畢業(yè)設計——環(huán)保型草坪剪草機設計說明書

1、 第一章 緒論1.1 我國草坪業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著經濟的發(fā)展和社會進步,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)展程度的一個重要指標，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)環(huán)境建設和保護方面將扮演著越來越重要的角色。我國的草坪建設也得到了迅速發(fā)展,如城市園林綠化、興建休閑場所等都需要大量的高質量草坪,江河堤壩、高速公路、鐵路等交通水利設施的護坡以及屋頂花園、室內綠化也都需要優(yōu)質草坪。據(jù)不完全統(tǒng)計,在全國500城市66萬hm綠地面積中,草坪占18萬hm,1994 年上海草坪綠化面積為300 hm1997 年為800 hm,以后每年以400h

2、m的速度增長;1997 年北京綠地面積已突破2 000hm,人均公共綠地面積為7. 8m,現(xiàn)在每年草坪以300 hm的速度增長。修剪是草坪區(qū)別于其它一些植物的特殊要求。草坪通過修剪,可以阻止草坪的草抽穗、開花、結果;修剪可以阻止草坪的草一味地向上生長,使草橫向發(fā)展而成為坪;修剪可以有效地阻止雜草的生長和病蟲害。因此,草坪業(yè)的迅猛發(fā)展必并將帶動一系列產業(yè)的興起。我國的草坪業(yè)發(fā)展自 20 世紀 80 年代才起步，在 90 年代后期發(fā)展迅速，到2000 年為止，全國已建成各類草坪3 億m以上，經營草業(yè)的公司有 5000多家，草坪業(yè)從業(yè)人員 20 多萬人，總產值超過 100億元，而且規(guī)模呈逐年擴大趨勢

3、。在我國500 個城市66 萬h m 綠地面積中,草坪占18 萬h m,并呈高速增長趨勢。90 年代以來我國的草坪業(yè)年增長率高達30 %40 %。隨著人們對環(huán)境保護、固土防沙意識的日益增強，退耕還草政策的進一步實行，草坪業(yè)必然快速發(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。1.2 草坪剪草機的國內市場從世界上第一臺滾刀式剪草機的問世,到現(xiàn)在已經過了100 多年 ,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,適用于不同場合的剪草機。根據(jù)其工作原理和形式可分為滾刀式、懸刀式和掃雷式三種類型。我國生產剪草機起步較晚,生產企業(yè)規(guī)模普遍較小,產品用

4、途較為單一,均沒有形成規(guī)模批量,所以長期以來,草坪剪草機均以進口為主。據(jù)統(tǒng)計,到1999 年底我國有各種園林機械保有量達10 萬臺,1999 年的剪草機銷售量在3 萬臺左右,其中80 %為進口。國內目前生產的剪草機械按動力劃分可以分為機動和人推的兩類。按動力又分為柴油機、汽油機騎式(駕乘式)；按配套動力和作業(yè)方式分為手推式、手扶推行式、手扶自行式、駕乘式、拖拉機式等。剪草機的剪草幅寬一般為 4001000mm，剪草高度從 15100mm 有幾個調節(jié)擋位。以刀具類型可分為滾刀式和旋刀式兩大類。滾刀式剪草機由帶有刀片的滾筒和不動的床刀組成。它較旋刀式剪草機有更好的修剪質量,是高質量草坪最常用的剪草

5、機型。適用于草高380 mm 的草坪,其問題主要是價格貴,維修保養(yǎng)要求嚴格。而旋刀式剪草機(又稱懸刀式) 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,它適于2580 mm 范圍內剪草。它的價格相對低廉，保養(yǎng)、維修和使用都很方便，是國內外目前最流行的剪草機。此外，還有甩繩式和甩刀式剪草機。據(jù)調查,國內生產剪草機的廠家約有50 家左右。多數(shù)為園藝系統(tǒng)的公司以及轉產剪草機的機械廠。市場上草坪修剪機的品牌很多,有進口產品,也有國內制造和中外合資的。功率從2. 616. 2 kW,剪幅從43. 2127 cm不等。進口剪草機主要來自于日本、美國、意大利和瑞典等國,主要品牌和售價詳見表11。表1

6、1 進口剪草機的主要品牌和售價國別型式價格日本本田H1011 坐騎式帶草袋76 cmH3011 坐騎式帶草袋71 cmLM5360HX自行可控刀式帶草袋53 cm5. 2 萬元/ 臺5. 8 萬元/ 臺1. 08 萬元/ 臺美國MID(美神) :B560C 坐騎式帶草袋76 cm38C 自行式側除草53 cm2. 98 萬元/ 臺0. 5 萬元/ 臺Murray(美麗) :2. 62. 8 kW手推式后草袋型22355 型、22545 型手推式側排草21386 型手推式、21855 型自行式21975、22855、22856 型適用大面積長時間剪草意大利花園牌:R484TR 自行式帶草箱46

7、cmR484 手推式帶草箱46 cm0. 43 萬元/ 臺0. 38 萬元/ 臺瑞典Kusovarna 系列剪草機1.3 我國剪草機市場預測1.3.1 按城市人均應有的草坪面積來預測根據(jù)國外有關專家的研究,城市人均應有2530 m的草坪才能解決人們的二氧化碳和氧氣交換的需要。國外一些城市人均草坪面積與中國及北京的對比表見表12。從表12可以看出,我國人均占有草坪面積與發(fā)達國家相比,有著較大的差距。全國現(xiàn)有各類草坪面積約為18萬hm ,若每公頃需5 臺剪草機,現(xiàn)有市場容量就達90萬臺。隨著中國經濟的快速發(fā)展,剪草機的市場容量將成倍增長。表12 國外一些城市和中國及北京人均草坪面積名稱面積/ m2

8、名稱面積/ m2倫敦70. 4巴黎24. 7紐約45. 7堪培拉70. 5莫斯科37. 0中國1華沙73. 5北京81.3.2 按種草草坪面積來預測新建草坪有兩種方式,一種是以種草種為主,另一種是移植草皮。據(jù)不完全統(tǒng)計,歷年進口草種的噸數(shù)如下,1995 年前約為6 000 t ,1996 年為2 500 t ,1998 年為5 000 t ,1999 年為6 000 t 。一般1 m 需20g 草種,按此計算,1999 年種草面積為3 萬hm ,移種面積為9 萬hm ,共約12 萬hm ,若按每公頃需5 臺剪草機,僅1999 年時就需剪草機60 萬臺。1.3.3 按國家建設部規(guī)劃來預測按國家建

9、設部規(guī)定,2000 年后城市綠化面積需達到30 %。目前深圳、珠海、廈門等城市的綠化面積已超過此值。城市人均綠地面積需達到7 m 以上。照此估計每年約需56 萬hm草坪,剪草機30 萬臺。在草坪的建設過程中,隨之而來的相關園林設備的市場無疑是十分廣闊的。1.4 選題目的意義：綜上所述,我國綠化環(huán)境使剪草機行業(yè)的迅速發(fā)展勢在必行,為此必須防止為爭奪這一市場一哄而起、在低水平低質量上重復建廠生產的不良局面,建議有志于開發(fā)這類產品的企業(yè)聯(lián)合起來開發(fā)產銷對路的產品。在創(chuàng)名牌,上規(guī)模,上品種,上檔次等方面進行有益的競爭,抓住這個商機,充分利用原有的廠房設備,適當?shù)剡M行技術改造進行一定規(guī)模的生產。根據(jù)市場

10、調查發(fā)現(xiàn)，剪草機必須符合當今人類對環(huán)境保護方面的需求,目前市面上的剪草機大多都是動力引擎這會產生較大的噪音，帶來環(huán)境污染，在辦公和學習的地方，這種動力引擎的剪草機非常不受歡迎。由于動力引擎剪草機有動力裝置，保養(yǎng)維護費用較高;同時動力引擎剪草機主要依靠刀片的高速旋轉把草割斷，通過旋轉氣流把草排出，因此，對整機的安全性要求較高，操作時也會給工作人員帶來強烈的震動，使得操作很不舒服。雖然動力引擎剪草機剪草效率較高，剪草效果較好，但是價格也較昂貴，對于一般的用戶難以接受。所以研究一種無引擎驅動且造價較低的剪草機勢在必行！ - 38 - 第二章 方案設計2.1 工作原理通過市場調研，我們決定設計一種無引

11、擎驅動，無噪音污染，剪草高度可調節(jié)，簡潔輕便，操作舒適和美觀適用的草坪剪草機。工作原理如圖21所示，剪草機工作時由人推動機器行走，從而使剪草機的后輪1轉動，帶動大齒輪2的轉動，通過齒輪2和1組成的增速機構使得速度得以提升，并帶動大鏈輪4回轉，通過大鏈輪4帶動小鏈輪5運動將運動傳遞給滾刀，使固定其上的刀片與固定在底刀軸上的固定刀片形成剪切運動。圖 21 機構運動簡圖我們所設計的手推式草坪剪草機首先要通過一個傳力構件將人力傳遞出去。為了讓操作者在正常行走的速度下操作，傳遞出去的力應該通過增速機構繼續(xù)傳遞，運動傳遞到滾刀。通過分析得到手推式草坪剪草機的組成框圖，如圖22所示。2.2 傳動機構能夠實現(xiàn)

12、手推草坪剪草機功能的技術原理很多，但各有利有弊，具體分析如下：驅動方式選擇：1） 用腳驅動 用腳驅動時，一般操作者都需要站在或者坐在被驅動的的機器上用力操作，這樣所設計的剪草機除了要完成剪草動作外，還要承受操作者的自重，且要有方向控制裝置，使的機器結構較復雜、尺寸較大，不適合小面積草坪使用。2） 用手驅動 用手驅動可以避免用腳驅動時存在的問題，使得所設計的剪草機小巧，且可以靈活操作。因此我們選擇設計手動式剪草機。傳力機構增速機構執(zhí)行機構 圖22 草坪剪草機的組成框圖斷草方式選擇：1） 用割的方式 即用刀將草截斷。但是草柔軟，而且一端自由，采用割的方式將草截斷較難以實現(xiàn)。2） 用打的方式 即用刀

13、片或打草繩將草打斷。用這種方法修草時所需要的速度非常高，要求在草還沒被打倒之前將草打斷，這樣的修草產品也有，但是都得用引擎驅動，不符合我們的環(huán)保設計要求。3） 用剪斷的方式 即用刀將草剪斷，用兩個刀片作相對運動的原理較容易將草剪斷，而且不需要很高的速度。因此我們選擇設計剪斷方式斷草。手動的形式又有用手搖動和用手推動兩種。機械容易實現(xiàn)的是簡單的轉動，如果用手搖動手柄實現(xiàn)執(zhí)行構件的往復移動，由于剪草機還要靠人力推著向前行進，操作者要完成的動作太多，操作很不方便。要使得操作者只通過簡單的操作即可完成剪草動作，可以用手推著剪草機向前行進，靠剪草機輪子的轉動將轉動運動轉變成往復移動而輸出到執(zhí)行構件。顯然

14、設計成手推動式草坪剪草機是合理可行的。2.3 用組合法實現(xiàn)增速為了讓操作者在正常行走速度下操作，傳遞出去的力應通過增速機構繼續(xù)傳遞。由于轉換機構的運動輸入構件作定軸轉動，這樣在剪草機動力輸入構件輪子和執(zhí)行構件滾刀之間，可以采用鏈傳動，帶傳動和齒輪傳動。由此，設計了以下幾種傳動方案。為了讓設計的剪草機結構緊湊，可以采用齒輪傳動。而齒輪傳動有直齒圓柱齒輪傳動，斜齒圓柱齒輪傳動，圓錐齒輪傳動和蝸輪蝸桿傳動等。由于蝸輪蝸桿傳動的傳動效率低，一般是蝸桿為主動輪，且軸線空間交錯，用來做剪草機，會使得支撐結構復雜。圓錐齒輪傳動的軸線相交，且其中一個齒輪需懸掛，也會使剪草機機構復雜。直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪

15、的軸線互相平行，支撐結構較簡單，同時剪草機的速度不高，載荷也不大，因此，可以選擇直齒圓柱齒輪作為增速機構。由于齒輪傳動的傳動比不能太大，增速不夠明顯，因此采用直齒輪加鏈輪傳動的組成方案。機構組成方案如圖23所示。圖23 機構組成方案2.4刀架高度調節(jié)機構我們還希望所設計的剪草機能實現(xiàn)剪草高度的調節(jié)。要實現(xiàn)此功能，還需要增加一個能使刀架（包括活動刀片和固定刀片）沿垂直方向移動的移動副，同時又要保證兩鏈輪之間的中心距保持不變，因此選用曲面滑塊,如圖24所示。圖24 曲面滑塊 第三章 結構設計3.1 傳動零件的設計3.1.1 齒輪機構設計1 選定齒輪的類型，精度等級，材料以及齒數(shù)1） 按照圖21所示

16、的傳動方案，因為齒輪受軸向力很小，故選用直齒圓柱齒輪傳動，制作比較簡單可以降低成本。2） 該剪草機工作時的速度較低，所以選擇8級精度（GB10095-88）。3） 材料選擇。由輪齒的失效形式可知，設計齒輪時，應該使齒面具有較高的抗磨損、抗點蝕、抗膠合以及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對齒輪的材料性能基本要求為：齒面要硬、齒芯要韌。一般齒輪材料有鋼，鑄鐵，以及非金屬材料。齒輪材料的選擇原則：齒輪材料必須滿足工作的要求；應考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型的方法以及熱處理和制造工藝：如正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊

17、載荷；調質碳鋼可以用于制作在中等沖擊載荷平穩(wěn)下工作的齒輪；合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下的齒輪；飛行器中的齒輪傳動，要求齒輪尺寸盡可能小，應采用表面硬化處理的高強度合金鋼；金屬制作的軟齒面齒輪，配對兩輪齒面的硬度差應保持為3050HBS或更多。由剪草機的工作條件可知對齒輪材料要求不高，而且大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，因此可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。根據(jù)齒輪材料選擇的原則以及常用材料的力學特性選擇大小齒輪的材料為ZG310-570，采用表面淬火。2 齒輪尺寸設計開式（半開式）齒輪傳動，由于輪齒主要為磨損失效，為使得輪齒不至于過小，故小齒輪不適宜選用過多的齒數(shù)，一般可取Z=1720。

18、本設計中選擇小齒輪齒數(shù)z=20，大齒輪的齒數(shù)，取。設計傳動比。人正常行走時的速度為大約1.2m/s,步距6075cm?？紤]到剪草時的實際情況，取0.8m/s。設計剪草機的后輪直徑為430mm。設想剪草機工作時處于理想狀況下即輪子只滾動不滑動。由此可得，后輪軸的轉速約為。查機械設計手冊得：橡膠輪胎對土路面的滾動摩擦力臂為1015/mm，由于設計要求剪草機質量不大于50Kg，則車輪沿地面的最大滾動阻力矩為。設計剪草機工作壽命為8年。3 軸和軸上齒輪2和齒輪1的設計基本參數(shù) 按齒面接觸強度設計由設計計算公式進行計算，即1） 確定公式內各計算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)（2）小齒輪轉矩 注：由機械設計手冊查

19、得：圓柱齒輪機械傳動7級精度的傳動效率為0.98-0.995（3）選取齒寬系數(shù)（4）材料的彈性影響系數(shù)（5）由齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限（6）計算應力循環(huán)次數(shù)（7）查得接觸疲勞壽命系數(shù); （8）計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得2）計算（1）計算小齒輪分度圓直徑，代入接觸疲勞許用應力中的較小值（2）計算圓周速度與齒寬（3）計算齒寬與齒高之比模數(shù) 齒高 （4） 計算載荷系數(shù)根據(jù)速度,7級精度，查得動載系數(shù);直齒輪，假設查得;使用系數(shù);7級精度小齒輪對稱支撐布置，；由，得；故載荷系數(shù)2. 按齒根彎曲疲勞強度設計彎曲疲勞強度的設計公式為1）

20、確定公式內的各計算數(shù)值（1）查得小齒輪的彎曲疲勞極限；齒輪的彎曲疲勞極限；（2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；;（3）計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得（4）計算載荷系數(shù)（5）查取齒形系數(shù)；（6）查取應力校正系數(shù),;（7）計算大、小齒輪的并加以比較得：大齒輪的數(shù)值大。2） 設計計算由上可得，小齒輪的分度圓直徑大于22.5mm，模數(shù)大于1.013即可滿足齒輪強度要求?？紤]到加工難易以及軸的強度故取模數(shù)m=6.5，小齒輪分度圓直徑為130mm。3. 幾何尺寸計算1） 計算分度圓直徑 2） 計算中心距 3） 計算齒輪寬度 取 , .4） 計算齒頂圓直徑 5） 計算齒根圓直徑齒輪結構通常與其

21、幾何尺寸，材料及制造工藝有關，一般多采用鑄造或者鍛造毛坯。當毛坯直徑大于400mm時，可以考慮鑄造毛坯；當齒輪根圓直徑與該處軸所需直徑差值過小時，為避免由于鍵槽處輪轂過于薄弱而發(fā)生失效，應將齒輪與軸加工成一體；由于小齒輪的齒頂圓直徑160mm，所以可以做成實心結構的齒輪。如圖示： 圖 31 齒輪結構形式圖 圖32 小齒輪形狀結構圖而大齒輪的齒頂圓直徑160mm，所以大齒輪的形狀結構如圖3-3所示： 圖33 大齒輪形狀結構圖3.1.2 鏈輪機構設計 鏈傳動主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠，以及其它不宜采用齒輪傳動的場合。其中滾子鏈使用最廣，且齒形鏈結構復雜，價格較高，制造較難，故此處采用滾子

22、鏈鏈傳動。 鏈輪的材料應能保證輪齒具有足夠的耐磨性和強度。由于小鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)比大鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)多，所受沖擊也較嚴重，故小鏈輪應采用較好的材料制造。所以大鏈輪的材料選用35鋼，小鏈輪則選用20鋼。1. 選擇鏈輪齒數(shù)假設鏈速v=0.63m/s，由機械設計手冊選取小鏈輪齒數(shù)；大鏈輪齒數(shù)。2. 計算功率由手冊查得工作情況系數(shù),故 3. 確定鏈條鏈節(jié)數(shù)初定中心距，則鏈節(jié)數(shù)為取節(jié)4. 確定鏈條的節(jié)距P由小鏈輪轉速估計，鏈工作在功率曲線頂點左側時，可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞。查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù);選取單排鏈，,故得所需傳遞的功率為由小鏈輪轉速及功率,考慮到剪草時的實際情況，根據(jù)手冊選取鏈號為10A單排鏈。

23、同時也證實原估計鏈工作在額定功率曲線頂點左側是正確的。再查得鏈節(jié)距P=15.875mm。5. 確定鏈長L及中心距a中心距減少量實際中心距取6. 驗算鏈速與原假設相符。7. 驗算小鏈輪轂孔由機械設計手冊查得小鏈輪轂孔許用最大直徑為45mm。8. 幾何尺寸計算1） 計算分度圓直徑 2） 計算齒頂圓直徑因此，取因此，取3） 計算齒根圓直徑小直徑的直徑可制成整體式，中等尺寸的鏈輪可制成孔板式。由計算結果可以得出大小鏈輪的形狀結構。如圖3-4，3-5所示：圖34 小鏈輪形狀結構圖圖35 大鏈輪形狀結構圖3.1.3 軸的設計1 軸的材料選擇軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則

24、直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造尤為廣泛，其中最常用的是45號鋼。合金鋼比碳鋼具有更高的力學性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。必須指出：在一般工作溫度下（低于200），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時，所根據(jù)的是強度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉剛度。但也應當注意，在既定條件下，有時也可以選擇強度較低的鋼材，而用適當增大軸的截面面積的辦法來提高軸的剛度。

25、各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強化處理（如噴丸、滾壓等），對提高軸的抗疲勞強度都有著顯著的效果。高強度鑄鐵和球墨鑄鐵容易作成復雜的形狀，且具有價廉，良好的吸振性和耐磨性，以及對應力集中的敏感性較低等優(yōu)點，可用于制造外形復雜的軸。根據(jù)軸的常用材料及其主要力學性能，結合此處的實際的情況，所受載荷小而且轉速低所以三個軸均選擇用45鋼（調質）。2 軸的結構設計軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸。軸的結構主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置以及形式；軸上零件的類型，尺寸，數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質，大小，方向以及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結構因素

26、較多，而且結構形式又要隨著具體情況的不同而不同，所以軸沒有標準的結構形式。設計時必須針對不同情況進行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結構都應該滿足：軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應便于裝拆和調整；軸應具有良好的制造工藝性等。軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈和軸承端蓋等來保證的。軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩類，利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然會使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應力集中。另外，軸肩過多時也不利于加工。因此，軸肩定位多用于軸向力較大的場合。套筒定位結構簡單，定位可靠，軸上不需開槽鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲

27、勞強度，一般用于軸上兩個零件之間的定位。如兩零件的間距較大時，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質量及材料用量。因套筒與軸的配合較松，如軸的轉速較高時，也不宜采用套筒定位。圓螺母定位可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應力集中，會降低軸的疲勞強度，故一般用于固定軸端的零件，有雙圓螺母和圓螺母與止動墊片兩種型式。當軸上兩零件間距離較大不宜使用套筒定位時，也常采用圓螺母定位。軸承端蓋用螺釘或榫槽與箱體聯(lián)接而使?jié)L動軸承的外圈得到軸向定位。在一般情況下，整個軸的軸向定位也常利用軸承端蓋來實現(xiàn)。軸上零件的周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對轉動。常用的周向定位零件有鍵花鍵、銷緊定螺釘以及過盈配合等，

28、其中緊定螺釘只用在傳力不大之處有配合要求的軸段，應盡量采用標準直徑。安裝標準件（如滾動軸承、聯(lián)軸器、密封圈等）部位的軸徑，應取為相應的標準值及所選配合的公差。為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應采用較小的直徑。為了使與軸作過盈配合的零件易于裝配，相配軸段的壓入端應制出錐度；或在同一軸段的兩個部位上采用不同的尺寸公差。確定各軸段長度時，應盡可能使結構緊湊，同時還要保證零件所需的裝配或調整空間。軸的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來確定的。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長度一般應比輪轂長度短

29、23mm。結合以上設計準則設計各個軸的結構尺寸如下：（1） 軸的設計1） 求作用在軸上齒輪2的力因為 ，故 （）由此可見，軸所承受的力很小。2） 初步確定軸的最小直徑根據(jù)機械設計手冊查得，取=112,于是得考慮到需要開鍵槽以及加工工藝，故取。顯然，軸的最小直徑是安裝車輪處，即。3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足車輪的軸向定位要求，車輪外用M16的螺母定位；內用套筒定位。初步選擇滾動軸承。因軸承同時承受的徑向和軸向力均很小，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，參照國家標準GB/T 276-1994,由軸承產品目錄中初步選取0組基本游隙組、標準精度級的單列深溝球軸承6004，其

30、尺寸為，由于需要安裝擋油環(huán)，所以軸承內用套筒定位，套筒用軸肩定位；外用軸承端蓋定位。軸承安裝在軸承架里，其周向定位是借助過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。由于軸上齒輪之間的配合原因，故取段的直徑為；取。取安裝齒輪處的軸段的直徑；。齒輪的右端采用軸肩定位，軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度。齒輪左端采用圓螺母定位，取用M27圓螺母，螺紋。；。軸承端蓋采用M5的螺釘固定，軸承端蓋的總寬度為20mm，故取。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。軸上零件的周向定位齒輪、車輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按由手冊查得平鍵截面（摘自GB/T 1095-2003），鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為50mm（摘自G

31、B/T 1096-2003）。 同時為了保證齒輪與軸的配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣車輪與與軸的聯(lián)接，選用B型平鍵，車輪與軸的配合為H7/k6.由機械設計手冊得，M16螺紋倒角為245；M27螺紋倒角為145；各軸肩處的圓角半徑取R1。初步確定的軸的結構如圖36所示。 圖36軸的結構（2） 軸的設計參照軸的結構設計，1） 求作用在軸上齒輪1的力2） 初步確定軸的最小直徑取=112 考慮到需要開鍵槽以及加工工藝，故取=20mm。顯然，軸的最小直徑是安裝軸承處。3） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度初步選擇滾動軸承。由軸承產品目錄中初步選取0組基本游隙組、標

32、準精度級的單列深溝球軸承6004，其尺寸為，外部定位方式為軸承架定位，內部為套筒定位。故取。；。-段和-段是安裝大鏈輪的軸段，故其直徑為30mm，長度為10mm。左右兩端定位分別為軸肩定位和套筒定位。軸肩直徑為，長度為，。段為小齒輪。分度圓直徑為130mm。長度為134mm，左端用圓螺母定位，右端用軸肩定位。圓螺母選取M42,該段長25mm。軸肩直徑為52mm，長10mm。軸上零件的周向定位齒輪和鏈輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。選用平鍵分別為和B型平鍵，配合為H7/n6。取軸端倒角為145，各軸肩處的圓角半徑取R1。初步確定的軸的結構如圖37所示。 圖37 軸的結構（3） 軸的設計參照軸，軸

33、的結構設計，可以得出：取軸的=20mm亦滿足強度要求。顯然，軸的最小直徑是安裝軸承處。3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度取=13mm。初步選擇滾動軸承。由軸承產品目錄中初步選取兩組軸承均為0組基本游隙組、標準精度級的單列深溝球軸承6004，其尺寸為，兩軸承與鏈輪之間用套筒定位。外側采用軸承架定位。；。-段和-段是安裝小鏈輪的軸段，故選其直徑為30mm，長度為10mm。左右定位均用套筒定位。-段為安裝滾刀處。采用套筒定位。直徑為，長度為。軸上零件的周向定位小鏈輪與軸的周向定位均采用B型平鍵聯(lián)接。選用平鍵為B型平鍵，滾刀與軸的聯(lián)接選用平鍵，配合均為H7/n6。取軸端倒角為145，各軸肩處

34、的圓角半徑取R1。初步確定的軸的結構如圖38所示。 圖38 軸的結構（4）底刀軸的設計根據(jù)以上軸的設計經驗可做出底刀軸的結構如下：取33.5mm。并外接直徑為30的旋轉手柄。初步選擇滾動軸承。選用同上軸同樣的滾動軸承。內部采用軸肩定位，外部一端用軸承架定位，有外接手柄的一端用軸承端蓋定位。，；。段是安裝底刀的部分，取。軸承端蓋的總寬度為31mm，用M5螺釘固定。底刀與軸之間的定位采用過渡配合和螺紋聯(lián)接。取軸端倒角，螺紋倒角為145，各軸肩處的圓角半徑取R1。初步確定的底刀軸的結構如圖39所示。 圖39 底刀軸的結構3 提高軸強度的措施(1) 合理布置軸上零件以減小軸的載荷；(2) 改進軸的結構

35、以減小應力集中的影響；軸通常是在變應力條件下工作的,軸的截面尺寸發(fā)生突變處要產生應力集中,軸的疲勞破壞往往在此發(fā)生。為了提高軸的疲勞強度，應盡量減少應力集中源和降低應力集中程度。為此軸肩處應采用較大的過渡圓角半徑r來降低應力集中。但對定位軸肩，還必須保證零件得到可靠的定位。當靠軸肩定位的零件的圓角半徑很小時，為了增大軸肩處的圓角半徑，可采用內凹圓角或加裝隔離環(huán)。(3)改進軸上零件的結構以減小軸的載荷；(4)改進軸的表面質量以提高軸的疲勞強度；軸的表面粗糙度和表面強化處理方法也會對軸的疲勞強度產生影響。軸的表面愈粗糙，疲勞強度也愈低。因此，應合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。表面強化處理的

36、方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學熱處理；碾壓、噴丸等強化處理。通過碾壓、噴丸進行表面強化處理時可使軸的表層產生預壓應力，從而提高軸的抗疲勞能力。各個軸均采用淬火處理。4 軸的結構工藝性 軸的結構工藝性是指軸的結構形式應便于加工和裝配軸上零件，并且生產率高，成本低。一般地說,軸的結構越簡單,工藝性越好。因此,在滿足使用要求的前提下,軸的結構形式應盡量簡化。為了便于裝配零件并去掉毛刺，軸端應制出45的倒角；需要磨削加工的軸段，應留有砂輪越程槽；需要切制螺紋的軸段，應留有退刀槽。它們的尺寸可參看標準或手冊。為減少加工了減少裝夾工件的時間，在同一軸上，不同軸段的鍵槽應布置（或投

37、影）在軸的同一母線上。為了刀具種類和提高勞動生產率，軸上直徑相近的圓角、倒角、鍵槽寬度、砂輪越程槽寬度和退刀槽寬度等應盡可能采用相同的尺寸。3.1.4 軸承校核滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的零件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉動零件的。常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經標準化，并由專業(yè)工廠大量制造即供應各種規(guī)格常用的軸承。滾動軸承的構成：包括：內圈、外圈、滾動體、保持架 內圈用來和軸頸裝配，外圈用來和軸承座孔裝配。通常是內圈隨軸頸回轉，外圈固定，但也可以用于外圈回轉而內圈不動，或是內、外圈同時回轉的場合。當內、外圈相對轉動時，滾動體即在內、外圈的滾道內滾動。保持架的作用主要是均勻地隔開滾動體

38、。 滾動體的基本類型有：鋼球、圓柱滾子、圓錐滾子、滾針、鼓形滾子、不對稱鼓形滾子。 與滑動軸承相比，滾動軸承具有旋轉精度高、啟動力矩小、是標準件、選用方便等特點。與滑動軸承相比，滾動軸承的優(yōu)點：1、一般條件下，滾動軸承的效率和液體動力潤滑軸承相當，但較混合潤滑軸承要高一些；2、徑向游隙比較小，向心角接觸軸承可用預緊可用預緊力消除游 隙， 運轉精度高；3、對于同尺寸的軸徑，滾動軸承的寬度比滑動軸承小，可使機器的 軸向結構緊湊；4、大多數(shù)滾動軸承能同時受徑向和軸向載荷，故軸承組合結構簡單；5、消耗潤滑劑少，便于密封，易于維護；6、不需要有用有色金屬；7、標準化程度高，成批生產，成本低；與滑動軸承相

39、比，滾動軸承的缺點：1、承受沖擊載荷能力較差；2、高速重載載荷下軸承壽命較低；3、振動及噪聲較大；4、徑向尺寸比滑動軸承；能否正確選用滾動軸承，對主機能否獲得良好的工作性能，延長使用壽命；對企業(yè)能否縮短維修時間，減少維修費用，提高機器的運轉率，都有著十分重要的作用。因此，不論是設計制造單位，還是維修使用單位，在選擇滾動軸承時都必須高度重視。一般來說，選擇軸承的步驟可能概括為：1.根據(jù)軸承工作條件（包括載荷方向及載荷類型、轉速、潤滑方式、同軸度要求、定位或非定位、安裝和維修環(huán)境、環(huán)境溫度等），選擇軸承基本類型、公差等級和游隙；2.根據(jù)軸承的工作條件和受力情況和壽命要求，通過計算確定軸承型號，或根

40、據(jù)使用要求，選定軸承型號，再驗算壽命；3.驗算所選軸承的額定載荷和極限轉速。選擇軸承的主要考慮因素是極限轉速、要求的確良壽命和載荷能力，其它的因素則有助于確定軸承類型、結構、尺寸及公差等級和游隙工求的最終方案。類型選擇，各類滾動軸承具有不同的特性，適用于各種機械的不同使用情況。選擇軸承類型時，通常應考慮下列因素。一般情況下：對承受推力載荷時選用推力軸承、角接觸軸承，對高速應用場合通常使用球軸承，承受重的徑向載荷時，則選用滾子軸承。總之，選用人員應從不同生產廠家、眾多的軸承產品中，選用合適的類型。軸承所占機械的空間和位置在機械設計中，一般先確定軸的尺寸，然后，根據(jù)軸的尺寸選擇滾動軸承。通常是小軸

41、選用球軸承，大軸選用滾子軸承。但是，當軸承在機器的直徑方向受到限制時，則選用滾針軸承、特輕和超輕系列的球或滾子軸承；當軸承在機器的軸向位置受到限制時，可選用窄的或特窄系列的球或滾子軸承。軸承所受載荷的大小、方向和性質載荷是選用軸承的最主要因素。滾子軸承用于承受較重的載荷，球軸承用于承受較輕的或中等載荷，滲碳鋼制造或貝氏體淬火的軸承，可承受沖擊與振動載荷。在載荷的作用方向方面，承受純徑向載荷時，可選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。承受較小的純軸向載荷時，可選用推力球軸承；承受較大的純軸向載荷時，可選用推力滾子軸承。當軸承承受徑向和軸向聯(lián)合載荷時，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。對于懸臂

42、支撐結構，常采用圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，且成對使用。滾動軸承類型選擇應注意的問題: 1、考慮軸承的承受載荷情況方向：受徑向力時，用向心軸承；受軸向力時，用推力軸承；徑向力和周向力聯(lián)合作用時，用向心推力軸承；大小：受到較大載荷時，可用滾子軸承，或尺寸系列較大的軸承；受到較小載荷時，可用球軸承，或尺寸系列較小的軸承2、考慮對軸承尺寸的限制當對軸承的徑向尺寸嚴格限制時，可選用滾針軸承； 3、考慮軸承的轉速一般來講，球軸承比滾子軸承能適應更高的轉速，輕系列的軸承比重系列的軸承能適應更高的轉速；此外，各類推力軸承的極限轉速很低，不易用于高轉速的情況。4、考慮對軸承的調心性要求調心球軸承和調心滾子軸承

43、均能滿足一定的調心要求（即：軸心線與軸承座孔心線可適當偏轉），而圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承滿足調心要求的能力幾乎為零根據(jù)各個軸承的特點以及選用原則，可以肯定我們初步選定的型號6004深溝球軸承滿足要求。由于軸3所承載的載荷最大，且軸3的轉速最大，故軸3上的軸承最危險。若此軸承壽命滿足要求，則其它軸承亦可滿足要求。所選6004深溝球軸承的基本額定動載荷C為9.38kN假設鏈傳動的效率為0.9。顯然，軸承壽命滿足要求。3.2 剪草機構的設計3.2.1 斷草方式選擇1 用割的方式 即用刀將草截斷。但是草比較柔軟，而且一端自由，采用割的方式將草截斷較難以實現(xiàn)。2 用打的方式 即用刀片或打草繩

44、將草打斷。用這種方法修草時所需要的速度非常高，要求在草還沒被打倒之前將草打斷，這樣的修草產品以有，但是都是得用引擎驅動，不符合我們的環(huán)保設計要求。3 用剪斷的方式 即用刀將草剪斷，用兩個刀片作相對運動的原理較容易將草剪斷，而且不需要很高的速度。綜合以上幾種方案的優(yōu)缺點，結合實際設計理念以及實際需求，我們選擇設計剪斷方式斷草。3.2.2 刀架設計1剪切裝置剪切裝置由的滾刀和底刀組成。底刀固定在底刀架上 ,剪草時位置不動 ,刀刃為直線型。滾刀結構如圖 310所示 ,滾刀的刀片形狀為螺旋曲面 ,刀刃為螺旋線 ,五片刀片均勻分布固定在刀架上。剪草時 ,滾刀向前轉動 ,刀刃由一端開始與底刀刃逐點組成剪口

45、 ,草隨著滾刀刀片螺旋面的旋轉被卷進剪口內 ,并被剪斷。上下刀刃在剪草過程中始終為點接觸。2 刀刃間隙調整裝置刀刃間隙調整裝置由圖 311中的旋轉手輪、螺紋聯(lián)接組成。旋轉手輪 ,使軸沿螺紋因旋合的長短而帶動底刀架以軸為支點轉動 ,隨著底刀架的轉動 ,底刀便上下移動 ,就可調整底刀與滾刀刀刃之間的間隙。手柄左旋 ,間隙增大；手柄右旋 ，間隙減小。3.2.3 刀架高度調節(jié)機構為了實現(xiàn)剪草高度的調節(jié)，我們設計了刀架沿著垂直方向的移動副，通過兩側的導向槽確定了移動的軌跡，我們設計了一個螺栓跟滑塊相聯(lián)接，通過螺栓的轉動即可調節(jié)刀架的高度，同時通過螺栓的自鎖將滑塊固定在需要的位置。其結構如圖311所示12

46、 1-滾刀片 2-滾刀底座 圖310 滾刀54321 1-軸承架 2-調節(jié)手柄 3-手柄固定件 4-滑塊固定件 5-滑塊圖311 刀架高度調節(jié)機構3.3 前輪總成選擇根據(jù)實際需要和成本考慮選擇由佛山市南海區(qū)環(huán)球工業(yè)腳輪廠生產的前輪總成，如圖310其參數(shù)如下：型號：3303626輪徑：100 mm輪寬：30mm載荷：60kg安裝尺寸高度：105mm螺桿參數(shù)：M1225圖312 前輪總成3.3 整機三維裝配圖311 三維裝配圖第四章 功能特點以及創(chuàng)新點本設計作品的主要功能及特點如下：1、該機采用固定刀片與活動刀片相對滑動的剪切原理，結構緊湊，體積小，質量輕，噪音小，無污染，使用靈活方便，適合小面積

47、草坪的剪草處理；2、無需引擎驅動，使用安全可靠，便于維修；3、剪草高度可以在20100mm之間調整，割幅400mm,外型尺寸（長寬高：800634400mm）；4、前輪采用萬向輪，具有良好的導向性，使得剪草機轉彎時易于推動；5、金屬手柄易于折疊，以減小包裝尺寸，手柄長度可伸縮，對于不同身高的操作者都適用；6、外觀造型美觀，適合家庭用戶的審美要求；7、采用滾刀刀具，剪草效果理想，而且成本較低，是小面積草坪修剪的首選產品。該設計作品的主要創(chuàng)新點如下：1、無引擎驅動，節(jié)省能源，無污染（噪音、廢氣），采用綠色環(huán)保設計；2、采用齒輪鏈輪機構（實現(xiàn)增速），提高整機的工作效率，解決了手動剪草機工作效率不高的

48、問題；3、采用了剪草高度調節(jié)機構，解決了目前手動剪草機不易實現(xiàn)高度調節(jié)的 問題；4、外觀造型新穎，推桿可折疊伸縮，適合家庭用戶使用?？?結畢業(yè)設計是對我大學四年學習成果的總結，是對我將來的學習、工作最為有力的一次鍛煉。它促進我將所學的理論知識與實踐有機的結合，并且深深的體會到了自己所學專業(yè)的博大精深。盡管在設計中遇到許多難題與不曾接觸過的東西，但在老師的幫助和我的刻苦努力下都一一克服，并學到了許多的實踐經驗。盡管我所設計的東西可能還有許多欠缺，但是我確實在此次設計中學得了很多東西，它將對我以后的學習與工作產生很大的影響。我這次設計的題目是：草坪剪草機設計，在整個設計過程中做了如下工作：1、查閱

49、有關的文獻資料，了解當今國內外剪草機的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，也看到了創(chuàng)新設計巨大發(fā)展?jié)摿Α?、根據(jù)剪草機的用途，對剪草機的傳動系統(tǒng)以及執(zhí)行機構進行了充分的論證，最終確定了方案。3、對典型零件如直齒輪、鏈輪、軸以及進行了詳細的設計計算，并進行了校核。4、對所用軸承進行了強度校核和以及壽命計算。5、零件的圖紙以及裝配圖設計。6、進行了剪草機的三位設計及建模通過這次畢業(yè)設計，使我具有了嚴謹、認真的工作作風，為自己今后學習更多的專業(yè)知識奠定了堅實的基礎，也為我將所學的知識應用到實際生產中提供了一次很好的鍛煉機會，必將對我的將來產生深遠的影響。 參考文獻1 成大先.機械設計手冊(單行本)機械傳動M.北京：化學工業(yè)出版社,20042 濮良貴，紀名剛.機械設計(第七版)M.北京：高等教育出版