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南京林業(yè)大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
南京林業(yè)大學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題
目：
單刃面綠籬修剪機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)
專
學(xué)
院：
業(yè)：
號(hào)：
南方學(xué)院
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
職
稱：
二 O 一 三
年
六月
1
南京林業(yè)大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘要
綠籬修剪機(jī)是一種小型園林修剪機(jī)械，每年綠籬都要進(jìn)行修剪，這對(duì)維護(hù)綠籬旺盛的
生長，加強(qiáng)樹冠新梢的密度有著很好的作用，并能設(shè)計(jì)成各種需要的造型。現(xiàn)有的綠籬修
剪機(jī)存在不少問題，例如手持部分重量過重，勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。針對(duì)這些缺點(diǎn)本人進(jìn)行
了一些設(shè)計(jì)希望能改善單刃面綠籬修剪機(jī)，能在很大強(qiáng)度上降低勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高
工作效率，適用于各種綠籬松墻及樹球的整形修剪，也可用于茶樹剪枝整冠作業(yè)，適用范
圍廣，可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的目的。設(shè)計(jì)的機(jī)器有以下特點(diǎn)：1、適應(yīng)性強(qiáng)，操作安全。2、重
量輕、振動(dòng)小、噪音低，為操作者提供了一個(gè)良好的工作條件，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)
度。3、作業(yè)質(zhì)量較好，性能穩(wěn)定。
關(guān)鍵字：綠籬修剪機(jī)，現(xiàn)狀與發(fā)展。
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南京林業(yè)大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
Abstract
Hedge trimmers is a small garden pruning machinery, the annual Hedge pruning should be
carried out, which has a good role to maintain the Hedge strong growth, enhance the density of
the canopy shoots and can be designed to the shape of a variety of needs. The existing hedge
trimmers there are many problems, such as the hand-held part of the weight is too heavy,
labor-intensive and other shortcomings. Address these shortcomings, I hope some design can
improve the single-blade surface hedge trimmers, great strength, reduce the labor intensity of
workers, improve work efficiency, suitable for the various Hedge loose wall and the pruning of
the tree ball, tea tree pruning can be used the whole crown job for a wide range, can achieve the
purpose of the use of a machine. The design of the machine has the following characteristics: 1,
adaptable, safe operation. 2, light weight, small vibration, low noise, and provides the operator
with a good working conditions, greatly reducing the labor intensity. 3, better job quality and
stable performance.
Keywords:Hedge trimmers, status quo and development.
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南京林業(yè)大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
目 錄
第一章 緒論................................................................................................................................... 5
1.1 引言.................................................................................................................................. 5
1.2 國外單刃綠籬修剪機(jī)發(fā)展概況...................................................................................... 5
1.3 國內(nèi)單刃綠籬修剪機(jī)發(fā)展概況...................................................................................... 6
1.4 本文研究的目的及意義.................................................................................................. 8
第二章 單刃綠籬修剪機(jī)的設(shè)計(jì)方案........................................................................................... 9
2.1 綠籬修剪機(jī)的比較和選擇.............................................................................................. 9
2.2
單刃綠籬修剪機(jī)的組成及工作原理.......................................................................... 10
2.2.1 單刃綠籬修剪機(jī)的組成..................................................................................... 10
2.2.2 單刃綠籬修剪機(jī)的工作原理............................................................................. 10
第三章 單刃綠籬修剪機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)......................................................................................... 12
3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇................................................................................................................ 12
3.2 離合器的選擇................................................................................................................ 12
3.3 綠籬修剪機(jī)刀片及其保護(hù)殼的設(shè)計(jì)............................................................................ 18
3.4 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核............................................................................................ 19
3.5 綠籬修剪機(jī)把手的設(shè)計(jì)................................................................................................ 24
3.6 單刃綠籬修剪機(jī)的減振降噪措施................................................................................ 25
3.7 單刃綠籬修剪機(jī)的使用注意事項(xiàng)................................................................................ 25
3.7.1 修剪機(jī)的操作規(guī)程.............................................................................................. 25
3.7.2 修剪機(jī)的操作順序.............................................................................................. 26
3.7.3 修剪機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)要點(diǎn)...................................................................................... 26
第四章 總結(jié)................................................................................................................................. 28
4.1 總結(jié)................................................................................................................................ 28
4.2 展望................................................................................................................................ 28
致謝............................................................................................................................................... 29
參考文獻(xiàn)....................................................................................................................................... 31
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第一章 緒論
1.1 引言
改革開放促進(jìn)了城市建設(shè)和發(fā)展，也給城市園林綠化工作提出了更高的要求。當(dāng)一座
座建筑群拔地而起，緊隨的是園林綠化工作的進(jìn)行。為了改善人們的工作，學(xué)習(xí)和生活環(huán)
境，改善城市地區(qū)的衛(wèi)生和氣候條件，保護(hù)居民的身體健康，創(chuàng)造一個(gè)優(yōu)美舒適和安靜的
環(huán)境，必須增加城市的綠地面積和建設(shè)各種娛樂場所。因此，美化和綠化是城市建設(shè)和發(fā)
展的重要標(biāo)志之一。隨著城市園林綠化的發(fā)展，必然促進(jìn)了園林綠化機(jī)械的應(yīng)用和發(fā)展。
目前我國園林綠地中綠籬的用量很大，根據(jù) CJJ/T1985-2002《城市園林綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》，
其中 G1 公共綠地，G4 居住區(qū)綠地，G5 附屬綠地中都有大量綠籬應(yīng)用，但其主要功能局
限于分隔道路，作為綠地邊界以及模紋綠籬。隨著生活水平的提高，人們對(duì)生活環(huán)境的要
求也是越來越高，綠籬在城市道路和園林綠化中也占有重要的地位，因?yàn)樗梢员恍藜舫?
各種各樣的造型，而且能相互組合，從而提高觀賞效果和城市美化，讓人們觀賞之后心情
愉悅。此外，綠籬空間圍合兼有視線遮擋的功能，可以將環(huán)境中不美觀的事物遮擋起來，
還具有隔離防護(hù)和防止噪音等作用。但是綠籬會(huì)長成各樣的造型，所以為了獲得造型各異
的綠籬，需要按規(guī)定進(jìn)行不同的修剪作業(yè)，因此對(duì)綠籬的修剪工作非常重要，所以單刃面
綠籬修剪機(jī)的研究與設(shè)計(jì)也有著非同尋常的意義。
1.2 國外單刃綠籬修剪機(jī)發(fā)展概況
國外對(duì)綠籬修剪機(jī)的開發(fā)研究較早, 起點(diǎn)高、水平亦較高, 廣泛采用現(xiàn)代科技成果,如工程塑料、CD
I 無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火等, 整機(jī)重量輕、功率大、使用操作靈巧, 并形成了系列產(chǎn)品。 20 世紀(jì) 80 年代后，
在歐美發(fā)達(dá)國家，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人名生活水平和住房條件進(jìn)一步改善，單刃綠籬修剪機(jī)已經(jīng)
走進(jìn)千家萬戶，逐漸成為家庭的必備機(jī)具，在美國和加拿大的中產(chǎn)階級(jí)家庭中已經(jīng)基本普及。單刃綠籬
修剪機(jī)以汽油機(jī)作動(dòng)力的，也有電動(dòng)的，切割機(jī)械以往復(fù)式居多，日本的小松，德國的 STIHL,瑞典的
HUSQVARAN，意大利的 HAPPY 等均生產(chǎn)各種不同規(guī)格的便攜式綠籬修剪機(jī)，歐洲還生產(chǎn)一種車載臂
架懸掛式綠籬修剪機(jī)。20 世紀(jì) 90 年代,這些先進(jìn)國家的綠籬修剪機(jī)械陸續(xù)進(jìn)入我國種植基地。國外先進(jìn)
的綠籬修剪機(jī)械技術(shù)比較完善, 機(jī)具品種齊全,性能可靠,但價(jià)格昂貴。目前, 歐美各國幾乎所有的農(nóng)機(jī)公
司都生產(chǎn)綠籬修剪機(jī)械且已形成系列化,能滿足各種綠籬修剪作業(yè)的需要。其主要結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能指標(biāo)
至今沒有大的變化,只是在操作舒適性和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面有所改進(jìn)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002 年我國進(jìn)口的園林草坪機(jī)械類產(chǎn)品為 3790 萬美元，主要來自這些著名品牌。
如圖 2 所示，是日本的小松單刃綠籬修剪機(jī)
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南京林業(yè)大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
圖 1 小松單刃綠籬修剪機(jī)
如圖 2 所示，是德國的 STIHL 單刃綠籬修剪機(jī)
圖 2 德國 STIHL 單刃綠籬修剪機(jī)
1.3 國內(nèi)單刃綠籬修剪機(jī)發(fā)展概況
我國對(duì)于綠籬修剪機(jī)的研究起步于20世紀(jì)60年代,目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家仍較少, 而且產(chǎn)
品質(zhì)量大,性能落后,品種單一, 規(guī)格少,不能形成系列產(chǎn)品,無法滿足各種用戶需求。從60
年代中期開始研制綠籬修剪機(jī)，目前已有單人、雙人和重修剪機(jī)等機(jī)種。單人修剪機(jī)由一
人手提操作，主要用于綠籬的輕修剪和深修剪，同時(shí)，也可用作機(jī)械化綠籬的修邊，使綠
籬行間留出20厘米的間距，以利機(jī)器的通過和操作。單人修剪機(jī)有機(jī)動(dòng)和電動(dòng)兩種類型。
60年代中期，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所等單位研制的中頻電動(dòng)手提式綠籬修剪機(jī)，就是
以汽油機(jī)帶動(dòng)的中頻發(fā)電機(jī)組為電源，中頻微型電機(jī)作動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)型，使用雙動(dòng)往復(fù)刀
片，切割幅寬300毫米。但是，使用較多的還是以汽油機(jī)為動(dòng)力的機(jī)動(dòng)型，采用平行往復(fù)
刀片，切割幅寬750毫米，中國農(nóng)科院茶葉研究所和安徽省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所近年來研制的
單人修剪機(jī)都屬這種類型。我國不少園林機(jī)械廠研制出了自己的機(jī)器，如以下幾種機(jī)型，
比如北京園林機(jī)械廠研制的以中頻電機(jī)為動(dòng)力的雙動(dòng)往復(fù)刀片式，上海園林工具廠生產(chǎn)的
電動(dòng)旋刀式，刀片呈輻射狀，定刀片對(duì)枝條起支承作用，動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)則進(jìn)行切割，該機(jī)需
配12V的蓄電池。從使用角度看，配置不大合理，效率不是很高?，F(xiàn)在對(duì)這類機(jī)具一般采
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用進(jìn)口的較好。如日本產(chǎn)E7B750，HT750型，此機(jī)動(dòng)力系單杠4沖程汽油機(jī)，體積小，重量
輕，噪音小，工作效率高。目前在我國城市道路以及企事業(yè)單位的道路綠籬普遍采用的是
手持式油鋸，目前只生產(chǎn)LT系列便攜式綠籬修剪機(jī)。統(tǒng)計(jì)資料顯示，2002年我國出口的園
林機(jī)械類產(chǎn)品已達(dá)6620萬美元，其中出口到歐洲和北美發(fā)達(dá)國家的有4730萬美元，這是一
項(xiàng)了不起的成績。
如圖 3 所示，是我國生產(chǎn)的永佳單刃綠籬修剪機(jī)
圖 3 永佳單刃綠籬修剪機(jī)
如圖 4 所示，是我國生產(chǎn)的粵興單刃綠籬修剪機(jī)
圖 4 粵興單刃綠籬修剪機(jī)
綜上所述，單刃綠籬修剪機(jī)在我國具有廣泛的市場，綠籬修剪機(jī)發(fā)展到今天, 技術(shù)水
平日益完善, 我們只有充分利用現(xiàn)代科技成果才能使國產(chǎn)割灌機(jī)達(dá)到國際先進(jìn)水平,并在
市場上占有一席之地。
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國內(nèi)外對(duì)單刃綠籬修剪機(jī)的研究，主要集中在對(duì)單杠汽油機(jī)為動(dòng)力的手持式油鋸和手
動(dòng)修枝剪等園藝剪枝器具，研究的主要方面在于如何提高其刀具的使用壽命上，而對(duì)電動(dòng)
器具的研究與發(fā)展則少有發(fā)展，因此，設(shè)計(jì)一種依靠蓄電池提供能源，由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)
連續(xù)成形修剪的新型綠籬修剪機(jī)來代替，由單杠汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)的綠籬修剪機(jī)，用以克服上述
缺點(diǎn)，其應(yīng)用前景看好。
綜合看來，國內(nèi)園林綠化機(jī)械的品種還比較單一，性能、質(zhì)量和制造水平還比較落后，
與國外發(fā)達(dá)國家相比有很大差距，總體上國內(nèi)目前仍然處于園林綠化機(jī)械發(fā)展的初始階
段，發(fā)展前景十分廣闊，我們應(yīng)當(dāng)研究和跟蹤西方國家綠籬修剪機(jī)發(fā)展的歷史，借鑒他們
的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，以便縮小與西方國家的差距。
1.4 本文研究的目的及意義
進(jìn)入21世紀(jì)以后，國內(nèi)外綠籬修剪機(jī)的發(fā)展速度飛快，其發(fā)展總趨勢是：（1）繼續(xù)大
力開發(fā)綠籬修剪機(jī)的新產(chǎn)品，加速老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，新產(chǎn)品將向操作自動(dòng)化，舒適化方
向發(fā)展（2）在90年代，步行操作自走式取代推行式，而進(jìn)入21世紀(jì)更加先進(jìn)，能實(shí)現(xiàn)無
極變速，操作更加簡單。
隨著國家對(duì)環(huán)保意識(shí)的進(jìn)一步加強(qiáng),我國政府出臺(tái)了一系列保護(hù)生態(tài)環(huán)境的政策, 使
得林業(yè)部門對(duì)林業(yè)機(jī)械的需求也發(fā)生了重大變化;伐木機(jī)械的需求量急劇減少,那么營林
機(jī)械必將有很大的增加。由于營林作業(yè)的種類繁多, 因而營林機(jī)械的種類也很多,綠籬修
剪機(jī)作為營林機(jī)械的一種，其用途廣泛、操作簡便、使用靈活的特點(diǎn)，必然大受歡迎。目
前, 全世界綠籬修剪機(jī)的年產(chǎn)量約為300多萬臺(tái)。日本是世界上生產(chǎn)和使用綠籬修剪機(jī)最
多的國家之一, 產(chǎn)量高，出口廣泛。我國綠籬修剪機(jī)的研制起步較晚, 而且產(chǎn)量低, 品種
少, 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的需要。作為世界農(nóng)業(yè)大國,綠籬修剪機(jī)在我國潛
在著巨大的市場, 開發(fā)高性能綠籬修剪機(jī)已勢在必行。
本次課題研究的是單刃綠籬修剪機(jī)，從國產(chǎn)的單刃綠籬修剪機(jī)情況來看，除了設(shè)計(jì)綠
籬修剪機(jī)的結(jié)構(gòu)和部件方案的選擇外，可以在一下兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新：減輕機(jī)具的震
動(dòng)以及在機(jī)具質(zhì)量上的減輕。另外，不同類型的單刃綠籬修剪機(jī)，都有著不同程度上的噪
聲，因此，減少機(jī)體工作時(shí)的噪聲，也是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分，從而減少對(duì)操作者的傷害。
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第二章 單刃綠籬修剪機(jī)的設(shè)計(jì)方案
2.1 綠籬修剪機(jī)的比較和選擇
綠籬機(jī)又稱綠籬剪，適用于茶葉修剪、公園、庭園、路旁樹籬等園林綠化方面專業(yè)修
剪。綠籬機(jī)的分類：手持式、背負(fù)式、車載式綠籬修剪機(jī)。
目前綠籬修剪機(jī)的使用范圍較廣，如在公園修剪各種各樣的綠籬帶，在茶園修剪茶樹。
隨著國家對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，全民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)生活環(huán)境的要求越來越高，對(duì)
園林綠化機(jī)械的需求也在逐步加大，因而用于園林綠化的輕型綠籬修剪機(jī)的需求也在大幅
增加，綜觀園林機(jī)械市場，我們不難發(fā)現(xiàn)也不可否認(rèn)，國外的綠籬修剪機(jī)占領(lǐng)著絕大部分
市場，從最早的日本的小松，德國的 STIHL,瑞典的 HUSQVARAN，意大利的 HAPPY 等，再到
Efco、Jonsered 等，大大小小十幾個(gè)品牌，紛紛進(jìn)占中國市場，中國有著非常大的市場，
同時(shí)由于我們?cè)馐芰谁h(huán)境破壞所帶來的惡果，國家正加倍地保護(hù)環(huán)境，由此所帶來的無限
商機(jī)使得國外企業(yè)源源不斷地進(jìn)入，要想沖出重圍，在園林機(jī)械市場上立足，并與世界列
強(qiáng)抗衡是非常困難的，但也不是不可能，關(guān)鍵在于我們?nèi)绾稳￠L補(bǔ)短，并迎頭趕上，制造
出讓外國人刮目相看的擁有優(yōu)秀性能的綠籬修剪機(jī)。
對(duì)于綠籬修剪機(jī)而言，其類型不同，作業(yè)對(duì)象、作業(yè)地點(diǎn)就有差異，操作起來也有所
差別。以下是對(duì)手持式和背負(fù)式的比較：（1）手持式綠籬修剪機(jī)采用主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、離合
器、減速器、傳動(dòng)裝置，操縱裝置等組成。在傳動(dòng)軸的一端配置 0.75～ 2 千瓦的單缸二
沖程風(fēng)冷汽油機(jī)和離心式摩擦離合器；另一端安裝由減速器和切割刀具組成的工作部件。
工作部件的類型很多，常用的為單刃刀片和雙刃刀片兩種。機(jī)具重約 6～12 千克,轉(zhuǎn)速約
4500～5000 轉(zhuǎn)/分。（2）背負(fù)式綠籬修剪機(jī)。用軟軸傳動(dòng)，一般構(gòu)造與手持式綠籬修剪機(jī)
相似，不同的是其發(fā)動(dòng)機(jī)背在操作者背上，切割部件由軟軸傳動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率一般為 0.75～
1.2 千瓦。 發(fā)動(dòng)機(jī)與背架之間以兩點(diǎn)聯(lián)接并裝有特制橡膠件以隔振。軟軸為套裝在軟管內(nèi)
的鋼絲撓性軸，用以傳遞扭矩。軟管為敷有橡膠保護(hù)套的金屬編織網(wǎng)包住的鋼帶纏卷的螺
紋管，以防塵土侵入軸內(nèi)并保持軸表面的潤滑油。割幅一般在 70CM 左右。但是最終因?yàn)?
考慮到使用的方便性，我們選擇了手持式綠籬修剪機(jī)的方案。
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2.2 單刃綠籬修剪機(jī)的組成及工作原理
2.2.1 單刃綠籬修剪機(jī)的組成
本次課題研究的單刃綠籬修剪機(jī)為手持式綠籬修剪機(jī)機(jī)。手持式綠籬修剪機(jī)由以下部
分組成，包括汽油機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，手柄，開關(guān)及刀片機(jī)構(gòu)等。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖5所示，
圖5 單刃綠籬修剪機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖
1.手柄 2.油箱 3.啟動(dòng)器 4.發(fā)動(dòng)機(jī) 5.大齒輪 6.離合碟 7.離合器
8.小齒輪 9.齒輪軸 10.萬向軸 11.曲柄連桿 12.箱蓋
2.2.2 單刃綠籬修剪機(jī)的工作原理
單刃綠籬修剪機(jī)的工作原理比較簡便，發(fā)動(dòng)機(jī)通過萬向軸將動(dòng)力傳送至離合器，操作
者通過安裝在工作桿上的手油門控制發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量來調(diào)整轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近工
作轉(zhuǎn)速時(shí), 自動(dòng)離心式離合器的兩個(gè)離合塊在離心力的作用下, 克服彈簧拉力與離合碟
結(jié)合, 帶動(dòng)離合碟轉(zhuǎn)動(dòng), 離合碟又通過軸帶動(dòng)減速器小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng), 小齒輪帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)
動(dòng)， 與大齒輪上下連接的雙偏心滑塊機(jī)構(gòu)處于工作狀態(tài), 使刀片可以進(jìn)行往復(fù)切割運(yùn)動(dòng)，
從而進(jìn)行切割作業(yè)。需轉(zhuǎn)移作業(yè)地點(diǎn)時(shí), 可關(guān)小手油門, 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降, 離合器的飛塊
由于彈簧的拉力與離合碟分離, 切割裝置停止轉(zhuǎn)動(dòng), 發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)。
單刃綠籬修剪機(jī)使用前，必須進(jìn)行一系列檢查和準(zhǔn)備工作。將機(jī)器停止在水平位置上，
首先檢查燃油箱和冷卻水箱，打開水箱蓋，按手冊(cè)要求加入適量的冷卻水，蓋上水箱蓋，
打開油箱蓋，加入符合要求的燃油，燃油不要加得太滿，蓋上并擰緊油箱蓋，檢查刀片是
否完好，否則要及時(shí)更換或調(diào)整。把發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)撥到“開”（ON）的位置。推動(dòng)注油閥，
直到溢油管中有油液流動(dòng)。拉起動(dòng)繩起動(dòng)（或起動(dòng)器）。把阻塞桿撥到半開的位置，讓發(fā)
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動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)3-5分鐘。把阻塞桿撥到“開”（ON）的位置，輕輕地捏緊油門調(diào)節(jié)杠桿，然后突
然松開，使得自鎖解除。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)按額定轉(zhuǎn)速正常工作。開始修剪綠籬時(shí)應(yīng)保持平順整
齊，高低一致。一般把修剪機(jī)向下傾斜5°-10°（度）。相對(duì)修剪對(duì)象引成微少傾角能使
修剪省力，輕便，并確保具有較好的剪切質(zhì)量。要保持操作者身體處在汽化器一側(cè)，絕不
允許處于排氣管一端，以免被廢氣燙傷。按工作需要調(diào)節(jié)控制油門（即轉(zhuǎn)速）。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)
轉(zhuǎn)速度過高是不必要的。工作完畢后停機(jī)，關(guān)閉油門。清潔外殼。待用。
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第三章 單刃綠籬修剪機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇
發(fā)動(dòng)機(jī)一般選用風(fēng)冷二沖程，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為7500r/min，排量為23.6cc，功率0.8KW
（1.1PS），油箱0.47L，因此選擇小松HTZ7510/CHTZ6010風(fēng)冷二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理如下：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上有三個(gè)孔，即進(jìn)氣孔、排氣孔和換氣孔，這
三個(gè)孔分別在一定時(shí)刻由活塞關(guān)閉。其工作循環(huán)包含兩個(gè)行程：1.第一行程：活塞自下止
點(diǎn)向上移動(dòng)，三個(gè)氣孔同時(shí)被關(guān)閉后，進(jìn)入氣缸的混合氣被壓縮；在進(jìn)氣孔露出時(shí)，可燃
混合氣流入曲軸箱。2.第二沖程：活塞壓縮到上止點(diǎn)附近時(shí)，火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣，燃
氣膨脹推動(dòng)活塞下移作功。這時(shí)進(jìn)氣孔關(guān)閉，密閉在曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣被壓縮；當(dāng)活
塞接近下止點(diǎn)時(shí)排氣孔開啟，廢氣沖出；隨后換氣孔開啟，受預(yù)壓的可燃混合氣沖人氣缸，
驅(qū)除廢氣，進(jìn)行換氣過程。如圖6所示，是發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖：
圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖
3.2 離合器的選擇
離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平
面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。離合器類似于開關(guān)，接合或斷離動(dòng)力傳遞作
用，離合器機(jī)構(gòu)其主動(dòng)部分與從動(dòng)部分可以暫時(shí)分離，又可以逐漸接合，并且在傳動(dòng)過程
中還要有可能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。離合器的主動(dòng)件與從動(dòng)件之間不可采用剛性聯(lián)系。
離合器分為電磁離合器、磁粉離合器、摩擦式離合器和液力離合器。本次設(shè)計(jì)選擇摩
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擦式離合器，其特點(diǎn)更符合本次設(shè)計(jì)的要求。
如圖7所示的離合器：
圖7 離合器
1）. 確定總體設(shè)計(jì)方案
由于滑塊為兩塊，而離合器允許外徑偏小，考慮到便于布置零件，故采用壓縮彈簧的形
式，離心塊與被動(dòng)盤間隙取為 1mm，滿足要求且便于計(jì)算?；瑝K離心式摩擦離合器主要用
于草坪機(jī)械。
2）.確定離合器需要傳遞的扭矩：
由 最大輸出扭矩為 5.93N.m，a≥1─扭矩儲(chǔ)備系數(shù)，故發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩 = 7.116 N ? M
3）.初定結(jié)合轉(zhuǎn)速：
因結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 ≥ (1.25 ~ 1.45)n1
這里系數(shù)取 1.25，由發(fā)動(dòng)機(jī)怠速
n1 = 2900r / min
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計(jì)算得 n2 = 3625r / min
4）.確定離合器結(jié)構(gòu)形式
由初始給定數(shù)據(jù)條件，離心塊數(shù)量為 2，即 Z=2；
確定被動(dòng)盤直徑 D=50mm,壁厚取 2mm，離合器離心塊與被動(dòng)盤間隙，因摩擦配合為石棉
——石棉，石棉厚度取為 4mm，則被動(dòng)盤半徑 R=25-2-6-1=16mm；
由離心塊質(zhì)心半徑選取范圍 r = (0.6 ~ 0.8)R ，再結(jié)合初步確定的離心塊結(jié)構(gòu)和形狀，初
步選 r=13mm；
離心塊與被動(dòng)盤材料均選 45 號(hào)鋼，由于摩擦配合為石棉——石棉，
故離心塊與被動(dòng)盤結(jié)合面均貼一層石棉，摩擦系數(shù) f 選為 0.5.
5）.初定離心塊質(zhì)量
離心塊質(zhì)量須滿足兩個(gè)條件：
① 結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 時(shí)
P 2 = Pn = m ? r ? w2 2
式中： P 2 ─結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2時(shí)離心塊產(chǎn)生的離心力；
Pn ─彈簧對(duì)離心塊張緊力的徑向分力；
w2 ─結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2時(shí)的角速度。
② 傳遞最大扭矩 Mf 時(shí)
(P 4 ? Pn) ? f ? R ? Z =
P 4 = m ? r ? w4 2
Mf = (m ? r ? w4 2 ? m ? r ? w2 2 ) ? f ? R ? Z = m ? r(w4 2 ? w2 2 ) ? f ? R ? Z
m =
2 2
Mf
2
=
2
Mf ? 900
式中：
n4 ─發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 Mf 時(shí)的轉(zhuǎn)速；
w4 ─發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 Mf 時(shí)的角速度；
f─離心塊與被動(dòng)盤內(nèi)表面的摩擦系數(shù)（鋼對(duì)鋼：f＝0.15；鋼對(duì)石棉：f＝0.30；
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石棉對(duì)石棉：f＝0.36～0.50，這里取 0.5）
由發(fā)動(dòng)機(jī)外特性參數(shù)： n4 = 7500r / min ， n2 = 3625r / min ，
代入其他數(shù)據(jù)： R = 16mm ， Z = 2 ， f = 0.5 ， Mf = 7.116N ? M ， r = 13mm ，計(jì)算得
m = 0.072kg 。
6）.計(jì)算彈簧在各個(gè)工況下受力
結(jié)合轉(zhuǎn)速時(shí)：
P 2 = Pn = mrw2 2 = 0.072 ×13×10?3 × (
3625
60
× 2e ) 2 = 134.74 N 。
怠速時(shí)彈簧壓縮力： P1 = 0.072 ×13×10?3 × (
2900
60
× 2e ) 2 = 86.24N 。
7）驗(yàn)證離合器高度
因離合器允許高度為 20mm，而 h 取值范圍為（1~2）d；
選定滑塊結(jié)構(gòu)為扇形，包角 ? = 120° ，中間挖空一定尺寸放置彈簧與螺栓，則由
?V = m ，列方程得
1
3
12 2
2
材料為 45 鋼，故這里 ? = 7.8 ×103 kg / m3
解得 h ≈ 15mm ，
h ≤ 24mm 。故離合器高度滿足要求。
8）滑塊的質(zhì)心驗(yàn)算
由扇形形心計(jì)算公式： X = 2r sin á ，設(shè)計(jì)滑塊 á = ? = 60? ；
3á 2
再由組合圖形的形心計(jì)算公式：
x =
A1x1 ? A2 x 2
A1 ? A2
, y =
A1 y1 ? A2 y 2 ，計(jì)算得滑塊質(zhì)心約為 21mm；
A1 ? A2
驗(yàn)算結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 = 2925r / min ，與理論計(jì)算值 n2 = 3625r / min 相差不大，故初選質(zhì)心
符合要求。
9）彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算
①
計(jì)算彈簧剛度
由： 怠速時(shí)彈簧所受壓力：
P1 = 81.2 N
15
)?18]×10?6=0.072
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結(jié)合時(shí)彈簧最大工作壓力： Pn = 126.8N
由胡克定律： Pn ? P1 = KX , X = 1mm ，
計(jì)算得 K = 45.6 N / mm
故彈簧初始?jí)嚎s量為 X 0 = P1 = 1.78mm
K
② 選擇與驗(yàn)算彈簧具體參數(shù)
彈簧材料選 ∏ 類65M n 碳素鋼絲，初選彈簧指數(shù) C=5，中徑 D 2 = 8mm ，查表得
K=1.31
估 算 簧 絲 直 徑
[? ] ∏ = 0.4óB,?j = 1.25? ∏ = 900MPa
簧絲直徑：
d = D / C = 1.6mm ， 查 表 得 óB = 1800MPa
，
由 d ≥ 1.6
KFnC
[? ] ∏
為 d = 1.8mm
計(jì)算得 d = 1.6 × 1.31×126.8 × 5 = 1.72mm
0.4 ×1800
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圓整
工作圈數(shù) n1 ： 由 n1 =
Gd? max
8F max C 3
，而 ? max = x + x 0 = 1 + 1.78 = 2.78mm
計(jì)算得 n1 = 3.2 ，圓整為 3.5.
總?cè)?shù) n：彈簧選擇冷卷，則總?cè)?shù) n=2+3.5=5.5
工作極限載荷： Pj =
ed 3
8KD 2
?j = 205.6 N
工作極限載荷下的變形： Fj =
eD 2 2 n1
GKd
?j = 4.2mm
余隙： ? = 0.1d = 0.18mm
節(jié)距： t = (0.3 ~ 0.5) ， D 2 取為 3.6mm
中徑： D 2 = Cd = 9mm
外徑： D = D 2 + d = 10.8mm
內(nèi)徑： D1 = D 2 ? d = 7.2mm
自由高度： H 0 = n1t + 1.5d = 16.3mm ，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圓整為 18mm
16
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螺紋升角： á = arctan
t
eD 2
= 5.74? ，在 5? ~ 9? 之間，符合使用條件
展開長度： L =
eD 2n
cosá
≈ eD 2n = 155mm
驗(yàn)算穩(wěn)定性： b =
H 0
D 2
= 2 ≤ [b] = 3.7 ，故 C 值符合要求
疲勞強(qiáng)度校核：? max =
8KD 2
3
Pn =
8 ×1.31× 9
3.14 ×1.83
×126.8 = 653MPa? [? ]e
彈簧滿足條件，可用。
10）軸承的選取與校核
由輸出軸直徑與軸所受的載荷，初選軸承為 GB/T292—1994
7004AC 角接觸球軸承，
主要尺寸為 d = 22mm, D = 44mm, B = 12mm
由于軸承所受的最大徑向力為 Fr = Pn = 126.8N ，
軸向力主要為軸的軸向竄動(dòng)，可認(rèn)為 Fa / Fr ≤ e ，故 P = Fr = 126.8N 。
由機(jī)械的工作情況查表可得 軸承在此離合器中壽命為 4000 ~ 8000h
而由：
Lh =
( )
60n P
n 取最高轉(zhuǎn)速 8000r / min ， ? = 3， P = 126.8N ，此軸承的基本額定載荷 Cr = 10.5KN 。
極限動(dòng)載荷 Cj =
fh ? fd
fn ? ft
? P
fh ——壽命系數(shù)，由軸承要求壽命查表取得 2.52
fn ——轉(zhuǎn)速系數(shù)，由輸出軸最高轉(zhuǎn)速查表取得 0.16
fd ——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，由軸承工作環(huán)境情況查表取得 1.4
ft ——溫度系數(shù)，由軸承估計(jì)工作溫度查表取得 1
計(jì)算得 Cj = 2.796KN ，得 Cj? Cr ，故軸承滿足工作條件。
11）螺釘與墊片
根據(jù)實(shí)際使用情況，選擇 GB/T65—2000
M4 開槽圓柱頭螺釘 6 個(gè)，M6 開槽圓柱頭螺
釘一個(gè)，GB/T29.1—1988
M4 六角頭頭部帶槽螺栓兩個(gè)；GB/T894.1—1986
A 型軸用彈
性擋圈一個(gè)；GB/T95—2002
C 級(jí)平墊圈七個(gè)；GB/T855—1988
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雙耳止動(dòng)墊圈兩個(gè)。
106C?
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12）膠粘劑的選擇：
石棉與滑塊，石棉與被動(dòng)盤的連接均使用膠粘劑，根據(jù)離合器各項(xiàng)性能參數(shù)，為保證
穩(wěn)定持久和高強(qiáng)度粘接，選用熱固性樹脂：環(huán)氧—聚硫橡膠類膠粘劑。
3.3 綠籬修剪機(jī)刀片及其保護(hù)殼的設(shè)計(jì)
現(xiàn)有的綠籬修剪的刀具形式主要有旋轉(zhuǎn)式刀具修剪和直線往復(fù)式刀具修剪兩種形式，
考慮成本及安裝空間的影響，選用直線往復(fù)式刀具的形式設(shè)計(jì)刀具。
直線往復(fù)式刀具主要是依據(jù)剪刀原理，通過兩個(gè)刀片的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)側(cè)向刀刃的嚙
合，最終達(dá)到修剪的目的。目前市場上的刀片剪切的方式主要有兩種，一種是兩個(gè)刀片都
運(yùn)動(dòng)，一種是只有一個(gè)刀片運(yùn)動(dòng)。而刀片的運(yùn)動(dòng)多是通過將動(dòng)力源傳出的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作轉(zhuǎn)換為
動(dòng)刀片的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
出于成本以及刀具安裝空間的考慮，選用單刀動(dòng)作的方式，采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線往
復(fù)運(yùn)動(dòng)。
（1）刀片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
由于修剪寬度較大，故單個(gè)刀刃設(shè)計(jì)較大，一方面可以增加單個(gè)刀刃的強(qiáng)度，另一方
面也可以增強(qiáng)整個(gè)刀片的剛度，具體設(shè)計(jì)如圖 8 所示：
圖8 主刀片
刀片均采用 45 鋼材料，單刃長×寬= 20 ×16mm ，工作過程中，主刀組有效切削刀刃數(shù)
為 19 個(gè)，有效切削寬度為 0.7m ，側(cè)刀組有效切削刀刃數(shù)為 19 個(gè)，有效切削寬度為 0.7m ，
刀刃中心線間距 32mm ，則刀片相對(duì)運(yùn)動(dòng)行程為 100mm。刀刃切削的重復(fù)度按 50%計(jì)算，
則切屑速度為1000次 / 分鐘，一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn) 2 次切割，每分鐘剪切 1000 次，則刀片往
復(fù)運(yùn)動(dòng)為 500次 / 分鐘。
（2）刀片保護(hù)殼設(shè)計(jì)：
由于考慮到操作人員的安全性及對(duì)刀片的保護(hù)，因此本次設(shè)計(jì)針對(duì)單刃綠籬修剪機(jī)的
特性設(shè)計(jì)了如圖所示的刀片保護(hù)殼，具體設(shè)計(jì)如圖 9 所示
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圖9 刀片保護(hù)殼
該刀片保護(hù)殼還可以根據(jù)綠籬修剪機(jī)的用途進(jìn)行改造，例如，當(dāng)需要當(dāng)成茶樹修剪機(jī)
的時(shí)候該保護(hù)殼可以設(shè)計(jì)成茶葉收集裝置，方便茶葉的采集，真正的實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。
3.4 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核
本次設(shè)計(jì)的適用于單刃綠籬修剪機(jī)的減速器如圖 10 所示
圖10 圓柱齒輪減速器
圓柱齒輪的設(shè)計(jì)
（1）選擇材料，確定試驗(yàn)齒輪的疲勞極限應(yīng)力：
參考表 16.2-59、60、65，選擇齒輪材料為：
小齒輪：38SiMnMo，調(diào)質(zhì)，硬度 320～340HBS
大齒輪：35SiMn，調(diào)質(zhì)，硬度 280～300HBS
由圖 16.2-17 及圖 16.2-26，查得：
σH lim 1 = 790N/mm2，
σH lim 2 = 760N/mm2，
σFE1 = 640N/mm2，
σFE 2 = 600N/mm2，
（2）按接觸強(qiáng)度初步確定中心距，并初步選主要參數(shù)。
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按表 16.2-33
a ≥ 483(u + 1)3
KT 1
2
小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1：
T1=9550
P
n1
=9550 ×
1.5
3625
=3.9517N · m
載荷系數(shù)：
K=1.5
齒寬系數(shù)：
Φa=0.4
齒數(shù)比：
u=5.1
許用接觸應(yīng)力：
按表 16.2-33 óHP =
óH lim
SH min
，取最小安全系數(shù) SH min = 1.1，按大齒輪計(jì)算
σHP 2 =
760
1.1
=691N/mm2
將以上數(shù)據(jù)代入計(jì)算中心距的公式得
a ≥ 55.89mm
圓整為標(biāo)準(zhǔn)中心距 a=56mm
mn =（0.007～0.02）a=(0.392～1.12)mm
取 mn =1mm
取β=90，cosβ=0.988
z1 =
2a cos β
mn(u + 1)
= 15.49
取 z1=9，z2=46
精求螺旋角β
cosβ=
mn( z1 + z 2)
2a
=0.491
mt=
mn
cos β
=2.04mm
d1=mtz1=18.36mm
b=Φaa=22.4mm
20?aóHPu
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（3）校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度
按表 16.2-34
σH = ZHZEZεβ
Ft u + 1
bd1 u
KAKVKHβKHα
分度圓上的圓周力：
Ft=
2T1
d1
= 430N
使用系數(shù)：
KA=1.5，查表 16.2-36，
動(dòng)載系數(shù)：
按式 16.2-12
Kν = 1 + (
KA
K1
Ft
+ K 2
b
)
z1ν u 2
100 1 + u 2
ν =
πd1n1
60 ×1000
= 3.48m/s
按表 16.2-39
K1=39.1，K2=0.0193
將有關(guān)數(shù)值代入公式得
Kν = 1.33
齒向載荷分布系數(shù)：
b
按表 16.2-40， KHβ =1.12+0.18 ( ) 2 +0.23 ×10-3 b =1.40
d1
齒向載荷分配系數(shù)：
查表 16.2-42， KHα = 1.2
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：
查表 16.2-15，ZH=2.47
查表 16.2-43， ZE = 189.8 N / mm 2
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度及螺旋角系數(shù) Zεβ :
當(dāng)量齒數(shù)：
zν1 =
z1
cos3 β
=76.03
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zν 2 =
z 2
cos3 β
= 388.6
當(dāng)量齒輪的端面重合度：
εva = εα1 + εa 2 ，查圖 16.2-10 得
εα1 = 0.83， εα 2 = 0.91，所以， εva = 1.74
查圖 16.2-11，縱向重合度 εβ = 1.55
查圖 16.2-16， Zεβ = 0.76
將以上各數(shù)值代入齒面接觸應(yīng)力計(jì)算公式得
σH = 798N/mm2
計(jì)算安全系數(shù)：
按表 16.2-34
SH =
σH lim ZNZLVRZWZX
σH
壽命系數(shù)：
ZNT=1，長期工作，取為無限壽命設(shè)計(jì)
潤滑油膜影響系數(shù)：
查圖 16.2-19， ν 40 = 220mm 2 / s ， ZLVR = 0.95
工作硬化系數(shù)：
取 ZW=1
接觸強(qiáng)度計(jì)算得尺寸系數(shù)：
查圖 16.2-22，ZX=1
將以上數(shù)值代入安全系數(shù)的計(jì)算公式得
SH1=1.13，SH2=1.16
SH> SH min ，故安全
（4）校核翅根彎曲疲勞強(qiáng)度
按表 16.2-34
σF =
Ft
bmn
KAKVKFβKFαYFSYεβ
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的在和分布系數(shù)：
KFβ = KHβ =1.49
22
南京林業(yè)大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的載荷分配系數(shù)：
KFα = KHα = 1.2
復(fù)合齒形系數(shù)：
查圖 16.2-23，得 YFS1=4,.03，YFS2=3.96
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度與螺旋角系數(shù)：
查圖 16.2-25， Yεβ = 0.63
將以上各數(shù)值代入齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算公式得
σF1 = 172N/mm2
σF2 = óF1
YFS 2
YFS1
= 169N/mm2
計(jì)算安全系數(shù)：
按表 16.2-34
SF =
σFEYNTYδrelTYRrelTYX
σF
壽命系數(shù)：
YNT = 1，長期工作，取為無限壽命設(shè)計(jì)
相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)：
查圖 16.2-23，查表 16.2-48， YδrelT1 = YδrelT2 = 1
相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)：
查表 16.2-71，齒面粗糙度 Ra1=Ra2=1.6um，按式 16.2-2