軋機設計說明書

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1、 本 科 畢 業(yè) 設 計 (論 文) 單輥熱軋鋼板主機列的設計 Design of Hot rolling-mill which drive by a single roller 學 院： 機械工程 專業(yè)班級： 機械設計制造及其自動化 機械075 學生姓名： 夏晶 學 號： 010781527 指導教師： 周建來 2011 年 6

2、月 畢業(yè)設計（論文）中文摘要 單輥熱軋鋼板主機列設計 摘 要：本設計主要分析了熱軋機的工作原理、工作環(huán)境和工作特點，并結合實際，對熱軋機的主機列部分進行設計，對組成的各元件進行了選型、計算和校 核。本軋機為單輥驅動熱軋機，其主機列結構主要有主電機、凸緣連軸器、一級減速器、萬向接軸、工作機座等部分組成。連接軸的作用是將動力從電機或減速器傳遞給軋輥。工作機座是整個軋機中最大的部件，它承擔著大部分的軋制力，因此在本設計中對牌坊的校核是一個關鍵的部分。此外最后還對軋機的潤滑要求及用油和潤滑方式進行了詳細的闡述。本軋機主要用于加工較薄鋼板，屬于小型軋機。本軋機結構簡單、維修方便、性能

3、安全可靠、操作性好、對操作人員素質要求較低、且生產效率較高。 關鍵詞：軋輥；工作機架；軸承；軋機 畢業(yè)設計（論文）外文摘要 Design of Hot rolling-mill which drive by a single roller Abstract: The whole structure of hot rolling-mill is designed that base on combining with practice by analyzing the working principle, the working environment, worki

4、ng character.The selection, calculation and checkout of all components are accomplished. The distance of two roller of hot rolling-mill can’t be adjusted. The hot rolling-mill is composed of electrical motor, the joint between two shaft, a gear, universal joint shaft, work base and other components.

5、 The role of the connecting shaft is transmiting the power from the motor or gear to the roller. The work base of the millis the largest component, which bears most of the rolling force, so the check of the memorial arch in the design is a key part. In addition, Finally the mill lubrication equireme

6、nts and the oil used and themanner is described in detail in the report.This hot rolling-mill mainly used for the processing of thin steel plate, it is a small mill.The character of the rolling-mills as follows: the structure is simple, the maintain is easy, the capacity is safe and reliable, the op

7、eration is easy to the operator and the productivity is high. Keywords: Roller; Mill Housing; Bearing; Rolling Mill 目 錄 1 緒論………………………………………………………………………………1 1.1 熱軋機的發(fā)展趨勢…………………………………………………………… 1 1.2 我國割草機的發(fā)展……………………………………………………………2 1.3 手推割草機的使用……………………………………………………………3 2 割草機概述……

8、………………………………………………………………5 2.1 割草機的分類…………………………………………………………………5 2.2 割草機割草的基本要求………………………………………………………5 2.3 割草機的結構特點……………………………………………………………5 3 割草機的總體方案設計…………………………………………………………7 4 割草機傳動部分設計…………………………………………………………10 4.1 割草機齒輪設計………………………………………………………………10 4.2 割草機行走輪設計……………………………………………………………15

9、5 割草機割草機構設計…………………………………………………………18 5.1 刀片材料選擇…………………………………………………………………18 5.2 滾刀刀片設計…………………………………………………………………18 6 滾刀軸設計……………………………………………………………………21 6.1 軸的概述………………………………………………………………………21 6.2 軸的設計………………………………………………………………………21 6.3 軸材料選擇……………………………………………………………………22 6.4 軸的計算………………………………………

10、………………………………22 7 軸承的選擇……………………………………………………………………26 7.1 軸承材料………………………………………………………………………26 7.2 軸瓦結構………………………………………………………………………27 7.3 滑動軸承潤滑劑的選用………………………………………………………27 7.4 徑向滑動軸承的計算…………………………………………………………28 結論 …………………………………………………………………………………30 致謝 …………………………………………………………………………………31 參考文獻………………

11、……………………………………………………………32 淮海工學院二〇一一屆本科畢業(yè)設計（論文） 第 43 頁 共3 1 緒論 1.1 熱軋機的發(fā)展趨勢 隨著網絡技術、控制技術、計算機技術的發(fā)展，軋鋼技術進步趨向于將生產工藝流程連續(xù)化、緊湊化、產品品種規(guī)格多樣化，因而軋鋼生產設備控制和管理的計算機化和信息化也成為國內外軋鋼生產發(fā)展的主流。近20年是我國軋鋼生產技術飛速發(fā)展時期，現代軋鋼技術取得重大技術進步的主要特征是自動化技術和信息技術的應用。今后，軋鋼生產工藝流程將更加緊湊化、連續(xù)化，對自動化提出了新的要求：需將先進

12、的高精度、多參數在線綜合測試技術與高響應速度的控制系統(tǒng)相結合，把設備運行及控制信息集中管理、實時監(jiān)控，保證軋鋼生產的高精度、高速度以及產品的高質量。冶金工業(yè)的現代化很大程度體現在生產過程的自動化和信息化，其中信息的傳輸、數據的交換成為評判自動化水平的因素，因此綜合使用現今國內外先進的網絡技術、自動控制技術、計算機技術來實現軋鋼生產設備裝備水平的全面提升，提高軋鋼生產的自動化和信息化水平已成為型鋼生產發(fā)展的必然趨勢。軋機主傳動的性能對軋機操作、運行、產品質量、品種規(guī)格范圍乃至軋鋼生產日常維護影響極大。 從國內外軋機直流主傳動應用情況來看，其發(fā)展趨勢為：供電系統(tǒng)采用晶閘管變流器，元件模塊化，采用

13、緊湊型結構，體積?。豢刂葡到y(tǒng)數字化，全數字驅動系統(tǒng)可靠性高、性能好、自動化程度高，并融入自學習、自調整、故障自診斷等功能；實現驅動系統(tǒng)與計算機通訊聯(lián)網。 1.2.1發(fā)展狀況 國內常用中小型軋鋼機主要有： 一、二輥式初軋機 此軋機結構簡單、工作可靠，由直流電機驅動，用于二輥式初軋機，可將鋼錠往復軋制成各種矩形坯。二輥可逆式軋機也可用于軋制軌梁和中厚板。 二、三輥式軋機 其在同一機座上可兩向軋制，而軋機無需反轉，由一臺交流電動機經減速器和齒輪座驅動數臺三輥式軋機，可實現軋件往復多道次軋制。它用于開坯和型鋼生產，具有設備簡單和投資少的特點。軌梁軋機及大型軋機可用直流電機驅動，在生產中必要

14、時可調速改善軋制條件。 三、復二式軋機 此軋機作用與三輥式相似，但軋機調整、孔型配置較為方便，用于橫列式小型軋機。 四、四輥式軋機 此種軋機可利用工作輥傳動，也可用支撐輥傳動，機架剛度大。輥系采用軋機專用軸承，壓下蝸輪副為二次包絡面，壓下力大，機型有可逆與不可逆兩種，適用于開坯初軋或粗軋，是軋制普碳鋼、合金鋼、不銹鋼、銅、鋁等理想的軋機設備。其結構主要有主電機、減速器，人字齒輪座、萬向接軸、托架、工作機架、電動壓下裝置、左右卷取機、以及液壓站和直流電控等部分組成，支撐輥材質為9Cr2MO。軸承座配液壓換輥裝置，方便換輥。 3 主電機容量的選擇 3.1 軋制力的計算 3.1.1 軋

15、輥主要尺寸的確定 壓下量=20-6=14； 咬入角=20所以； 軋輥輥身直徑 D===232 （3.1） 取軋輥輥身直徑為250 軋輥輥身長度L根據實際工作情況，取為L=500； 軋輥輥徑的直徑d和長度l：一般近似的認為軋輥輥徑的直徑與輥身的直徑存在如下的關系： d=（0.5～0.55）D （3.2） 所以d=0.5250=250；而且l與d的關系是=（0.83～1.0）取l=125； 3.1.2 軋制力計算 考慮到工作的環(huán)境溫度是1050℃，又是鋼板軋制，所以選擇艾克隆德公式（適用于熱軋型鋼

16、軋機）計算平均單位軋制力。 P=（1+m）(k+) (3.3) 式中 m-考慮外摩擦對單位壓力的影響系數； k-軋制材料在靜壓縮時變形阻力， MPa； -軋件粘性系數,； u-變形速度， s。 m，k，，u的計算公式 計算系數 （3.4） 式中-摩擦系數，對于鋼軋輥，對于硬面鑄鐵軋輥，T為軋制溫度； h，h-軋制前后軋件的高度，； R-軋輥半徑，； 代入具體數值，得 m==1.2 計算變形阻力k （3.5）

17、式中t-軋制溫度，℃； w-碳的質量分數，％； w-錳的質量分數，％； w-鉻的質量分數，％。 代入數值，得 計算軋件粘性系數 （3.6） 式中c-考慮軋制速度對的影響系數，當軋制速度小于6時，c取1.0 帶入具體數值： ； ； 帶入公式(3.3)得 P=（1+1.2）(47.9+0.0350.525)=105.4 L===41.8 =N (3.7) 3.2電機軸上力矩計算 軋制力的力臂a的計算 (3

18、.8)； 式中 ，為軋制時的咬入角； 咬入角， 十分接近20跟前面的計算吻合 由于空轉輥的傳動力矩為零，如不考慮其輥頸處的摩擦，則對空轉輥的作用力必然通過空轉輥中心，在這類軋機上，一般都是下輥驅動，上輥的速度可隨金屬運動速度變化。 單輥驅動的軋制過程是穩(wěn)定軋制過程，下驅動輥所承受的軋制力矩為： =4039.4 (3.9)； 摩擦力矩，，其中（根據膠木瓦軸選取） 軋輥軸承處的摩擦阻力矩， =4043.15 (3.10)； 3.3主電機選擇 軋制速

19、度 (3.11)； 代入具體數值，軋制速度 電機功率N N= (3.12) 總傳動效率，可按下式確定： 式中 ——萬向接軸傳動效率，取值0.94 ——減速器的傳動效率，取值0.94 ——凸緣聯(lián)軸器的傳動效率，取值0.96 帶入具體數值： N= 查電機手冊 選擇Y355M2-8電機(基速740，功率160KW) 速比； 電機形狀如

20、下圖所示: 圖3：Y355M2-8電機 4減速箱的設計 4.1齒輪設計與校核 4.1.1 確定齒輪精度等級、齒輪類型、齒數和材料 （1)選用斜齒圓柱齒輪傳動 （2）選用7級精度。選擇小齒輪材料為40Cr(調質)，硬度280HBS，大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 （3）選小齒輪齒數是z1=20，大齒輪齒數是z2=uz1= （4）選取螺旋角。初選螺旋角= 4.1.2依據齒面接觸的強度進行設計： 按照設計計算公式（10-9a）［4］試算：

21、 （4-1） （1）明確公式內的各字母所表示的數值 1）載荷系數 Kt=1.6 2）確定小齒輪傳遞的轉矩 T=95.510 3）查閱表10-7確定齒寬系數為Фd=1 4）查閱表10-6確定材料的彈性影響系數為ZE=189.8MP 5）查閱圖10-21d根據齒面硬度確定： 小齒輪的接觸疲勞強度極限為бHlim1=600MP； 大齒輪的接觸疲勞強度極限為бHlim2=550MP 6）根據10-13計算出應力循環(huán)次數 =60njLh=607401=3.19710 =3.19710/3.2=0.999 7

22、）查閱圖10-19確定接觸疲勞壽命系數為： KHN1=0.90；KHN2=0.95 8）確定接觸疲勞許用應力 根據失效概率是1%，安全系數是S=1，依據式（10-12）有： MP MP 9)許用接觸應力= 10)初選 11)由圖10-26查得 （2）帶入公式（4.1）得： =mm （3)確定圓周速度v v=m/s （4)確定齒寬b b=Фd=1.1152.52=152.52mm （5)確定齒寬與齒高之比b/h 模數是： mm 齒高是： h=2.25m=2.257.5=16.875mm b/h

23、= （6）計算縱向重合度 = （7）確定載荷系數 因為v=6m/s,且減速器是7級精度， 查閱圖10-8選擇動載系數為：KV=1.15 查閱表10-3可得 =1.2， 由10-4查得 因為b/h=9，KHβ=1.52查閱圖10-13可得 所以載荷系數為： ==11.151.21.44=1.99 （8）根據實際的載荷系數校核計算出的分度圓直徑，依據式（10-10）有： mm （9）確定模數 =mm 4.1.3根據齒根彎曲強度設計計算 查閱公式（10-5）可得彎曲強度的設計計算公式是： （5-3） (1）明

24、確公式內的各字母所表示的計算數值 1）查閱圖10-20d可得： 小齒輪的彎曲疲勞強度極限為бFE1=500MP， 大齒輪的彎曲疲勞強度極限為бFE2=380MP。 2） 查閱圖10-18可得： 彎曲疲勞壽命系數為KFN1=0.85，KFN1=0.88。 3） 確定彎曲疲勞許用應力 選擇彎曲疲勞安全系數為S=1.4，依據（10-12）可得： MP MP 4） 確定載荷系數K 5）確定齒形系數 查閱表10-5可得 YFα1=2.8，YFα2=2.175 6）確定應力校核系數 查閱表10-5可得 YSα1=1.55，YSα2=1.795 7）確定大、小齒輪的然后

25、進行比較 大齒輪的數值大 8）根據縱向重合度。從10-28圖中查得 9) 計算當量齒數 (2）設計計算: mm 比較計算結果，由齒輪接觸疲勞強度計算的法面模數大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數，由于齒輪模數的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力大小，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，所以可選擇由彎曲疲勞強度計算得到的模數5.26并就近選擇標準值=6mm,根據接觸疲勞強度計算得到的分度圓直徑為： d1=154.99mm， 確定小齒輪齒數 確定大齒輪齒數

26、 通過上述的設計計算得出的齒輪傳動方案，即滿足了齒面接觸疲勞強度的要求，又滿足了齒根彎曲疲勞強度的要求，而且結構相當緊湊，保證了經濟性能指標，避免了不必要的浪費。 4.1.4 確定幾何尺寸 (1）確定中心距 mm 將中心距圓整為455㎜ (2）按圓整后的中心距修正螺旋角 (3）確定分度圓直徑 mm mm (4）確定齒輪寬度 mm 圓整后取。 4.1.5確定結構尺寸 (1）確定小齒輪的結構尺寸 模數： =6mm 壓力角： α=20 螺旋角： = 分度圓直徑： d1=1

27、55mm 齒頂高： ha=m=6mm 齒根高： mm 全齒高： mm 齒頂圓直徑： mm 齒根圓直徑： mm 中心距： mm 齒數比： u=4.9 (2） 確定大齒輪的結構尺寸 分度圓直徑： d =755mm 齒頂圓直徑： mm 齒根圓直徑： mm 其它尺寸同小齒輪的尺寸相同。 4.2 齒輪軸的設計 4.2.1 材料選擇 碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，所以45鋼制造傳動軸比較

28、切合本次設計的實際。 4.2.2求輸入軸上的轉矩T 已知電機功率P=150KW，轉速n=740r/min。 T=9550000 4.2.3初步確定軸的最小直徑 由于選取軸的材料為45鋼，調質處理，根據表15-3，取,于是得 為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計算轉矩,查表14-1，考慮到轉矩變化很小，故取=1.3，則： = 按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，查手冊，選用CY9型凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉矩為400。凸緣聯(lián)軸器的孔徑為d=75mm，故取=75mm，凸緣聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L=142mm。 4.2.4軸的結構

29、設計 (1)根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，軸段右端需制出一軸肩，故取=81mm，左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取D=85mm。凸緣聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L=142mm，為了保證軸端擋圈只壓在凸緣聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故段得長度應比L略短一些，現取=140mm。 2）選擇滾動軸承。選用深溝球軸承6217，其尺寸為 故=85mm，而。 右端軸承采用軸肩進行軸向定位。取=95mm。 3）段為小齒輪，小齒輪寬度155mm，模數： =6mm，分度圓直徑： d1=155mm，齒頂圓直徑： mm，齒根圓直徑：mm

30、 4）軸承端蓋的總寬度為55mm（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據軸承端蓋的裝拆及便于軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與凸緣聯(lián)軸器右端面間的距離l=35mm，故取=90mm。 5）取齒輪距箱體之距離a=16mm，軸承距箱體內壁的距離為8mm，所以取。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 （2）軸上零件的周向定位 凸緣聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。選用平鍵尺寸為,凸緣聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 （3）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑為5mm。 小齒輪的結構形狀如下圖：

31、 4.3輸出軸的設計 4.3.1 材料選擇 碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，所以45鋼制造傳動軸比較切合本次設計的實際。 4.3.2求輸入軸上的轉矩T 取齒輪傳動的效率，則 =P 又=150r/min 于是 =9550000 4.2.3初步確定軸的最小直徑 由于選取軸的材料為45鋼，調質處理，根據表15-3，取,于是得 為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計算轉矩,查表14-1，考慮到轉矩變化很小，故取=1.3，則： =

32、按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，查手冊，選用SWC型部分軸承座十字軸式萬向接軸。SWC225的孔徑為d=135mm，故取=135mm，聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L=152mm。 4.2.4軸的結構設計 (1)根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1）為了滿足萬向接軸的軸向定位要求，軸段右端需制出一軸肩，故取=141mm，左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取D=145mm。萬向接軸與軸配合的轂孔長度L=302mm，為了保證軸端擋圈只壓在萬向接軸上而不壓在軸的端面上，故段得長度應比L略短一些，現取=150mm。 2）選擇滾動軸承。選用深溝球軸承61930，其尺寸為 故=150mm

33、，而。 右端軸承采用軸肩進行軸向定位。取=165mm。 3）取安裝齒輪處的軸段的直徑=155mm，齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為150mm，為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪，此軸段應略小于輪轂寬度，故取。 4）軸承端蓋的總寬度為55mm（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據軸承端蓋的裝拆及便于軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與萬向接軸右端面間的距離l=35mm，故取=90mm。 5）取齒輪距箱體之距離a=16mm，軸承距箱體內壁的距離為8mm，所以取， 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 （2）軸上零件的周向定位 齒輪和聯(lián)軸器與軸的周

34、向定位采用平鍵連接。按查得平鍵截面,鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為130mm，同時為了保證齒輪和軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為。聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接選用平鍵尺寸為,凸緣聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 （3）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑為5mm。 輸出軸的結構尺寸如下: 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。 目前草地草坪業(yè)投入始終嚴重

35、不足，相對支持力度減緩甚至下降，使得許多割草機械制造企業(yè)紛紛轉產或停產，再加上我國與歐美等發(fā)達國家存在著技術、制造手段、工藝等方面的差距，制造能力和水平進一步拉大了距離。如現有割草機械生產制造企業(yè)的產品質量低，使用故障多、可靠性差。往復式割草機工作半天即需刃磨，使用可靠性不到80％。國外割草機工作400公頃，故障率僅為4％左右，而我國的產品在同樣的作業(yè)量其故障率為25％左右。在相同作業(yè)情況下，我國的割草機完成的工作量僅是國外同類機型的一半。 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

36、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手推割草機的使用 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

37、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。 本次設計的手推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。 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

38、，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。

39、 （9）如果刀具或割草機遇到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割草機概述 2.1割草機的分類 按切割器類型可以分為旋刀式、往復式、滾刀式、甩刀式、甩繩式。其中，應用最多的是滾刀式割草機和往復式割草機。 往復式割草機割茬低而整齊，草坪損失少，單位割幅的金屬用量和功率消耗低，因而成本較低。它的作業(yè)速度一般為6—8km/h。提高割刀的往復次數并解決割刀的全平衡問題后，作業(yè)速

40、度可以提高到10—12km/h。往復式割草機適用于切割直立而生長密度不過分高的草坪。 旋轉式割草機工作平穩(wěn)，對草坪的適應性強，特別適用于稠密、倒伏、纏連的牧草，能以8—16km/h的作業(yè)速度工作，生產率高。但是結構復雜，價格高，單位割幅功率消耗大。 按配套動力和作業(yè)方式分可以分為：為手推式、手扶隨行式、手扶自行式、坐騎式和拖拉機懸掛式割草機。 按動力驅動方式主要分為人畜力驅動、發(fā)動機驅動和電力驅動三種形式割草機。其中，以發(fā)動機驅動的割草機最多，發(fā)動機多為單缸汽油機。太陽能割草機雖然已有生產，但應用較少。 動力驅動的割草機按牽引方式或懸掛方式可分為前置式、側置式、后置式、中置式割草機。目

41、前，也有旋刀式手推隨行式割草機，大部分采用中置懸掛，而滾刀手推隨行式割草機多采用前置式掛接，大型的割草機則采用混合牽引方式。 2.2割草機割草的基本要求 不論是哪一種類型的割草機對草坪修剪的基本要求是一樣的： （1）割草高度可根據要求調整，適應高度調整范圍大，當草坪要求修剪很低能達到要求。 （2）割草整齊、平整，同一行程前后割草高度一致，兩次作業(yè)行程銜接平滑、無接茬。 （3）對地形的適應能力強，仿行能力強，隨地形變化前后剪草高度一致。 （4）割草機對草坪碾壓輕、傷害少。 （5）草屑收集干凈，或被切割部分細碎性能好（草屑撒在草坪中當肥料時），以便于灑落在草坪下及時腐爛。 （6）割

42、草機質量好，故障少，節(jié)省燃料、效率高。 （7）易于操作、輕便靈活、維修調試方便，零部件通用性和互換性好。 （8）正確掌握修剪草坪的時間并且制定科學的修剪高度和修剪頻率。 2.3手推滾刀式割草機的結構特點 （1）本次設計的手推滾刀式割草機主要由連接成框形的行走輪、支架、扶手架和割草機構組成，行走輪的內圈具有齒輪，割草機構由滾刀和定刀構成，滾刀的軸架于支架上，該軸的兩端分別裝置有與行走輪的內圈齒輪相嚙合形成行星輪系的小齒輪，定刀固定于支架上，定刀的刃部與滾刀的刃部相切。 （2）手推滾刀式割草機的工作原理 當推動扶手架使割草機在草地上前行時，行走輪的內齒輪帶動小齒輪旋轉，使得滾刀也一起轉

43、動，通過滾刀刃與定刀刃形成的剪切動作，將草坪上多余高度的草割斷。 （3）本設計方案的特點是： 1）用人力作為動力，具有節(jié)省能源、無污染的特點. 2）其傳動部分結構簡單，維護方便。 3）體積小、重量輕、結構簡單、操作方便、保養(yǎng)方便、成本低廉，且采用人的推力為動力，無廢氣及噪音等污染。 4）割草動作沒有撕扯，對草坪更有益。 3割草機的總體方案設計 手推式割草機的動力是來源于行走輪驅動，即靠人的推力來驅動。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

44、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。 查閱《機械設計手冊》得到以下數據： 成年男性身高： 18—25周歲 1554—1830毫米 26—35周歲 1545—1851毫米 36—60周歲 1553—1798毫米 平均身高： 18—60周歲 1543—1814毫米 成年女性身高： 18—25周歲 1457—1709毫米 26—35周歲 1449—1698毫米 36—60周歲 1445—1683毫米 平均身高： 18—60周歲 1449—1697毫米 成年男性臂長： 18—25周歲 279—350毫米

45、 26—35周歲 280—349毫米 36—60周歲 278—348毫米 平均臂長： 18—60周歲 279—349毫米 成年女性臂長： 18—25周歲 253—319毫米 26—35周歲 253—320毫米 36—60周歲 251—317毫米 平均臂長： 18—60周歲 252—319毫米 立姿工作崗位工作高度： 男性： 950—1050—1150毫米 1050—1200—1300毫米 女性： 850—950—1050毫米 1000—1100—1200毫米 綜合以上因素，設計扶手以及支架的尺寸，并且根據不同性別和不同年齡將扶手的高

46、度和傾斜角度設計成可以調節(jié)的。站立工作時操作的有關尺寸，以及人體需要的可能活動空間. 由《人機工程手冊》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推桿距地面的高度取為1000毫米,且可在850-1300毫米之間調節(jié)，符合人體作業(yè)適應度。 設計原則：工作場地的高度取決于作用力、操作者的身高、操作者操作物件的尺寸、以及視野范圍。 A：精密工作，靠肘支撐工作。（設計尺寸針對男性：105—115毫米 針對女性：100—110毫米） B：虎鉗固定在工作臺上的高度：113毫米 C：輕手工工作。（男性：95—100毫米 女性：90—95毫米） D：用勁大的工作。（男性：80—95毫

47、米 女性：75—90毫米） 本設計屬于D范圍內的設計。 又因為該割草機是手推式的，動力來源于人的行走以及推力。應考慮到其結構尺寸方面的因素，因而行走輪直徑不宜過大。其切割速度要求要大于0.8m/s,如果小于這個速度,那么草將被撕裂和扯斷,而不是被切割了;如果輪子直徑過小,則推行比較費力,不能達到設計要求,要滿足人的推力在200N左右都能推動這部割草機才行。 初步選取外輪直徑=260mm,由公式n=v/D得： 外輪的轉速n=48103/2603.1458r/min。 由《人機工程手冊》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推桿距地面的高度取為100cm,且可在100-

48、140cm之間調節(jié)，符合人體作業(yè)適應度。 由以上分析確定割草機的各項參數： 割草機的整體寬度：648mm 割草機的割幅：400mm 割草高度：12~42mm 滾刀的直徑：d=160mm 行走輪直徑：=260mm 行走輪的轉速：n=48103/2603.1458r/min 傳動比：i12=1/5.3 滾刀的轉速：n2=585.3=307.4r/min 滾刀的切割速度：=2.57m/s 切割速度大于0.8m/s，合適。 人的持續(xù)推力為15~20kg，取F=2010=200N 則p=Fv=2000.8=0.16kW 集草類型：就地灑落

49、 4割草機傳動部分設計 本次設計的手推滾刀式割草機的傳動部分由行走輪及滾刀軸的兩端分別設置的與行走輪的內圈齒輪相嚙合形成行星輪系的小齒輪組成。當推動扶手架使割草機在草地上前行時，行走輪的內齒輪帶動小齒輪旋轉，使得滾刀也一起轉動，通過滾刀刃與定刀刃形成的剪切動作，將草坪上多余高度的草割斷。 4.1割草機齒輪的設計 4.1.1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

50、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而且封閉嚴密的箱體(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。 本次設計的手推割草機屬于農業(yè)機械，且是簡易的機械設備，因此齒輪傳動屬于開式、半開式傳動。 4.1.2齒輪的設計準則 齒輪傳動是靠

51、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>35

52、0HBS)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。 由于本次設計的手推割草機的齒輪傳動屬于開式、半開式傳動，因此需按齒根彎曲疲勞強度作為設計準則。 4.1.3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

53、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。 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

54、性，以達到齒輪的各種技術要求。 常用的齒輪材料為各種牌號的優(yōu)質碳素結構鋼、合金結構鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料等。一般多采用鍛件或軋制鋼材。當齒輪結構尺寸較大，輪坯不易鍛造時，可采用鑄鋼。開式低速傳動時，可采用灰鑄鐵或球墨鑄鐵。低速重載的齒輪易產生齒面塑性變形，輪齒也易折斷，宜選用綜合性能較好的鋼材。高速齒輪易產生齒面點蝕，宜選用齒面硬度高的材料。受沖擊載荷的齒輪，宜選用韌性好的材料。對高速、輕載而又要求低噪聲的齒輪傳動，也可采用非金屬材料、如夾布膠木、尼龍等。 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

55、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38

56、CrMoAlA。 (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。 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

57、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。 從材料本身價格來考慮。碳鋼和鑄鐵的價格是比較低廉的，因此在滿足零件機械性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可降低成本。從金屬資源和供應情況來看，應盡可能減少材料的進口量及價格昂貴材料的使用量。 綜上所述，選擇小齒輪材料為40Cr，調質處理，硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼，同樣經過調質熱處理，硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS。 4.1.4齒輪精度的選擇 各類機器所用齒輪傳動的精度等級范圍列于下表中，按載荷及速度推薦的齒輪傳動精度等級如下圖所示。 各類機器

58、所用齒輪傳動的精度等級范圍： 表4-1齒輪傳動的精度等級 機 器 名 稱 精 度 等 級 機 器 名 稱 精 度 等 級 汽輪機 3～6 拖拉機 6～8 金屬切削機床 3～8 通用減速器 6～8 航空發(fā)動機 4～8 鍛壓機床 6～9 輕型汽車 5～8 起重機 7～10 載重汽車 7～9 農業(yè)機器 8～11 手推割草機屬于農業(yè)機械，速度、精度要求都不高，故選用8級精度（GB10095——88）。 4.1.5按齒根彎曲疲勞強度進行設計 （1）按圖4-1所示的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動;齒輪精度為8級;小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為2

59、80HBS,大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS;閉式齒輪傳動一般轉速較高，為了提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊振動，以齒數多一些為好，小齒輪的齒數可取Z=20~40。開式、半開式齒輪傳動，由于輪齒主要為磨損失效，為使輪齒不致過小，故小齒輪不宜選用過多的齒數，一般可取小齒輪齒數Z=17~20。初選小齒輪齒數Z2=20,根據傳動比i12=1：5.3，為了使各個相嚙合齒對磨損均勻，傳動平穩(wěn)，Z2和Z1一般互為質數，故可取大齒輪的齒數為Z1=106。 圖4-1傳動簡圖 （2）計算小齒輪傳遞的轉矩。 由《人機工程手冊》查得人的持續(xù)推力為 15—20kg ,

60、由于外輪的轉速n1=48103/2603.1458r/min，根據傳動比i12=1：5.3，則小齒輪的轉速為n2=585.3=307.4r/min， 取 F=2010=200N，人的步行速度為48米/分，即0.8米/秒， 則P=FV=2000.8=0.16 kW， 根據公式算得： （3）由《機械設計》表10-7選取齒寬系數=0.8。 （4）由《機械設計》式（10-5）得輪齒的彎曲強度設計公式為： （mm） （5）確定公式內的各計算數值 1）由《機械設計》圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE2=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE1=380MPa；

61、2）由《機械設計》圖10-18取彎曲疲勞壽命系數KFN2=0.85, KFN1=0.88； 3)計算彎曲疲勞許用應力。 取彎曲疲勞安全系數S=1.4，由式（10-12）得： MPa=303.57MPa MPa=238.86MPa 4）計算載荷系數K。 K=KAKVKFαKFβ= 5)查取齒形系數。 由《機械設計》表10-5查得YFa2 =2.80；YFa1 =2.18。 6）查取應力校正系數。 由《機械設計》表10-5查得YSa2=1.55； YSa1=1.79。 7)計算大、小齒輪的并加以比較。

62、 0.01429 =0.01634 大齒輪的數值大。 （6）設計計算 =0.850mm 為了延長開式、半開式齒輪傳動的壽命，可用適當增大模數的辦法來考慮磨損的影響，因此，可取由彎曲強度算得的模數圓整為標準值m=2mm。 （7)幾何尺寸的計算 1)計算分度圓直徑 d2=Z1m=202mm=40mm d1=Z2m=1062mm=212mm 2）計算中心距 86mm 3）計算齒輪寬度 b=d2=0.840mm=32mm

63、 取B2=35, B1=38 （8）結構設計及繪制齒輪零件圖 小齒輪的結構及尺寸見圖4-2。 圖4-2小齒輪 4.2割草機行走輪的設計 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。 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

64、結構及尺寸如圖4-3、4-4。 圖4-3行走輪效果圖 圖4-4行走輪 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

65、且污染環(huán)境，影響人身健康。 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。

66、 5割草機割草機構的設計 手推滾刀式割草機的割草機構由滾刀和定刀構成，滾刀的軸架于支架上，該軸的兩端分別裝置有與行走輪的內圈齒輪相嚙合形成行星輪系的小齒輪，定刀固定于支架上，定刀的刃部與滾刀的刃部相切。 通過調節(jié)滾刀與定刀的相對位置，可以得到不同的剪切高度。 滾刀與定刀的密接調整。這里指的是動刀片和定刀片的接合狀態(tài)。如果密接不良，在切割的過程中容易導致草的根拔和撕扯，不能順利的割斷。滾刀和定刀片的刀刃部分應該相切，最大允許有0.5毫米的間隙。 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。 滾刀和定刀的刀片材料均選用彈簧鋼。彈簧鋼是專門用來制造各種彈簧和彈性元件或類似性能要求的結構零件的主要材料。彈簧鋼具有優(yōu)良的綜合性能，如力學性能(特別是彈性極限、強度極