手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)論文

手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)論文論文題目手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)-1-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文中文摘要手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)摘要為了更好的適應(yīng)人們的需求,通過仔細(xì)分析對比,改進(jìn)了原有的切割形式。本設(shè)計(jì)中,手推式剪草機(jī)主要利用滾動的輪子帶動機(jī)械運(yùn)動。手推式剪草機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,連接平穩(wěn),噪音極小,并且操作十分容易,既給使用人帶來方便,也給周圍的人帶來舒適,安靜的環(huán)境。能更好的滿足客戶的需要。本文基于機(jī)械設(shè)計(jì)和相關(guān)的理論研究,設(shè)計(jì)了手推式剪草機(jī)的傳動部分,并且用凸輪和推桿的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了端面齒輪和撥桿。此次設(shè)計(jì)的手推式剪草機(jī)的左右兩側(cè)對稱,其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單受力均勻運(yùn)行平穩(wěn)摩擦阻力小,彎曲性能好不易出現(xiàn)堵塞,具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。畢業(yè)論文外文摘要關(guān)鍵詞草坪修剪機(jī)剪草減速器手推凸輪組件改進(jìn)設(shè)計(jì)-2-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書ThedesignofhandpushinglawncropperAbstractInordertoadapttothedemandsofthepeople,throughanalysisandcomparison,Iimprovetheoriginalformofcutting.Thisdesign,handthrustlawnmowersmainlyusethescrollwheeldrivemechanicalmotionHandthrustlawnmowershassimplestructure,lownoise,smoothoperation,andveryeasytouse,bringconveniencetopeoplearound,comfortableandquietenvironment.TobettermeettheneedsoftheclientBasedonthemechanicaldesignandrelevanttheoryresearchanddesign,handthrustlawnmowerstransmissionpart,andthedesignmethodofCAMandputtingtheendgearanddialdesign.Thedesignofthehandthrustaboutlawnmowers,itscharacteristicisthesymmetryofsimplestructure,smoothoperation,smallbending,friction,goodperformance,donotappeartojam,strongadaptabilityKeywordsThelawncropperCutgrassreducerHandpushingCAMcomponentsimprovementdesign-3-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)目錄1技術(shù)任務(wù)書-6-1.1設(shè)計(jì)的依據(jù)錯誤!未定義書簽。1.2產(chǎn)品的用途及使用范圍..錯誤!未定義書簽。1.3主要技術(shù)指標(biāo)和重要技術(shù)參數(shù)錯誤!未定義書簽。1.3.1該手推式剪草機(jī)的總體設(shè)計(jì)參數(shù).錯誤!未定義書簽。1.3.2該手推式剪草機(jī)的刀具設(shè)計(jì)參數(shù).錯誤!未定義書簽。1.4主要工作原理.錯誤!未定義書簽。1.5國內(nèi)外研究現(xiàn)狀錯誤!未定義書簽。1.5.1國內(nèi)外發(fā)展概述..錯誤!未定義書簽。1.5.2常見的剪草機(jī)械分類.錯誤!未定義書簽。1.5.3常見幾種剪草機(jī)械剪草原理..錯誤!未定義書簽。1.6已經(jīng)考慮過的若干方案的比較錯誤!未定義書簽。1.6.1手推式剪草機(jī)的工作設(shè)計(jì)方案..錯誤!未定義書簽。1.6.2其他工作設(shè)計(jì)方案的比較錯誤!未定義書簽。1.7關(guān)鍵問題及其解決辦法..錯誤!未定義書簽。1.7.1增速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇.錯誤!未定義書簽。1.7.2幾種增速方式的實(shí)現(xiàn)比較錯誤!未定義書簽。1.8機(jī)構(gòu)的功能及特點(diǎn)錯誤!未定義書簽。1.9機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與用戶的一致性分析錯誤!未定義書簽。2.設(shè)計(jì)計(jì)算說明書.錯誤!未定義書簽。2.1設(shè)計(jì)方案論證錯誤!未定義書簽。2.1.1手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)原理錯誤!未定義書簽。2.1.2方案的選擇錯誤!未定義書簽。2.2齒輪的計(jì)算部分..錯誤!未定義書簽。2.2.1機(jī)構(gòu)的動力計(jì)算..錯誤!未定義書簽。2.2.2齒輪設(shè)計(jì)思路及要求.錯誤!未定義書簽。.齒輪設(shè)計(jì)過程錯誤!未定義書簽。2.3軸的計(jì)算部分錯誤!未定義書簽。2.3.1手推式剪草機(jī)中軸2的設(shè)計(jì)錯誤!未定義書簽。2.3.2手推式剪草機(jī)中軸1的設(shè)計(jì)錯誤!未定義書簽。2.4刀具的設(shè)計(jì)計(jì)算部分.錯誤!未定義書簽。2.4.1刀具的概述錯誤!未定義書簽。2.4.2刀具的運(yùn)動分析..錯誤!未定義書簽。2.4.2刀具的結(jié)構(gòu)尺寸及相關(guān)參數(shù)..錯誤!未定義書簽。-4-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2.5端面齒輪及撥桿的設(shè)計(jì)部分錯誤!未定義書簽。2.5.1端面齒輪和撥桿的概述.錯誤!未定義書簽。2.5.2端面齒輪和撥桿的運(yùn)動分析..錯誤!未定義書簽。2.6結(jié)論..錯誤!未定義書簽。2.6.1剪草機(jī)的使用方法..錯誤!未定義書簽。2.6.1剪草前應(yīng)注意的事項(xiàng)..錯誤!未定義書簽。2.6.3制造價(jià)格及應(yīng)用范圍..錯誤!未定義書簽。3.使用說明書(SM)錯誤!未定義書簽。3.1設(shè)備的名稱.錯誤!未定義書簽。3.2設(shè)備的安裝.錯誤!未定義書簽。3.3設(shè)備的試車運(yùn)轉(zhuǎn)錯誤!未定義書簽。3.4設(shè)備的操作和維護(hù)錯誤!未定義書簽。4.標(biāo)注化審核報(bào)告(BS)..錯誤!未定義書簽。4.1產(chǎn)品圖樣的審查..錯誤!未定義書簽。4.2產(chǎn)品技術(shù)文件的審查..錯誤!未定義書簽。4.3標(biāo)注件的使用情況..錯誤!未定義書簽。4.4審查結(jié)論.錯誤!未定義書簽。參考文獻(xiàn)..錯誤!未定義書簽。致謝錯誤!未定義書簽。-5-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)1技術(shù)任務(wù)書1.1設(shè)計(jì)的依據(jù)剪草機(jī)械至今已有100多年的歷史,目前人們普遍使用的是電動剪草機(jī)械。由于剪草機(jī)械多在人口稠密的地區(qū)作業(yè),流動性大,對機(jī)械的震動、噪音、廢氣排放、質(zhì)量等指標(biāo)要求較高?，F(xiàn)在的剪草機(jī)多使用內(nèi)燃機(jī)作動力,排氣污染量相對于汽車的較少,但其噪聲危害卻很大。美國EPA美國環(huán)境保護(hù)局及歐盟對割草機(jī)等用發(fā)動機(jī)的排放均有相應(yīng)的法規(guī);德國還出臺了控制噪聲污染的《蘭色天使》法規(guī);歐洲一些城市推出過引導(dǎo)性計(jì)劃,通過稅收優(yōu)惠及獎勵等措施鼓勵“綠色經(jīng)營者”以加速環(huán)保技術(shù)的發(fā)展。手推式剪草機(jī)主要利用滾動的輪子帶動機(jī)械運(yùn)動。手推式剪草機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,連接平穩(wěn),噪音極小,并且操作十分容易,既給使用人帶來方便,也給周圍的人帶來舒適,安靜的環(huán)境。1.2產(chǎn)品的用途及使用范圍目前市面上的剪草機(jī)大多需動力引擎,這會產(chǎn)生較大的噪音,帶來環(huán)境污染,在辦公和學(xué)習(xí)的地方,這種需動力引擎的剪草機(jī)就顯得非常不受歡迎。由于動力引擎剪草機(jī)有動力裝置,保養(yǎng),維護(hù)費(fèi)用較高;同時(shí)動力引擎剪草機(jī)主要依靠刀片的高速旋轉(zhuǎn)把草排出,因此,對整機(jī)的安全性要求較高,操作時(shí)也會給工作人員帶來強(qiáng)烈的震動,使操作很不舒適。雖然,動力引擎草坪剪草機(jī)剪草效率較高,剪草效果較好,但是,其價(jià)格也較昂貴,就目前來說,一般的用戶難以接受。通過市場調(diào)研,我們決定設(shè)計(jì)一種無引擎驅(qū)動,無噪音污染,剪草高度可調(diào)節(jié),輕便簡潔,操作方便和美觀實(shí)用適用于一般用戶的草坪剪草機(jī)。該產(chǎn)品主要用于家用,及面積不大的草坪修剪。無需引擎,可謂綠色環(huán)保的剪草機(jī)。對提倡環(huán)保的地域,是理想的剪草工具。-6-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1.3主要技術(shù)指標(biāo)和重要技術(shù)參數(shù)1.3.1該手推式剪草機(jī)的總體設(shè)計(jì)參數(shù)586??369200mm外形尺寸:輸入功率:輪子轉(zhuǎn)速:輪力矩:M30kg凈質(zhì)量:變速要求:單級刀具,一固定刀片和一活動刀片相互運(yùn)動單根剪草載荷:N500根同時(shí)剪草量:1.3.2該手推式剪草機(jī)的刀具設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng)目切割切割幅刀片刀片刀片往復(fù)刀片配套動力操作凈重器的寬間距運(yùn)動頻率形狀人數(shù)形式形式手推往復(fù)240mm20mm單動860r/min平形149.1W1人30kg式剪切割113r/min草機(jī)1.4主要工作原理本次設(shè)計(jì)的手推式剪草機(jī)主要利用輪子運(yùn)動傳動變速箱中的齒輪實(shí)現(xiàn)刀具的往復(fù)運(yùn)動的功能。手推式剪草機(jī)由變速齒輪、端面齒輪、撥桿和剪刀等構(gòu)件組成,端面齒輪和撥桿是一對工作組合。端面齒輪通過自身的轉(zhuǎn)動將旋轉(zhuǎn)方向的力傳動給撥桿,引起水平方向的往復(fù)運(yùn)動,從而使刀具自身往復(fù)運(yùn)動。由于剪草機(jī)變速變矩范圍不夠大,因此在刀具的選擇上尤其注意以提高剪草機(jī)自身效率為重要原則。剪草機(jī)工作時(shí)由人推動機(jī)器行走,從而使剪草機(jī)的后輪1傳動,帶動與其同在一根-7-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)軸上的大齒輪2傳動,通過齒輪2與齒輪3組成的增速機(jī)構(gòu)使速度得以提升,并帶動端面凸輪4(為了實(shí)現(xiàn)幾何形狀封閉和便于調(diào)整,采取兩個(gè)端面凸輪以背靠背形式裝配)回轉(zhuǎn),端面凸輪4帶動撥桿5運(yùn)動,通過端面凸輪4與撥桿5組成的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動,使固定其上的活動刀片與固定在機(jī)架上的固定刀片形成相對交錯運(yùn)動,完成剪草動作。如圖1?1所示:圖1?1機(jī)器的運(yùn)動簡圖1.5國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.5.1國內(nèi)外發(fā)展概述l9世紀(jì)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(yùn)動的興起,保持完善的草地做運(yùn)動場便成為當(dāng)務(wù)之急。英國人EdwinBudding利用旋轉(zhuǎn)式機(jī)械工作的原理發(fā)明了滾刀式剪草機(jī),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(jī)取得專利,美國的草坪業(yè)也由此起步。不過幾年,便有37項(xiàng)有關(guān)剪草機(jī)的發(fā)明獲得專利。到1881年,總共有4萬多臺剪草機(jī)被生產(chǎn)和銷售。最初的剪草機(jī)均為人力驅(qū)動;1890年,在英國開始設(shè)計(jì)有動力驅(qū)動的剪草機(jī)。從最初的蒸汽動力驅(qū)動發(fā)展到小型內(nèi)燃機(jī)動力驅(qū)動;1909年,美國科學(xué)家Leoni取得了動力型機(jī)械式剪草機(jī)專利,盡管剪草機(jī)由汽油機(jī)驅(qū)動,但整個(gè)裝置仍由馬拉行走。在草坪修剪機(jī)械發(fā)展的歷史上,第二次世界大戰(zhàn)是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在20世紀(jì)30年代-8-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書前后,每年生產(chǎn)的各類剪草機(jī)數(shù)量約3萬臺左右。戰(zhàn)后,美國經(jīng)濟(jì)得到復(fù)興,允許現(xiàn)役軍人低價(jià)買房不付現(xiàn)金,大批建設(shè)房屋并出售,促使草坪修剪機(jī)械得到迅速發(fā)展,生產(chǎn)量急劇上升,1947年達(dá)36萬臺,1974年達(dá)700萬臺。20世紀(jì)70年代后期開始,剪草機(jī)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(jī)在數(shù)量增加的同時(shí),其性能也在不斷改進(jìn)。1950年,美國第一臺無線電操縱的剪草機(jī)誕生;1978年,C1arenceNoke研制出了一種可進(jìn)行草坪修剪編程的剪草機(jī)";20世紀(jì)80年代,一些新的草坪設(shè)備又投放市場,如Mulchingmower,Shredder,Lawndethatcher,Stringtrimmer等,以及清潔草坪用的Blower,Lawnvacuum,Lawnsweeper。到了80年代后期,stringtrimmer被認(rèn)為是一件普通的家庭用具。我國生產(chǎn)剪草機(jī)起步較晚,生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍較小,產(chǎn)品用途單一,品種數(shù)量少,遠(yuǎn)不能滿足要求,而且質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家的相比也有很大差距。所以長期以來,草坪剪草機(jī)多以進(jìn)口為主,主要來自日本、美國、意大利和瑞典等國。據(jù)統(tǒng)計(jì),1999年的剪草機(jī)銷售量在3萬臺左右,其中80%為進(jìn)口;2000年我國各類草坪機(jī)械保有量達(dá)13余萬臺,剪草機(jī)進(jìn)口量在3.16萬臺左右;近兩年,草坪機(jī)械平均年增長率達(dá)到30%左右,國內(nèi)每年草坪機(jī)械的銷售總額大約為1.2億~1.3億元人民幣,其中從國外進(jìn)口的機(jī)械占85%,國內(nèi)自行生產(chǎn)的產(chǎn)品占15%左右,其合計(jì)銷量約在1萬臺左右。1.5.2常見的剪草機(jī)械分類剪草機(jī)械按動力劃分可以分為機(jī)動和人推的兩類。按動力又分為柴油機(jī)、汽油機(jī)和電動機(jī)3類驅(qū)動。其中以小型汽油機(jī)作為動力的較為普遍,而柴油機(jī)多用于大型的剪草機(jī)械,如牧場的割草機(jī);按剪草時(shí)刀片運(yùn)動的方式可分為滾刀式、旋刀式和剪切式3種;按切割器形狀可分為旋刀式、滾刀式、往復(fù)割刀式和甩刀式等;按駕駛形式分類,可分為推動式步行式、自行式、坐騎式駕乘式;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(jī)式等。剪草機(jī)的剪草幅寬一般為400~lO00mm,剪草高度從15~lOOmm有幾個(gè)調(diào)節(jié)擋位。1.5.3常見幾種剪草機(jī)械剪草原理(1)滾刀式剪草機(jī)-9-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)其由帶有刀片的滾筒和不動的床刀組成。滾刀的形狀像一個(gè)圓柱形鼠籠,切割刀呈螺旋形安裝在圓柱表面,滾刀旋轉(zhuǎn)帶動草莖相對于底刀產(chǎn)生一個(gè)逐漸切割的滑動剪切而將草莖剪斷。滾刀式剪草機(jī)剪草的質(zhì)量取決于滾刀上刀片數(shù)和滾刀的轉(zhuǎn)速,滾刀上刀片數(shù)越多,單位長度行進(jìn)中切割的次數(shù)就越多,切下的草也越細(xì),滾刀的刀片數(shù)一般為3~12片不等;滾刀的轉(zhuǎn)速越高,切下的草也越細(xì)。滾刀式剪草機(jī)是高質(zhì)量草坪最常用的剪草機(jī)型,適用于草高3~80mm的草坪,其價(jià)格貴,維修保養(yǎng)要求嚴(yán)格。(2)旋刀式剪草機(jī)又稱懸刀式它是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)打切草的上部葉片。其工作裝置為一長條形剪草刀或多把剪草刀在水平刀盤上,高速旋轉(zhuǎn)的刀刃與草莖碰撞而將其割斷,為無支承切割。刀刃的后面是類風(fēng)葉形狀,在高速旋轉(zhuǎn)下,對地面形成一定的真空將草莖吹成直立狀態(tài),便于切割并與罩殼相結(jié)合,形成渦流將割下的碎草送人集草裝置或從罩殼25~80mm出口噴出灑到草坪,適于范圍內(nèi)剪草,它的價(jià)格相對低廉,保養(yǎng)、維修和使用都很方便,是國內(nèi)外目前最流行的剪草機(jī)。(3)甩刀式剪草機(jī)其切割裝置由多把垂直于地面的刀片鉸接在旋轉(zhuǎn)組成的旋轉(zhuǎn)軸上,當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí),在離心力作用下,其刀片像垂直于軸芯的甩刀,端部刀刃不斷地沖擊切割草莖。由于刀片與刀軸或刀盤為鉸接,當(dāng)碰到堅(jiān)硬沖擊不斷的物體時(shí)可以避讓而不致?lián)p壞機(jī)器。(4)甩繩式剪草機(jī)其工作裝置是由一個(gè)內(nèi)裝尼龍繩的打草盤、背向人的護(hù)罩組成。當(dāng)打草盤高速旋轉(zhuǎn)時(shí),露在外面的尼龍繩在離心力作用下,像一束伸直的刀刃快速撞擊草莖而切割斷草。由于尼龍繩是柔性的,其撞擊障礙物時(shí)退讓,不會損壞機(jī)器本身,也不會對障礙物有較大的破壞。1.6已經(jīng)考慮過的若干方案的比較1.6.1手推式剪草機(jī)的工作設(shè)計(jì)方案我們所設(shè)計(jì)的手推式草坪剪草機(jī)首先要通過一個(gè)傳力構(gòu)件將人力傳遞出去。為了讓操作者在正常行走速度下操作,傳遞出去的力應(yīng)通過增速機(jī)構(gòu)繼續(xù)傳遞。因執(zhí)行修剪草-10-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書動作刀片的相對運(yùn)動方向與人行進(jìn)的方向垂直,經(jīng)前面增速機(jī)構(gòu)傳遞過來的運(yùn)動都需要再經(jīng)過一級轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)傳遞到執(zhí)行構(gòu)件。通過分析得到手推式草坪剪草機(jī)的組成框圖,如圖1?2所示。圖1?2手推式草坪剪草機(jī)的組成框圖1.6.2其他工作設(shè)計(jì)方案的比較能實(shí)現(xiàn)手推式草坪修草功能的技術(shù)原理較多,但各有利弊,具體分析如下:(1)用腳驅(qū)動用腳驅(qū)動時(shí),一般操作者都需站在或坐在被驅(qū)動的機(jī)器上用力,這樣所設(shè)計(jì)的修草機(jī),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,使機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,尺寸較大,不適合小面積草坪使用。(2)用手驅(qū)動用手驅(qū)動,可避免用腳驅(qū)動時(shí)存在的問題,使所設(shè)計(jì)的機(jī)器小巧,且可靈活操作。因此,我們選擇設(shè)計(jì)手動式修草機(jī)。(3)用割的方式即用刀將草截?cái)?。但草柔?且一端自由,采取割的方式將草截?cái)噍^難實(shí)現(xiàn)。(4)用打的方式即用刀片或打草繩將草打斷。用此法修草時(shí)所需的速度非常高,以其在草還沒被打倒之前將草打斷,這樣的修草產(chǎn)品已有,但效果不好。(5)用剪的方式即用刀將草剪斷,用兩個(gè)刀片作相對運(yùn)動的原理較易將草剪斷,且不需要很高的速度。因此,我們選擇設(shè)計(jì)成手動式剪草機(jī)。-11-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)手動的形式又用手搖動和用手推動兩種。機(jī)械容易實(shí)現(xiàn)的是簡單的轉(zhuǎn)動和往復(fù)直線運(yùn)動,如果用手搖動手柄實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件的往復(fù)移動,由于剪草機(jī)還要靠人力推著向前行進(jìn),操作者要完成的動作過多,操作不方便。要使操作者只通過簡單的操作即可完成剪草動作,可以用手推剪草機(jī)向前行駛,靠剪草機(jī)輪子的轉(zhuǎn)動將轉(zhuǎn)動運(yùn)動轉(zhuǎn)變成往復(fù)移動而輸出到執(zhí)行構(gòu)件。顯然設(shè)計(jì)成手動式草坪剪草機(jī)是合理而可行的。根據(jù)所查資料,可選用組合?變異法構(gòu)成初步方案。由前面的分析可知,手動式草坪剪草機(jī)只需要一項(xiàng)運(yùn)動形式變換功能(即轉(zhuǎn)動變直線往復(fù)移動),所以,不必列出矩陣表后構(gòu)型。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動到直線往復(fù)移動變換功能最簡單的機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu),直線推桿盤狀凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2)直動推桿盤狀凸輪機(jī)構(gòu)3)齒輪齒條機(jī)構(gòu)圖1?3機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖1.7關(guān)鍵問題及其解決辦法1.7.1增速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇增速機(jī)構(gòu)是傳遞動力及變速的核心機(jī)構(gòu)。它的速度變化直接改變刀具的剪切運(yùn)動。-12-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書我的手推式剪草機(jī)采用圓柱凸輪傳動機(jī)構(gòu)?？梢岳脠A盤側(cè)面的形狀特征,為此圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)通過側(cè)面推動固定在滑塊上的撥桿(可橫向調(diào)整)左右運(yùn)動,這樣就得到了一種新型的凸輪?端面凸輪,其工作原理如圖1?4所示:圖1?4圓柱凸輪傳動機(jī)構(gòu)1.7.2幾種增速方式的實(shí)現(xiàn)比較(1)用組合法實(shí)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(yīng)通過增速機(jī)構(gòu)繼續(xù)傳遞。由于轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的運(yùn)動輸入構(gòu)件作定軸轉(zhuǎn)動,這樣在剪草機(jī)動力輸入構(gòu)件輪子和轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的運(yùn)動輸入構(gòu)件之間,可以采用鏈傳動,帶傳動和齒輪傳動。為了使所設(shè)計(jì)的剪草機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,可以采用齒輪傳動。而齒輪傳動有直齒原著齒輪傳動,斜齒圓柱齒輪傳動,圓錐齒輪傳動和蝸輪蝸桿傳動等。但是蝸輪蝸桿傳動的效率低,一般是蝸桿主動,且軸線空間交錯,應(yīng)用到剪草機(jī)械中,會使支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圓錐齒輪傳動的軸線相交,且其中一個(gè)齒輪需懸置,也會使剪草機(jī)支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜。直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪的軸線相互平行,支撐結(jié)構(gòu)較簡單,同時(shí)剪草機(jī)的速度不高,載荷也不大,因此,可選擇直齒圓柱齒輪作為增速機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)組成方案如圖1?5所示:-13-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)1帶動齒輪增速的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2)帶齒輪增速的直動推桿盤狀凸輪機(jī)構(gòu)3帶齒輪增速的齒輪齒條機(jī)構(gòu)圖1?5機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖用異變法實(shí)現(xiàn)刀具剪草運(yùn)動方向與剪草機(jī)行進(jìn)方向垂直,由于刀具的剪切運(yùn)動方向與剪草機(jī)行進(jìn)方向垂直,圖3所示的機(jī)構(gòu)組成方案不能最終滿足設(shè)計(jì)要求,還需對機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步構(gòu)型。方案1利用梅花凸輪(凸輪廓線呈梅花狀)和連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)滑塊在導(dǎo)軌上的往復(fù)運(yùn)動,工作原理如圖1?6所示。圖1?6梅花凸輪傳動機(jī)構(gòu)-14-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書方案2利用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)將凸輪軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為滑塊的往復(fù)運(yùn)動,其工作原理如圖1?7所示。圖1?7圓柱凸輪傳動機(jī)構(gòu)在圖1?6所示的梅花凸輪機(jī)構(gòu)中,為把凸輪的轉(zhuǎn)動變?yōu)閳?zhí)行構(gòu)件的往復(fù)移動需增加一個(gè)支點(diǎn)和一個(gè)構(gòu)件兩個(gè)低副(或一個(gè)構(gòu)件一個(gè)高副),這樣會增加整個(gè)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜ll12性,且設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該比短(否則必然會增大梅花凸輪的尺寸,或者引起梅花凸輪邊緣曲線過度較急),這樣將減少傳送到滑塊上的力。圖7,圖4所示的圓柱凸輪機(jī)構(gòu)和端面凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單,可以考慮作為所設(shè)計(jì)的剪草機(jī)的運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。但是,我們還希望所設(shè)計(jì)的剪草機(jī)能實(shí)現(xiàn)剪草高度的調(diào)節(jié)。要實(shí)現(xiàn)此調(diào)節(jié)功能,在圖1?7所示的圓柱凸輪機(jī)構(gòu)中還需要增加一個(gè)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,使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜。而圖2?7所示的端面凸輪機(jī)構(gòu),可以使推桿沿端面凸輪的任意弦上下運(yùn)動,從而帶動刀架上下運(yùn)動,易于實(shí)現(xiàn)剪草高度的調(diào)節(jié)。1.8機(jī)構(gòu)的功能及特點(diǎn)該機(jī)采用固定刀片與活動刀片相對錯動的剪切原理,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,質(zhì)量輕,噪音小、無污染,使用方便、靈活,適合小面積草坪的剪草處理;無需引擎驅(qū)動,使用安全、可靠,便于維護(hù);??剪草的高度可在1?20mm之間調(diào)整,割幅240mm,外形尺寸(長寬高:??586369200mm),質(zhì)量30kg(材料由45鋼制作);-15-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)采用耐用的鑄鋁底盤和結(jié)構(gòu)件,具有永不生繡、永不卷曲變形的特點(diǎn);前輪采用萬向輪,具有良好的導(dǎo)向性,后輪的一個(gè)輪子裝上壽命長的球軸承,使剪草機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)易于推動;金屬手柄易于折疊,以減少包裝尺寸,手柄長度可伸縮,對于不同身高的操作者同樣適用;底盤獨(dú)特的設(shè)計(jì)可防止草堵塞出口通道;外觀造型美觀,更適合家庭用戶的審美要求;剪草的效果較理想,且成本低,是小面積草坪修剪的首選產(chǎn)品。1.9機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與用戶的一致性分析(1)從機(jī)構(gòu)運(yùn)動的功能出發(fā),按變異?組合法和類比法完成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件和設(shè)計(jì);(2)在作品樣機(jī)加工前,使用三維造型軟件進(jìn)行三維造型、虛擬裝配和運(yùn)動仿真;(3)理論上驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性,然后進(jìn)行樣機(jī)制作;(4)外觀造型新穎,推桿可折疊伸縮,適合家庭用戶使用;(5)采用齒輪機(jī)構(gòu)(實(shí)現(xiàn)增速),提高整機(jī)的工作效率,解決了手動剪草機(jī)工作效率不高的問題;(6)采用端面凸輪機(jī)構(gòu)(運(yùn)動形式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)),將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動,從而滿足剪草運(yùn)動要求,形狀類似冠輪,解決了端面凸輪加工難的問題;(7)采用的剪草高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),解決了目前手動剪草機(jī)不易實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)的問題;(8)產(chǎn)品成本(制造和使用成本)低,符合廣大用戶購買能力的要求。-16-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2.設(shè)計(jì)計(jì)算說明書2.1設(shè)計(jì)方案論證2.1.1手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)原理該機(jī)構(gòu)由輪子帶動,通過一對單級減速器進(jìn)行傳遞轉(zhuǎn)矩,再由端面齒輪和撥桿組合變化運(yùn)動方向,最終輸出往復(fù)剪切運(yùn)動?？傮w方案設(shè)計(jì)如圖2?1所示:圖2-1總體方案設(shè)計(jì)2.1.2方案的選擇選擇這個(gè)設(shè)計(jì)方案能夠更好的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動傳遞。無引擎驅(qū)動,節(jié)省能源,無污染(噪音、廢氣),采用綠色環(huán)保設(shè)計(jì)。采用齒輪機(jī)構(gòu)(實(shí)現(xiàn)增速),提高整機(jī)的工作效率,解決了手動剪草機(jī)工作效率不高的問題;采用端面凸輪機(jī)構(gòu)(運(yùn)動形式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)),將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動,從而滿足剪草運(yùn)動要求,形狀類似冠輪,解決了端面凸輪加工難的問題。采用的剪草高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),解決了目前手動剪草機(jī)不易實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)的問題。-17-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)另一方案,用蝸輪蝸桿傳動,直接帶動割草圓盤,采用割草的方式。機(jī)構(gòu)更加簡單,刀具拆裝方便。但草柔軟,且一端自由,采取割的方式將草截?cái)噍^難實(shí)現(xiàn),割草的數(shù)目不多。要想割的效率快,必須采用大功率。我采用的剪草機(jī)方案結(jié)構(gòu)比較簡單,與之相比軸的位置較為容易定位,而蝸輪蝸桿傳動的割草機(jī)一水平一豎直的軸造成了機(jī)架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜。并且增速機(jī)構(gòu)采用端面齒輪和撥桿的運(yùn)動組合,結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)動實(shí)際為一凸輪推桿的運(yùn)動組。同時(shí)剪草的數(shù)量較多,在功率一定得情況下,剪得方式始終比割得方式效率高。蝸輪蝸桿傳動的割草機(jī)機(jī)構(gòu)方案簡圖如圖2?2所示:圖2?2蝸輪蝸桿傳動的割草機(jī)2.2齒輪的計(jì)算部分2.2.1機(jī)構(gòu)的動力計(jì)算草坪上的草為特殊纖維材料,較易剪斷,不需要太大的載荷。通過實(shí)際運(yùn)用中割草機(jī)械的分析,可以假設(shè)剪一根草所需載荷為,同時(shí)剪草數(shù)量最多為500根。可FFN12512得F250N;端面齒輪上所受力的大小為:D200mm輪子提供轉(zhuǎn)矩帶動剪刀,進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動。假設(shè)輪子的直徑為;輪子周長為。-18-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書500/mms假定人的正常行走步數(shù)為。假定刀具所受的力全部來自輪子的轉(zhuǎn)矩所引起的運(yùn)動。ff121f1則PP+ff12IhI軸上的所傳遞的功率大小為:PIPhhP12軸上的所傳遞的功率大小為:;PP輪h2輪子所傳遞的功率大小為:2.2.2齒輪設(shè)計(jì)思路及要求手推式剪草機(jī)中的齒輪設(shè)計(jì)要求(1)合理選用模數(shù):在現(xiàn)代變速箱設(shè)計(jì)中,各檔齒輪模數(shù)的選擇是不同的。但為了經(jīng)濟(jì)性和用途的要求,m2初選模數(shù):。(2)合理選用壓力角:對于同一分度圓的齒輪而言,若其分度圓壓力角不同,基圓也就不同。當(dāng)壓力角越大時(shí),基圓直徑就越小,漸開線就越彎曲,輪齒的齒根就會變厚,齒面曲率半徑增大,從而可以提高輪齒的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。合理選用螺旋角:為了保證齒輪傳動的平穩(wěn)性、低噪聲和少沖擊,所有齒輪都要選擇較大的螺旋角,一般都在30左右。(3)分析齒頂寬:對于正變位齒輪,隨著變位系數(shù)的增大,齒頂高也增大,而齒頂會逐漸變尖。所以必須對齒輪進(jìn)行齒頂變尖的驗(yàn)算。(4)手推式剪草機(jī)中齒輪強(qiáng)度的計(jì)算方法概述我國的國家標(biāo)準(zhǔn)局所發(fā)表的漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法是參照國際標(biāo)準(zhǔn)化-19-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)組織的計(jì)算方法所制定的,該方法比較全面地考慮了影響齒輪承載能力的各種因素,現(xiàn)已成為目前最精確的、綜合的齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法。影響輪齒載荷的各種因素大致可歸納為四個(gè)方面,分別用四個(gè)系數(shù)來修正名義載荷,這四個(gè)系數(shù)分別為使用系數(shù)、動載系數(shù)、齒向載荷分布系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)。各種齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法所采用的動載系數(shù)Kv在形式上有很大的差別,考慮的因素也不相同。各種齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法所采用的齒向載荷分布系數(shù)的計(jì)算方法各不相同。各種齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法所采用的齒間載荷分配系數(shù)的處理上有很大差別。由于汽車變速箱的工作特性,使得輪齒的載荷是波動的,對于這種不穩(wěn)定載荷的情況。從以上四點(diǎn)可看出國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法是一種比較合理、精確的方法,所以在本論文中齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算采用此種方法。齒輪在傳遞動力時(shí),輪齒處于懸臂狀態(tài),在齒根產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和其它應(yīng)力,并有較大的應(yīng)力集中,為使齒輪在預(yù)定的壽命期內(nèi)不發(fā)生斷齒事故,必須使齒根的最大應(yīng)力小于其許用應(yīng)力。2.2.3.齒輪設(shè)計(jì)過程(1)輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì):Cnr113.04/minP0.5?60轉(zhuǎn)速nn?ir339.12/minIPI軸上的轉(zhuǎn)速P6T9.55??10輪n計(jì)算輪子傳遞的轉(zhuǎn)矩輪可得:TPIi?hh12I軸上的轉(zhuǎn)矩為:(2)齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì):選擇齒輪材料、熱處理、精度等級及其齒數(shù)-20-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書剪草機(jī)為一般工作機(jī)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。ZuZiZ69211選擇小齒輪齒數(shù):z123,大齒輪齒數(shù):(3)基本參數(shù)的選擇t試選載荷系數(shù):d選擇的齒寬系數(shù)為:Z189.8MpaE查得彈性系數(shù)為:按齒面硬度查取接觸疲勞極限:s720MPas580MPaHlim1Hlim2小齒輪:,大齒輪:;(4)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N假定工作機(jī)載荷有輕微沖擊,每星期左右修剪一次草坪,每周工作8h,預(yù)期使用壽命為50年。N60jnL11h小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為:8N?1.492101可得:N71N?3.73102i大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為:(5)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力HN1HN2查得接觸疲勞壽命系數(shù):小齒輪,大齒輪[]H接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)KsHNH1lim1H1[S]H有公式:KsHNH2lim2[]H2S[]H22KTu?1ZZ1EH3d??1tfsdu[]H試算小齒輪分度圓直徑1t可得:-21-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)d40mm1t為了保證制造工藝簡單,取d1m1.74mmz1模數(shù):m2mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)dmz46mm11小齒輪分度圓直徑:dmz138mm22大齒輪分度圓直徑:21db37mm大齒輪齒寬,圓整取;B42mm1小齒輪齒寬加寬5mmdd+12a92mm2中心距111af小齒輪齒全高222af大齒輪齒全高齒輪的相關(guān)參數(shù)如下表所示:齒輪齒數(shù)模數(shù)齒形角全齒高大齒輪692.0204.5小齒輪232.0204.5表2-1齒數(shù)表(6)計(jì)算載荷系數(shù)KA查得使用系數(shù)2T1KFFN170.05At1.25?170.05Nd1b37mm圓周力,V查得動載荷系數(shù)HaFabHFbb查得齒向載荷分布系數(shù),一般經(jīng)仔細(xì)跑合,取AVHHab計(jì)算載荷系數(shù)(7)修正計(jì)算:311t1已取,符合接觸疲勞強(qiáng)度條件。(8)齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核過程確定設(shè)計(jì)參數(shù)AVFFab載荷系數(shù)KT?3911.09Nmm1小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩Fa1Fa2Sa1Sa2查得齒形系數(shù),;應(yīng)力修正系數(shù),FN1FN2查得彎曲疲勞壽命系數(shù):小齒輪,大齒輪ss620MPaFlimFlim1按齒面硬度查得彎曲疲勞極限:小齒輪,大齒輪s450MPaFlim2s[]F[]F取彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)KsFNF1lim1[s]F1FF1由公式,可得KsFNF2lim2s[]F2[][]FF2由公式,可得齒根彎曲應(yīng)力2KT2KT11[][]F1Faa11SFF2Faa11SF12bdmbdm11結(jié)論:計(jì)算可得彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。-23-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)2.3軸的計(jì)算部分2.3.1手推式剪草機(jī)中軸2的設(shè)計(jì)P(1)選擇軸的材料s640MPaB該軸無特殊要求,選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理,初步估算軸徑:C116按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算輸入端的最小軸徑。按45鋼,取加5%133min2d10mm1min2根據(jù)公式,取P(2)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)P軸上零件的軸向定及位周向定位。從左輪子連接處向右取:10mm?12mm14mm12mm10mm。2?45考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性:考慮到軸的結(jié)構(gòu)工藝性,在軸的左端和右段均制成倒角。P(3)軸的強(qiáng)度演算經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后,各軸段作用力大小和作用點(diǎn)位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知。輪齒輪上作用力的大小轉(zhuǎn)矩:m2ndz69138mm22cosbcos0齒輪端面分度圓直徑:2T輪td2圓周力:tanatan20nrtcosbcos0徑向力:-24-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書FFN?tanb0at軸向力:受力簡圖如3?2所示:圖2?3垂直面上受力簡圖垂直面上軸承的支反力及主要截面的彎矩:FF?122.5+?69raBVDVrBVMF?122.53791NgmmCV左BV截面C處的彎矩為:MF?122.53791NgmmCV右DV圖2?4垂直面上截面的彎矩水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩:t?FN85BH122.5+122.5FF-FN85DHtBHMF?122.510412NgmmCHBH截面C處的彎矩為:-25-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)圖2?5水平面上截面的支反力截面C處的合成彎矩為:22MM+M11081NgmmC左CV左CH22MM+M11081NgmmC右CV右CH圖2?6水平面上截面的彎矩及合成彎矩:圖2?6水平面上截面的彎矩及合成彎矩按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度a0.6進(jìn)行校核時(shí),通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面強(qiáng)度,取,該截面上的計(jì)算應(yīng)力:22MT+as48.57MPavW-26-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書通過查表可知:s60MPass[][]-1v-1材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理的許用應(yīng)力為,由于,故安全。2.3.2手推式剪草機(jī)中軸1的設(shè)計(jì)I(1)選擇軸的材料s640MPaB該軸無特殊要求,選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理,初步估算軸徑:C116按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算輸入端的最小軸徑。按45鋼,取加5%133min1d14mm1min1根據(jù)公式,取I(2)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)I軸上零件的軸向定位周向定位I大齒輪在軸上為對稱定位,左右兩端靠套筒定位,裝拆,傳力較為簡單;兩端軸承常用同一尺寸,以便于加工、安裝和維修;為便于拆裝軸承,軸承處軸肩不宜太高。齒輪與軸的軸向固定采用普通平鍵聯(lián)接。H7b?h?66mmmmr6根據(jù)軸的直徑查得齒輪處的鍵截面尺寸為,配合為,滾動軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制。確定各段軸徑和長度通過確定定位軸肩高度,從左輪14mm16mm18mm22mm18mm16mm14mm子連接處向右取。2?45考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性:考慮到軸的結(jié)構(gòu)工藝性,在軸的左端和右段均制成倒角。I軸的強(qiáng)度演算經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后,各軸段作用力大小和作用點(diǎn)位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知。TI齒輪上作用力的大小轉(zhuǎn)矩:3911N?mmm2ndz2346mm11cosbcos0齒輪端面分度圓直徑:-27-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)2TItd1圓周力:tanatan20nrtcosbcos0徑向力:FFN?tanb0at軸向力:I圖2?7軸垂直面上受力簡圖垂直面上軸承的支反力及主要截面的彎矩:ra21BVDVrBV方向相反MF?120.5-?F963725NgmmCV左BV1截面C處的彎矩為:M?F96-F?120.520266NgmmCV右2DVI圖2?8軸垂直面上截面的彎矩水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩:tFN85BH120.5+120.5-28-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書FF-FN85DHtBHMF?120.510246NgmmCHBH截面C處的彎矩為:I圖2?9軸水平面上截面的支反力截面C處的合成彎矩為:22MM+M10902NgmmC左CV左CH22MM+M22709NgmmC右CV右CHI圖2?10軸水平面上截面的彎矩及合成彎矩按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度a0.6進(jìn)行校核時(shí),通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面強(qiáng)度,取,該截面上的計(jì)算應(yīng)力:22MT+as21.44MPavW通過查表可知:-29-手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)s60MPass[][]-1v-1材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理的許用應(yīng)力為,由于,故安全。2.4刀具的設(shè)計(jì)計(jì)算部分刀具的概述手推式剪切機(jī)采用剛性切割式,運(yùn)動方式選擇往復(fù)式運(yùn)動。往復(fù)式切割裝置由上、下兩組刀片組成,分動和雙動兩種運(yùn)動方式。本設(shè)計(jì)采用單Stt0動運(yùn)動方式。單動切割器是動刀片在定刀上作往復(fù)運(yùn)動;