表 3-2 查取。??因經(jīng)插值后可查得,3.15/20/,1.05/6.d/r ??dD4.??又由參考資料[1]附圖 3-1 可得軸的材料的敏感性系數(shù)為 85.0q??故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式（參考資料[1]附 3-4）為284.1-3.85.01-1k???）（）（ ???由參考資料[1]附圖 3-3 得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 2??軸按磨削加工，由參考資料[1]附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 9.0??軸未經(jīng)表面強化處理，即 ，則得綜合系數(shù)為1q??11653.192.0/8./24.1/kK????????????又由參考資料[1]§3-1 以及§3-2 得碳鋼的特性系數(shù)，取 .05.—?? 5.??于是，計算安全系數(shù)為5.1S3.74)2/5.02/4.63.1/()/(S1- ????????maK???故可知安全。2.5 離合器的設(shè)計比較各種離合器，離心離合器利用自身的轉(zhuǎn)速來控制兩軸的結(jié)合或脫開，其特點是可直接與發(fā)動機連接，使發(fā)動機在空載下平穩(wěn)啟動，改善發(fā)熱，但由于未達額定轉(zhuǎn)速前，因打滑產(chǎn)生摩擦熱，故不宜使用頻繁啟動的場合，且輸出功率與轉(zhuǎn)速有關(guān)，故不宜用于變速傳動的軸系。 離心離合器符合本課題的要求，且自由閘塊式結(jié)構(gòu)簡單，啟動過程較平穩(wěn)，過載時能打滑，有安全保護作用，故采用此結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)見圖紙 G530-05-00.發(fā)動機輸出軸與離合器主動套筒通過平鍵連接。離合器從動輪與軸間采用平鍵連接后，共同放入傳動箱箱體內(nèi)，構(gòu)成傳動機構(gòu)。傳動箱箱體結(jié)構(gòu)見圖紙 G530-03。2.6 調(diào)高裝置設(shè)計調(diào)高手柄與輪軸支撐板焊接在一起，結(jié)構(gòu)見圖 G530-06-00。手柄上有一個凸臺，使其與機架罩殼上的五個方孔配合，調(diào)節(jié)凸臺與方孔的位置，手柄與罩殼的相對位置也隨之改變，形成一轉(zhuǎn)角，使輪軸與罩殼間產(chǎn)生新的高度差，從而使車輪相對罩殼升高或降低，即刀具與地面的高度升高而降低，使其改變留草高度。前后行走輪通過連接在支撐板上的連接桿連接在一起，可以同時調(diào)節(jié)高度。其配合見圖紙 G530-00. 2.7 車輪及手把的選擇車輪選用 GB/T 標準車輪，型號 13B-200×50 的車輪，內(nèi)部帶有滾動軸承，可直接安裝在輪軸上。手把采用無縫鋼管制成，根據(jù)人體適合高度設(shè)計長度，使垂直地面在 830mm-12850mm 間可調(diào)。三江學院 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）13結(jié)語束該設(shè)計是一種小型汽油機帶動刀片運動切割草株，人工推動機具進行完成作業(yè)的草坪修剪機，這種機具構(gòu)造簡單，但生產(chǎn)效率不高，工人勞動強度大，只適合于小面積草坪修剪。三江學院 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）14致 謝本文是在導(dǎo)師龐偉副教授悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，其中浸透著龐老師的心血和期盼。導(dǎo)師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的學識、敏銳的科學思維、大膽創(chuàng)新的科學精神以及寬容仁愛的為人方式使我受益匪淺、終生難忘。一個學期以來，龐老師激勵我在割草機領(lǐng)域里不斷探索，自始自終地給予耐心的教誨和細心地指導(dǎo)，不僅傳授科研治學的思路和方法，更讓我懂得為人處世的道理和準則，值此論文完成之際，謹向恩師致以最崇高的敬意和最誠摯的感謝！我還要感謝我的學友們，感謝他們以不同的方式給予我學術(shù)上的啟發(fā)、學業(yè)上的協(xié)助和支持。由衷的感謝你們！14參考文獻[1]濮良貴 紀名剛.機械設(shè)計[M].第七版.北京：高等教育出版社，2001[2]王世剛等.機械設(shè)計實踐[M].哈爾濱工程大學出版社，2003[3]程祥之.園林機械[M]. 中國林業(yè)出版社，1995[4]機械設(shè)計手冊[M].第一卷.第四版.北京：化學工業(yè)出版社，2001[5]機械設(shè)計手冊[M].第二卷.第四版.北京：化學工業(yè)出版社，2001[6]機械設(shè)計手冊[M].第三卷.第四版.北京：化學工業(yè)出版社，2001[7]George E.Dieter.Engineering Design[M].McGraw Hill,Inc,1983[8]J,J.Hanan,W.D.Holley,K,L,Goldsberry.GreenhouseManagement[M]. SpringerVerlag,1978Marchant J,A,An Electorstatic Spinning Disc Atomizer[M].ASAE,1985[9]Creveling C M.，公差設(shè)計。最優(yōu)標準的開發(fā)手冊。Addison-Wesley 出版社，1997。[10]Gao J S， Chase K W， Magleby S P.小運動調(diào)整量機械裝配的廣義三維公差分析 llE 傳動。1998．30 [11]李盛林，王宏平，魏敏.機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學改革的探討[J].實驗技術(shù)與管理，2005，22（7）：98-102. [12]陸萍，董玉平.機械設(shè)計課程 CAI 系統(tǒng)設(shè)計探討[J].山東工業(yè)大學學報，1997， （4）:95-96. [13]劉美玲，雷振德.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：科學出版社，2005.[14] Cole Thompson Associates． “Directory of Intelligent Buildings”1999.[15] Ester Dyson．Adesign for living in the Digital Age．RELEASE 2．0：1997.[16] 吳濤、李德杰，彭城職業(yè)大學學報，虛擬裝配技術(shù)，2001，16（2）：99-102.[17] 葉修梓、陳超祥，ProE 基礎(chǔ)教程：零件與裝配體，機械工業(yè)出版社，2007.[18] 鄧星鐘，機電傳動控制（第三版） ，華中科技大學出版社，2001.