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手推式草坪電動割草機的設(shè)計
Design of lawn mower
摘 要
割草機是城市園林用具的重要機械裝置之一，在目前大氣污染和水土流失嚴(yán)重的情況下，發(fā)展草坪和地被植物是維護生態(tài)平衡的重要措施之一，特別是針對我國北方的沙塵暴天氣。同時城市植物對減輕揚塵和噪音污染也有很好的作用。而維持草坪美觀就要對其進行定期的修剪，修剪過程就要靠割草機來完成。
本次設(shè)計的割草機主要是由動力裝置、傳動裝置、割刀裝置等裝置組成的，對傳動裝置中的軸的選擇做了詳細的介紹，對刀片和內(nèi)置調(diào)高件也做分析和計算。本文所設(shè)計的割草機適合于城市綠化帶及中小型草地使用，在進行修剪工作時保證了噪聲小、污染小等特點。
關(guān)鍵詞：割草機 驅(qū)動裝置設(shè)計 傳動裝置設(shè)計 強度計算
Abstract
Lawn mower is one of the important mechanical devices of city garden appliances.in the present situation of serious air pollution and soil erosion, the development of turf and ground cover plants is one of the important measures to maintain ecological balance, especially for the sandstorm weather in the north of China. At the same time, urban plants also play a very good role in reducing dust and noise pollution. To keep the lawns beautiful, it is necessary to prune them regularly. The process of mowing depends on the lawn mower.
In this paper,the lawn mower driving device ,transmission device,cutting device,such as the specific device is made in detail,and the key derive system of the calculate and determine the basic size of gear and shaft,the selection of various standard pasts,non-standard parts and do the corresponding calculations.The mower designed in this paper is suitable for use in urban green belts and small and medium-sized grassland.When the lawn is pruned, it saves raw materials, pollute little, and meets environmental requirements.
Keywords:The glass cutting machine Drive design Transmission device design Strength calculation
目 錄
摘要……………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………………Ⅱ
1 引言…………………………………………………………………………………1
1.1 草坪割草機的分類……………………………………………………………1
1.2 草坪割草機的使用方法………………………………………………………1
1.3 使用割草機的安全事項及汽油的處理方法…………………………………1
1.4 割草機的維護及故障處理……………………………………………………1
2 割草機的概述…………………………………………………………………… 3
2.1 我國割草機的發(fā)展………………………………………………………… 4
2.1.1 發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………………………………4
2.1.2 發(fā)展存在的問題……………………………………………………… 5
2.2 割草機的分類……………………………………………………………… 6
2.3 割草機的結(jié)構(gòu)特點及其工作原理………………………………………… 6
3 割草機的參數(shù)設(shè)計…………………………………………………………………9
3.1 驅(qū)動裝置的設(shè)計………………………………………………………………9
3.2 割刀軸的設(shè)計…………………………………………………………………9
3.2.1 軸的計算設(shè)計………………………………………………………… 9
3.2.2 軸的材料選擇…………………………………………………………10
3.2.3 軸的計算………………………………………………………………10
3.3 刀片的設(shè)計及計算…………………………………………………………13
3.4 調(diào)高機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………………………14
3.4.1調(diào)高機構(gòu)的設(shè)計計算…………………………………………………15
3.5 鉸鏈的設(shè)計…………………………………………………………………17
3.5.1 鉸鏈強度校核…………………………………………………………18
4 結(jié)論………………………………………………………………………………19
參考文獻……………………………………………………………………………20
致謝…………………………………………………………………………………21
V
1 引言
在城市綠化工具中，割草機的使用是非常廣泛的，也是應(yīng)用最多的。下面將概述草坪割草機的類型以及使用方法。
1.1草坪割草機的分類
按割草機的驅(qū)動裝置的類型分類可分為以汽油機式，電動式和人力手推；以割草機割刀的數(shù)量分類可將割草機分為雙刀片式、復(fù)合刀片式和單刀片式；按刀片運行的方式可分為滾刀式和旋刀式；按排出草的方式可分為集草袋式和側(cè)排式。現(xiàn)在市面上使用的割草機大多為發(fā)動機式、自走式等機型。
1.2草坪割草機的使用方法
要檢查發(fā)動機的汽油的數(shù)量、螺絲的松緊程度、刀片的緊密和鋒利程度。在割草機冷機的時候，要先將風(fēng)門關(guān)閉,并重壓潤滑器不少于3次，將油門開到最大。當(dāng)割草機啟動后在適當(dāng)?shù)恼{(diào)整風(fēng)門。在割草機工作的過程中，如果草太高，可以分階段的進行工作，最好的工作高度是每次剪草的1/3，這樣可以避免草地在作業(yè)后出現(xiàn)草黃的現(xiàn)象。如果割草機割草區(qū)域的坡度很陡，必須順著高處向下割草，當(dāng)坡度大于30度時，就不適合割草機工作盡量采用人工。割草機割草區(qū)域面積很大時，割草機工作時間應(yīng)該小于4個小時。在割草機工作之前，必須先將操作范圍內(nèi)的雜物整理干凈，以免影響操作。
1.3使用割草機的安全事項及汽油處理方法
在啟動割草機時，不要讓啟動拉繩突然彈起；割草機工作時操作人員應(yīng)該注視前方1-1.2米處的地方；當(dāng)割草機在斜坡上工作時，機器必須橫穿斜坡工作；在城市綠化帶工作時，需要穿過馬路時割草機必須關(guān)閉；除非割草機火花塞連線斷開，否則割草機一定不能離開視野內(nèi)；切勿使割草機傾斜，必須保證割草機的輪子始終著地；切勿將割草機向自身所在的方向運行；切勿將正在工作或威脅引擎的割草機抬起；當(dāng)割草機的發(fā)動機過熱時請不要靠近。
請不要在房屋或密閉環(huán)境內(nèi)存放汽油；在給割草機添加汽油時，如果汽油濺溢出來要立即清理，以免發(fā)生意外；添加的汽油不要超過油箱體積的3/4，且火花塞接線必須斷開。
1.4割草機的維護及故障處理
在割草機完成工作之后，要及時進行清理，并對連接部進行檢查，看看是否發(fā)生松動，再查看油箱油面是否符合標(biāo)準(zhǔn)，刀片是否完好有無磨損，最后根據(jù)設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢查容易損壞的部位，并定期檢查維護。
當(dāng)割草機無法啟動時，可能的原因有很多。火花塞的放電不好，是用來劣質(zhì)或變質(zhì)的機油，正矢齒輪及磁電機引起的點火正矢不準(zhǔn)確等，都會造成割草機無法啟動，要解決這些問題也比較簡單。經(jīng)常清洗空濾器，讓割草機用好的汽油，經(jīng)常維護發(fā)動機等。
當(dāng)割草機啟動時拉繩出現(xiàn)反彈，則可能是點火過早造成的，另外有可能是刀片在割草過程中撞擊到硬物后，剪切了飛輪鍵的原因。
當(dāng)割草機工作時出現(xiàn)修剪的草坪依然參差不齊，則可能是刀片遲鈍了，割草機刀片應(yīng)在使用了十天時進行打磨。割草過程中，如果割草機出現(xiàn)劇烈震動，則可能是刀片出現(xiàn)磨損或變形，此時應(yīng)該立刻停止作業(yè)更換刀片，作業(yè)前應(yīng)該清除作業(yè)區(qū)域的雜物防止出現(xiàn)類似情況。
當(dāng)割草機發(fā)動機打消聲器出現(xiàn)冒煙時，則可能是進氣燃料的混合比重過大造成的。這時應(yīng)該先清洗或者更換新的空濾器，如果故障任然存在，則需要清洗調(diào)整割草機發(fā)動機化油器。當(dāng)故障還沒有排除時，則需要找維修人員對發(fā)動機進行修理。
當(dāng)發(fā)動機啟動后不能熄火時可能是油門線裝置方位不恰當(dāng)；油門活動不靈敏等。這時可以重新安裝油門線或替換一個新的油門線，在油門的活動方位處滴上幾滴機油。
2 割草機的概述
割草機顧名思義割草時需要運用的裝置。早在200多年前，割草機還沒有誕生時，人類對草坪的修剪主要依靠鐮刀或者牛羊放牧。后來隨著足球、棒球等運動的興起，人們對草坪的平整美觀有了更高地要求，于是在1805年英國人普拉克內(nèi)特發(fā)明了第一臺收割谷物并且能夠割除雜草的機器，這臺割草機還是靠人力推動的，通過齒輪帶動旋刀割草。到了1830年時，比爾·布丁取得了專利后，滾筒式割草機開始由蘭賽姆斯公司生產(chǎn)。后來一直到1902年英國人倫敦恩斯制造出以內(nèi)燃機為動力的滾筒式割草機。在西方發(fā)達國家，20世紀(jì)初期，割草機就取得了快速的發(fā)展。
隨著當(dāng)今社會的發(fā)展，人們對生活環(huán)境的要求也越來越高，城市內(nèi)環(huán)境的保護得到越來越多的重視。我國的草坪業(yè)也得到了飛速的發(fā)展。發(fā)展草坪有凈化環(huán)境，堅固土壤，凈化空氣等多種作用，而這些作用也得到了人們的認識。
第一臺割草機從誕生以來，到現(xiàn)在割草機已經(jīng)通過一百年的發(fā)展了，而且割草機的也從以前的只用于牧場割草，而發(fā)展到數(shù)十個種類，工作的場所也有各式各樣的了。因為我國國內(nèi)對割草機的研究起步較晚，相應(yīng)的機械生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模也很小，而且它們生產(chǎn)出的割草機的用途很少，大多數(shù)企業(yè)沒有形成相應(yīng)的規(guī)模進行的批量，所以在長時間來，我國的割草機大多數(shù)是依賴進口。我國割草機進口主要依·靠歐美日等發(fā)達國家，進口價格在0.5萬元到5.8萬元。
我國從改革開放以來，草坪業(yè)得到了充分的發(fā)展，在這短短十幾年的時間里，草坪機械業(yè)迎來了生機。先是使用的割草機械上得到了質(zhì)的飛升，使用的大多數(shù)設(shè)備是進口外國的產(chǎn)品，后是在草坪的維護及保養(yǎng)生產(chǎn)有一套完整的機械，最后就是我國國內(nèi)擁有的割草機種類繁多、配套程度較高。割草機作為我國發(fā)展最快的農(nóng)牧業(yè)機械，在這幾十年的時間里我國所使用的割草機已經(jīng)有了幾十種型號含括美日等發(fā)達國家的各種機械，而且國內(nèi)自主研發(fā)的割草機也開始進行生產(chǎn)?，F(xiàn)在市面上所使用的割草機五花八門，它們的分類方式也有很多。
我國生產(chǎn)的割草機以刀具類型可分為滾刀式和旋刀式兩大類。滾刀式割草機的結(jié)構(gòu)主要是通過帶刀片的滾筒與床刀組成，滾筒轉(zhuǎn)動而帶動刀片轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)割草的目的。滾動式割草機相比于旋刀式割草機割草的品質(zhì)更好效率更高，是足球場，高爾夫球場等高品質(zhì)草坪最常用的機型。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(yán)格。旋刀式割草機主要是由橫向軸連接割刀裝置，由驅(qū)動裝置帶動而高速旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)割草，旋刀式割草機主要用于30-85毫米范圍的草坪。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(nèi)外最流行的割草機。
2.1我國割草機的發(fā)展
2.1.1發(fā)展?fàn)顩r
我國生產(chǎn)割草機的廠家大約有50家左右。一般都是城市園藝公司，也有部分生產(chǎn)割草機的工廠。市場上草坪割草機的品牌也很多，也有從外國進口的產(chǎn)品，也有國內(nèi)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。
我國制造割草機的廠家主要是與外國合資泛亞園林機械有限公司，其生產(chǎn)的主要產(chǎn)品是立特牌-NEAT草坪割草機，該割草機運用美國的先進技術(shù)性能優(yōu)異，公司一年生產(chǎn)該產(chǎn)品達6000臺左右?，F(xiàn)在該公司正進行技術(shù)升級，目的是提升割草機的年產(chǎn)量，使該產(chǎn)品性能更好，目前該產(chǎn)品的驅(qū)動裝置是選擇了日本本田公司的發(fā)動機。
南通機床廠為轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)割草機的廠家。其產(chǎn)品為地草王系列產(chǎn)品；這家工廠生產(chǎn)的割草機主要是自走式割草機，隨進式割草機，電動割草機，騎乘式割草機，這些割草機割幅大不相同，功率也有大有小。這家轉(zhuǎn)產(chǎn)的割草機廠不光生產(chǎn)割草機還生產(chǎn)其配套零件，且它們的割草機多是美國的發(fā)動機，到1999年時該廠已經(jīng)將產(chǎn)品遠銷國外。
山東省萊州市仲院宇峰鍘草機廠研制出了全新微型電動割草機，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(jié)構(gòu)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。
我國雖在割草機研究部分落后于發(fā)達國家，但隨著改革開放的進行，我國在農(nóng)牧業(yè)機械方面有了較大的成果，即研發(fā)出了草坪割草機的試驗臺。城市的綠化依靠著割草機，但目前國內(nèi)生產(chǎn)的割草機雖在市面上有些銷售，但種類繁多，性能也是參差不齊，所以大多都是購買的外國發(fā)達國家的產(chǎn)品，這對國內(nèi)自主研發(fā)的產(chǎn)品有一定的打擊。不光在性能上，在相應(yīng)的配到設(shè)備上以及在割草機的檢測設(shè)備上也落后于發(fā)達國家。但現(xiàn)在北京農(nóng)機站成功研究出了草坪割草機的試驗臺，以前出現(xiàn)的問題也得到了一定的解決。這次北京科研站研發(fā)的這臺試驗臺采用了氣動技術(shù)，實現(xiàn)了全自動化，可以多市面上的各種類型的割草機進行檢測，能夠?qū)Ω畈輽C的刀片護罩以及撞擊能力進行試驗，增加了國內(nèi)割草機的可靠程度。就試驗結(jié)果而言，這臺草坪割草機試驗臺，擁有不亞于發(fā)達國家的技術(shù)，其安全可靠程度相當(dāng)高。
2.1.2發(fā)展存在的問題
目前我國國內(nèi)的割草機市場發(fā)展的緩慢，割草機銷量遠低于發(fā)達國家，在通過各項檢測之后，我國自制的割草機確實存在技術(shù)的問題。下面來介紹，我國在畜牧業(yè)機械存在的問題。
其一主要是國家對草坪業(yè)的資金投入遠低于發(fā)達國家，對畜牧業(yè)機械的支持也明顯下降，由于技術(shù)和資金的問題許多廠家都紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)，有些廠家寧愿轉(zhuǎn)銷發(fā)達國家的產(chǎn)品也不使用自制的產(chǎn)品，這使得我國畜牧機械業(yè)雪上加霜，不過我國在機械方面確實存在技術(shù)的不足，生產(chǎn)的工藝也比較落后，制造能力也存在差距。我國目前自主生產(chǎn)的割草機械產(chǎn)品質(zhì)量低、故障多，遠不及國外發(fā)達國家的產(chǎn)品可靠。例如往復(fù)式割草機工作半天即需刃磨，使用可靠性不到80％。歐美等國家生產(chǎn)的割草機可以工作500公頃，出現(xiàn)問題的概率只有5％，然而我國自己生產(chǎn)的割草機工作500公頃發(fā)生故障的概率有30％左右。而相同時間下國外的割草機工作量是我國的2倍以上。這些問題都說明了我國割草機的技術(shù)沒有發(fā)達國家的先進，成熟。
產(chǎn)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；而同樣美國的紐荷蘭公司也已經(jīng)擁有數(shù)十種割草機的機型，這些公司的產(chǎn)品都已配套，可供用戶隨意選擇。而我國的割草機沒有形成配套設(shè)配，用戶也沒法選擇它們。
產(chǎn)品技術(shù)水平低。由于研究落后于發(fā)達國家的原因，我國生產(chǎn)的機械技術(shù)水平遠低于國外同行的標(biāo)準(zhǔn)。因為技術(shù)的落后，國家對該行業(yè)的資金投入也嚴(yán)重不足，相對的創(chuàng)新能力、研究進度也有所減緩。目前國內(nèi)生產(chǎn)的割草機大多數(shù)是歐美國家以前的技術(shù)，幾十年來在這方面沒有進行大的改進，跟不用說自主創(chuàng)新新的技術(shù)了。在銷售方面也缺少應(yīng)有的售后服務(wù)體系。通過這些問題知道，割草機械目前技術(shù)水平低、質(zhì)量不高的原因，還是因為資金投入的不足和技術(shù)型人才的缺少造成的。不過在改革開放后，國家對機械行業(yè)越來越重視，相對的資金也有了大的投入，我國在這方面的研究也取得了較大的成果，相信在不久的將來割草機技術(shù)能和國外平分秋色。
2.2割草機的分類
維護和保養(yǎng)草坪的基本工作就是修剪，而這一過程就要靠割草機來完成。對不同的草坪選擇正確的割草機就顯得非常重要。高質(zhì)量的草坪如足球場等運動場的草坪選擇滾刀式割草機最合適；有斜坡的草坪選擇懸浮式割草機；林間或雜物較多的草坪選擇割灌割草機最合適。
往復(fù)式割草機在割草時低而整齊，能夠減少對草坪的損失。這樣往復(fù)式割草機就適合于高質(zhì)量的草坪，又因為其相對功耗低，所以成本也相對少一些。使用往復(fù)式割草機時的工作速度在7—9km/h之間。國外通過技術(shù)的改進來提高穩(wěn)定性和刀片的來回次數(shù)，使其速度能夠提升到10-12KM/h。在對垂直生長且生長密度不高的草坪切割時應(yīng)選用往復(fù)式割草機。
旋轉(zhuǎn)式割草機因為其工作時平穩(wěn)，便于操作且可用于多種草坪而受歡迎。不過其通常運用于農(nóng)場牧草地收割。旋轉(zhuǎn)式割草機在工作時速度一般在9—15km/h，工作效率高。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，單位割幅功率消耗大。
割草機在分類時通常以驅(qū)動的方式、作業(yè)的方式和牽引的方式分類。以驅(qū)動的方式可分為人畜力驅(qū)動、發(fā)動機為動力和電能驅(qū)動三種割草機。其中，使用最多的是用發(fā)動機驅(qū)動的割草機。太陽能割草機雖然已有生產(chǎn)，但應(yīng)用很少。
以作業(yè)方式分類可以分為。手推式、坐騎式和拖拉機懸掛式割草機。
以動牽引方式分類可分為前置式、側(cè)置式、后置式、中置式割草機。目前，絕大多數(shù)是采用懸掛式，大型的割草機一般是混合動力牽引方式。
2.3割草機的結(jié)構(gòu)特點及工作原理
本次設(shè)計的手推式割草機是由電機、機架、割刀、調(diào)高機構(gòu)、控制機構(gòu)、行走輪等部分組成如圖2.3-1,2.3-2所示。
圖2.3-1 三維結(jié)構(gòu)圖
圖1 整體結(jié)構(gòu)圖
Fig1 The overall structure diagram
圖2.3-2 整體結(jié)構(gòu)圖
割草機的機架由割草機箱體、前后軸支撐架構(gòu)成，主要用來支撐和安裝其他部件。如圖2.3-3 所示
圖2.3-3機架示意圖
割草機構(gòu)由電機、傳動軸、割刀架和刀片組成。割草機電機安裝在機架上，通過傳動軸與割刀架連接，電機啟動時，帶動傳動軸和割刀架一起轉(zhuǎn)動起到旋轉(zhuǎn)切割的作用。刀片一般使用合金工具鋼，讓刀片的鋒刃度和耐磨強度能達到要求。如圖2.3-4所示
圖2.3-4 割草裝置示意圖
調(diào)高機構(gòu)由車輪搖臂，連桿，助力彈簧，調(diào)高手柄，調(diào)高檔位座，后軸，前軸組成。行走裝置由行走輪，軸承等組成入圖2.3-5所示。
圖2.3-5 輪子
本次設(shè)計割草機以普通的小型旋轉(zhuǎn)式割草機為主，通過鉸鏈的方式將割草裝置連接在一起來實現(xiàn)角度的變換。本割草機主要通過人用手推來行進，電動機來帶動刀片轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)割草工作。
3.割草機的參數(shù)設(shè)計
3.1驅(qū)動裝置的設(shè)計
該割草機使用電機驅(qū)動。
割草機工作時所消耗的功率為，割草時的功率。即
其中
式中
——割草機行進速度（米/秒），本機為1米/秒
——割幅（米），本機為0.8米
——切割單位面積的作物所消耗的功率（N·m/㎡）,取200-300N·m/㎡
空轉(zhuǎn)功率的大小和割草機切割器的安裝調(diào)增技術(shù)有關(guān)，每行進1米所要空轉(zhuǎn)功率為0.6-1.1kw。
取=0.92kw
故輸出功率η
η是工作部位的總效率，取η為0.92，故選擇的割草機電機為1600r/min。
3.2 割刀軸的設(shè)計
3.2.1 軸的設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是本次設(shè)計的重點。在選擇軸的結(jié)構(gòu)和尺寸時要對軸上的零件做出計算。如果軸設(shè)計的不符合要求，那與軸相關(guān)聯(lián)的零件也會受到影響，軸本身的工作能力也會出現(xiàn)問題。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是軸設(shè)計中的重要內(nèi)容。
通過對軸的剛度、強度的計算來決定軸的工作能力。很多情況下，軸的工作能力主要決定于軸的強度。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是對軸的外形以及尺寸進行全面的分析和計算。軸的結(jié)構(gòu)是通過載荷性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等決定的。
本次設(shè)計的軸用于連接割刀架和電機，以及車輪的連接如圖3.2-1。
圖3.2-1車后軸
3.2.2 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)用扎制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。
因為合金鋼比碳鋼的淬火性能更高。故在傳動時擁更大的動力，且其尺寸與質(zhì)量也比較高，所以通常使用合金鋼。
3.2.3 軸的計算
（1）初步確定軸的最小直徑
先初步估算軸的最小直徑。本次設(shè)計的軸的材料選擇的是45鋼，在進行調(diào)質(zhì)處理后,擁有更高的承受能力、強烈磨損。取A0=112，于是得
(1)
又因為
因此選擇直徑d1=20mm（刀片連接器） d2=22mm（與軸承配合處）d3=24mm（限制軸承處）d4=20（與電機連接）
（2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
選用7206c型角接觸球軸承。
內(nèi)徑為30mm.
寬度為16mm.
II段長：
L2=（2+20+16+55）=93mm （2)
III段直徑d3=35mm
L3=L1-L=50-2=48mm (3)
Ⅳ段直徑d4=45mm
由手冊得：c=1.5 h=2c=2×1.5=3mm
d4=d3+2h=35+2×3=41mm (4)
長度與右面的套筒相同，即L4=20mm
該段直徑應(yīng)?。海?0+3×2）=36mm
因此將Ⅳ段設(shè)計成階梯形，左段直徑為36mm
Ⅴ段直徑d5=30mm. 長度L5=19mm
由上述軸各段長度可算得軸支承跨距L=100mm
(3)按彎矩復(fù)合強度計算
①求分度圓直徑：已知d1=50mm
②求轉(zhuǎn)矩：已知T2=50021.8N·mm
③求圓周力：Ft
由式得：
(5)
④求徑向力Fr
根據(jù)課本P127（6-35）式得
Fr=Ft·tanα=1000.436×tan200=364.1N (6)
⑤因為該軸兩軸承對稱，所以：LA=LB=50mm
(1)繪制軸受力簡圖（如圖a）
（2）繪制垂直面彎矩圖（如圖b）
軸承支反力：
FAY=FBY=Fr/2=182.05N
FAZ=FBZ=Ft/2=500.2N
由兩邊對稱，知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為
MC1=FAyL/2=182.05×50=9.1N·m (7)
(3)繪制水平面彎矩圖（如圖c）
圖3.2-2 彎矩圖
截面C在水平面上彎矩為：
MC2=FAZL/2=500.2×50=25N·m (8)
(4)繪制合彎矩圖（如圖d）
MC=(MC12+MC22)1/2=(9.12+252)1/2=26.6N·m (9)
(5)繪制扭矩圖（如圖e）
轉(zhuǎn) 矩： T=9.55×（P2/n2）×106=48N·m (10)
(6)繪制當(dāng)量彎矩圖
取α=1，截面C處的當(dāng)量彎矩：
Mec=[MC2+(αT)2]1/2
=[26.62+(1×48)2]1/2=54.88N·m (11)
(7)校核危險截面C的強度
由式（11）
σe=Mec/0.1d33=99.6/0.1×413
=14.5MPa< [σ-1]b=60MPa
所以該軸強度足夠。
3.3刀片的設(shè)計及計算
本次設(shè)計的刀片運用于割草，故刀片選則優(yōu)質(zhì)合金鋼，其最低硬度為HRC45，脆性要求應(yīng)符合彎曲試驗。如圖3.3-1所示為本次設(shè)計的割刀裝置
圖3.3-1 割刀架及刀片
如圖示，通過圓沖頭，沖壓刀片，將刀片彎成ａ角度。刀片的厚度對應(yīng)的彎曲角度見表1。
厚度 s/mm
角度a/(°)
s3.5
3.5s<4.5
s4.5
75
45
30
表一 刀片厚度對應(yīng)的彎曲角度
距離L,由下式計算：
L=(32+3s)±s/2 (12)
其中
M=0.024d3
式中：M——刀片不平衡量,kg·m;
d——刀尖圓直徑，m。
刀片在整機上性能要求
刀尖最大線速度應(yīng)小于96.5m/s。
機構(gòu)之時到停止轉(zhuǎn)動之時所經(jīng)過的時間。對于割草寬度在600mm 以內(nèi)的旋刀式
草坪割草機，當(dāng)操作者脫開操作機構(gòu)時，刀片應(yīng)在3S 內(nèi)停止；
1.沖頭 2.刀片 3.支承 4.彎曲區(qū)
圖 3.3-2 實驗?zāi)Ｐ?
制動距離按下式計算：
S=0.015V (13)
式中：S——制動距離，m；
V——行走速度，km/h。
3.4 調(diào)高機構(gòu)的設(shè)計
割草機內(nèi)置調(diào)高機構(gòu)即把調(diào)高機構(gòu)放置在割草機殼體內(nèi)部, 外部只有操作手柄。如圖3.4-1
圖3.4-1 1.助力彈簧 2.前搖臂 3.車輪搖臂 4.連桿
5.后搖臂 6.調(diào)高手柄 7.檔位調(diào)高座
在割草機底部裝上傳動連桿和搖臂就是調(diào)高機構(gòu)。通過拉簧、壓簧或扭簧來實現(xiàn)助力調(diào)整。調(diào)高機構(gòu)的重點是連桿、搖臂和助力彈簧。
3.4.1 調(diào)高機構(gòu)設(shè)計計算
（1）連桿及搖臂
由于連桿和搖臂都是放置在割草機的內(nèi)部, 受到殼體和其他因素的限制, 所以內(nèi)置的連桿及搖臂不可能像外置機構(gòu)那樣可以設(shè)計成簡單的平行四連桿機構(gòu), 而是需要改變搖臂安裝角度及其臂長, 還往往會出現(xiàn)前后搖臂初始安裝角和臂長均不相等的情況。圖5所示為簡化了的計算模型, 根據(jù)實際殼體空間在保證搖臂轉(zhuǎn)角相等的情況下( 保證割草機四輪高度一致) ,可適當(dāng)調(diào)整確定前后搖臂的安裝角度、臂長和連桿的長度。其可以通過計算機進行優(yōu)化設(shè)計, 也可以用做圖法設(shè)計確定。
L.軸距 .前后搖臂轉(zhuǎn)角； 1.前搖臂初始安裝角；
2.后搖臂初始安裝角；r1.前搖臂臂長; r2.后搖臂臂長
圖3.4-2連桿及搖臂計算模型
連桿長度l 按下式計算:
l= (14)
設(shè)計零件時在空間允許的情況下應(yīng)保證前后搖臂最長, 這樣可以最大限度地保證調(diào)高精度。凡運動的零件均應(yīng)進行運動校核, 連桿及搖臂與殼體的最小間隙應(yīng)控制在5～10mm, 連桿與旋刀的間隙應(yīng)大于20mm。
（2） 回位助力彈簧
本次選用的彈簧是扭簧。將扭簧串彎折在前軸上, 一端通過掛鉤掛在前軸搖臂上, 另一端作為固定。如圖3.4-3所示
圖3.4-3 扭簧
k=cos/φ1 (15)
式中: k 為扭簧剛度( N·mm/°) ; G 為割草機重量( N) ; R 為車輪搖臂長度( mm) ; 為中檔時車輪搖臂水平夾角( °) ;φ1 為中檔時扭簧變形角( 安裝變形角)( °) 。
試制機型的彈簧參數(shù)如下:
變形角φ=66°; 彈簧自由角φ0=120°; 安裝變形角
φ1=96°( 由于有間隙, 實際安裝角度達不到) ; 工作變形
角φ2=162°。材料選用碳素彈簧鋼絲C 級( 因為調(diào)高機構(gòu)不頻
繁使用, 滿足要求即可) :切變模量G=79000( ) ; 彈性模量E=206000() ; 抗拉強度=1520( ) ; 許用彎曲應(yīng)力 =1216( ) ; 鋼絲直徑d=4.0( mm) ; 彈簧中徑D=22( mm) ;旋繞比C=5.50; 曲度系數(shù)K1=1; 有效圈數(shù)n=8; 實際剛度k=78.11 ( N·mm/°) ; 安裝拉桿受力( 最高割草) =166.4N; 工作拉桿受力( 最低割草) =310.8N。
（3）其他零件的設(shè)計
調(diào)高手柄由手柄、桿和彈性元件組成。調(diào)高檔位座一般選用的是塑料或者鋼材。手柄的檔位一般有10個左右, 各檔可調(diào)節(jié)10mm左右的割草高度。如圖3.4-4所示檔位調(diào)高部
圖3.4-4 檔位調(diào)高座與調(diào)高手柄
1.彈簧片 2.手柄桿 3.手柄 4.檔位調(diào)高座
3.5 鉸鏈的設(shè)計
鉸鏈與車身采用螺釘連接如圖3.5-1所示
圖3.5-1 鉸鏈連接示意圖
3.5.1 鉸鏈強度校核
為了能夠?qū)崿F(xiàn)鉸鏈的斜坡地作業(yè)，必須對鉸鏈進行強度校核。鉸鏈的材料為HT200，鉸鏈上有四個螺釘。在通過鉚釘組截面形心的力F作用下，每個鉚釘上所受的力相等，即
F1=F2=F3=F4=F5=nmg/5
且r1=r2=r3=r4
可得F''1=F''2=F''3=F''4
由合力矩定理得
2F''1r1+2F''2r2=Me
可解得F''1=nmg/(4r1)
r1=
則1=2=3=4=nmg/(2×）
可得鉚釘受到的最大切應(yīng)力為：
τ=1/A1=nmg/(4××π×）
τ＜[τ]故該鉸鏈強度滿足條件
4 結(jié)論
通過本次設(shè)計，對割草機的割刀裝置、傳動裝置、調(diào)高機構(gòu)、輪子以及鉸鏈進行了計算，理論上實現(xiàn)了手推式割草機的基本要求。
在經(jīng)歷過這次畢業(yè)設(shè)計，我明白了光是進性理論知識學(xué)習(xí)，不足以滿足實際設(shè)計的要求。通過這次畢業(yè)設(shè)計我學(xué)到了許多課本上沒有的知識，提高了我專業(yè)基礎(chǔ)知識水平，以及解決問題的能力。同時也提高我查閱資料的能力，也將電腦繪圖軟件AutoCAD2010、creo2.0的熟練度提升了一個檔次。通過對設(shè)計整體的掌控，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉。使我的意志力以及耐心都得到了不同程度的提高。在具體的設(shè)計計算中，我察覺到大學(xué)四年學(xué)習(xí)的知識并沒有帶下好的基礎(chǔ)，通過這次設(shè)計我一定戒驕戒躁，在以后的工作當(dāng)中做到更好。
從這次畢業(yè)設(shè)計中學(xué)到了許多知識和經(jīng)驗?；仡櫞髮W(xué)四年，再回首畢業(yè)設(shè)計的過程，我深刻地感受到做事要從一點一滴慢慢做起，通過不斷的改善不斷地優(yōu)化，才能將事情做好。通過反復(fù)的實踐才能不斷的完善自己。
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致謝
本設(shè)計是在老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。在設(shè)計的各個階段當(dāng)中，從查閱資料到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)，并很認真的幫助我解決設(shè)計過程中碰到的難題，對零部件的設(shè)計上也給了我很多好的建議，使設(shè)計的更加合理。通過老師詳細的教導(dǎo)，我繪制出本次設(shè)計的圖紙，老師仔細檢查了我的圖紙，并指出了圖紙上錯誤，讓我能及時的改正，這些都讓我獲益匪淺。同時我還要感謝這四年對我進行教育的各位老師，正是這四年的學(xué)習(xí)，才為我這次順利完成畢業(yè)設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。沒有他們的培養(yǎng)教育，我也不可能順利的完成這次畢業(yè)設(shè)計。在此，對馬麗教授以及四年當(dāng)中對我進行教育的各位老師表示我最真誠的尊敬和最真摯的感謝。
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