手推式草坪修剪机设计【带三维模型】【含13张CAD图纸+文档】【NJ系列】
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2007年IEEE的程序 机器人与仿生学国际会议 2007年12月15日-18,三亚,中国 割草机器人多传感器融合与导航技术的研究 从明和房波 大连理工大学机械工程学院 大连,116024,中国 congmdlut.edu.cn 引言本文提出了一种多传感器系统从超声波传感器和导航相结合的测量机器人割草机。利用传感系统使机器人割草机来映射未知的环境。对于自动割草机器人能在未知的环境中进行定位和导航执行割草任务是很重要的。由于环境的复杂性,简单的一种传感器是不足够割草机器人来完成这些任务。我们开发了一个配有DSPTMS320F2812作为CPU割草机器人。感测系统集成由超声波传感器,红外传感器,碰撞传感器,编码器,一个温度传感器和电子罗盘组成。超声波测距技术变换是基于小波变换的精度高来表示的,以提高超声波传感器测量精度。仿真研究表明,所提出的多传感器信息融合的方法是非常有效的对于导航割草机器人。实验结果表明,该传感系统基于相关的规定障碍检测和定位显示出巨大的潜力,为在动态工作条件下的割草机器人提供一个强大的高性价比的解决方案。 关键词多传感器融合,超声波传感器,割草机机器人,定位,导航。 1.绪论草坪修剪被许多人认为是一个最枯燥,累人的日常任务。首先迫切需要执行的任务是能适应环境的机器人。一些预测表明,割草机器人将是一个最有前途的个人机器人应用,并有重大的市场在世界上。因此,智能化的概念割草机器人(IRM)在1997年度会议的OPEI( 户外电力会议设备研究所)上第一次提出 1 。该机器人主要面对一般家庭帮助忙碌的人们和乏力的老人们节省支付雇佣劳动力的报酬,同时消除人们来自噪声中,花粉和割草刀片的危害。割草机器人是服务于家庭护理的室外移动机器人,是那种真正的智能机电一体化的环境清理设备 2 3 。最重要的是割草机器人为代表的一些地区覆盖的环保机器人不仅用于室内地面清洁,如 4 也在危险的环境中,例如去地雷,清理辐射点,勘探资源等。与室内移动机器人不同,割草机器人得到很大的挑战。 在整个工作区域内,割草机器人使用传感器来感知环境以及识别他们的实时状态下的环境障碍,地图构建,定位和导航。由于环境的复杂性,一种简单的传感器是不足以让割草机器人来完成这些任务的。因此有必要结合来自不同的传感器上观察到的传感器数据减少机器人在任何工作环境工作的不确定性。为来自各种传感器的信息能合并,传感器鲁棒性和实时性的融合是必需的 5 。在传感器出现误差或失败的情况下,多融合传感器融合也可以减少不确定信息,并提高其可靠性。低成本的传感系统,说明其低功耗,高性能。超声波传感器检测范围是0.3m 5m,他们提供良好的范围信息。然而,环境引起的镜面漫反射是超声波传感器的不确定因素,让他们不具吸引力。红外传感器的检测范围是0.02m 1m,他们可以检测在超声波传感器的盲区的障碍。为了满足割草机器人低成本和高精度的测距技术的需求,在研究超声波测距技术基于高精度的小波分析变换(WT)的数据报道,提高超声波传感器的测量精度。测量数据从传感系统集成,实现规划最佳的,可靠地,完全覆盖整个工作计划的地区,使割草机器人避免未知的障碍。最后,通过仿真研究和实验结果表明该传感系统的导航效果,障碍物检测和割草机器人定位。 2.信息资源管理系统的硬件 IRM采用DSP TMS320F2812作为其CPU,包括四个单元:车辆系统,切割系统,传感系统和控制系统。传感系统是用来收集外部动态信息的工作环境避障,地图构建,导航与定位。它也可以用来检测车辆系统的运动参数和切削机构的工作状况。该控制器将获得的信息与数据库进行比较,然后发出修正后精确的命令让机器人完成任务。信息资源管理的硬件,如图1所示。 IMR硬件概要图1 机器人必须身体强壮,计算速度快,行动准确和安全。它应该有能力,而在全部或大部分的割草期间无需人的干预。IRM由于模块化设计,各单元的管理是相对独立的。模块化设计使维护更容易。IRM任何损坏单元都可以直接取代而不影响其它单元的功能。 3.传感系统A:超声波传感器单元 超声波传感器可以提供良好的范围是基于飞行时间(TOF)信息原理,主要是由于其简单性和成本相对较低,他们已广泛应用于移动机器人的障碍物回避,地图构建等。这种类型的外部传感器能很好测量的障碍物的距离。灵敏度函数的主瓣内包含一个20度角,如图2所示的【6】。大量的试验结果表明,传感器的精度范围为2cm。 图2为超声波传感器的典型的强度分布对于IRM,我们建立了一个传感器阵列由12超声波传感器间隔30度的间隔。超声波信号可以覆盖所有的空间,可以要求哪些机器人检测整个空间的环境信号。用基于TOF的测量的超声换能器的经典技术,计算出的距离最近的反射器利用声音在空气中的速度从发射脉冲到回波到达时间。距离D为反映对象的计算 D =(CT)/ 2 (1)其中C是声音的速度,T是飞行时间。该TOF法产生一系列的值时,回波幅度首次超过临界值后发送,忽略第二回波从进一步的反射。 超声波传感器单元包括一个触发脉冲生成单元,一个多通道选择单元和回声接收单元。传感器接口电路设计发送和接收超声波脉冲,捕获的总是第一个返回的回声。一个对象相关的数据的范围要考虑到即使是位于在锥轴离轴。 超声波频率通常在40和180千赫之间,而在该系统中超声波传感器的频率使用的是40千赫。光束角度是20度。40千赫PWM脉冲是由通用DSP的定时器单元产生的。驱动发射机有效而不带来大的振动,40千赫的超声波一次突发的时间是8周期。当超声波脉冲发射时,传感器将经历“振铃”。振铃引起的由所发送的脉冲可以使接收器检测到一个错误回声。这个不能够捕获解决DSP中断问题,直到延迟间隔已过。这意味着在延迟的时间间隔那测距仪不能检测物体距离该传感器是少于一半的声音传播的距离。这是该超声波传感器的盲区,如图3所示。 图3超声波发射和接收示意图B.:.红外传感器装置和其他传感器 针对超声波传感器的盲区,增加了红外传感器。红外传感器可以检测在20cm内的障碍,这弥补了超声波传感器由于失明问题所造成的区域的问题。 这个单元有16个红外传感器。每个红外搜索器范围有6度,是灵敏度函数主要的圆锥曲线的视图。该传感器具有一个高精度测量范围,有效测量范围是一个目标到一米左右。一些测试表明,该传感器的测距精度在1cm左右。 为了节省DSP的资源,16个红外传感器采用DSP TMS320F2812的数据接口代替IO接口。这种结构也可以同时读取传感器的状态,以确保该系统的时间性能。传感器接口电路用于发送和接收红外脉冲并总是捕获第一个回波来处理其振幅。 割草机器人在室外环境中工作时,其温度变化迅速。温度的变化会影响声音的速度。因此,温度传感器用于保证超声波传感器的精度。碰撞传感器是一组敏感的样本,采用它是为了防止意外的碰撞造成的损害。由于潮湿的环境会危害IRM电路,湿度传感器被引入用于检测湿度环境。虽然这些传感器不完全是一个自主割草机器人机必要的,但他们可以提供有益的功能,让工作更具有效性和安全性。 4.导航技术A. 映射 正如图4所示,基准方向的X定义和机器人的坐标为,。关于内置电子罗盘对于机器人的帮助,角,这是从第一个传感器得来的角度,可容易衡量。实际上,如果只在角(标题的机器人角)的测量,从其他传感器的角度可以发现 角是我们的世界坐标中心。该超声波传感器组的最大环数为n,半径为R(在我们的系统中,n = 12和R = 0.25m)。该环的原点到中心之间的距离是r,并且该向中心的基准角度是。根据参考位置机器人的中心是(,)。这个距离是从原点到通过两个传感器数据检测的二维平面称之为。现在让我们用DMI测量值来分别表示从超声波和红外传感器得到的数据,用于精确距离。这些值之间会有一个误差在这项工作中,我们自然假设是一个均匀随机变量在(W,W)范围内。在这里,W表示最大距离测量误差。这里的问题是,给定的,r ,和,估计占用的坐标细胞和(或等价的)以最有效的方法。涉及检测对象的方程可以写为 图4所示机器人在X-Y段的位置由于对象涉及机器人的方程被写为如果我们定义的位置为:=,然后我们有将插入到中,在这里我们有N个这样的方程。我们把它们矩阵形式如果我们引入新的矩阵,然后(10),可以写为在这里,如果我们进行最小二乘法估计,我们得到因此,我们用最小二乘法估计找到最好的位置。B. 仿真研究基于传感器导航系统已经进行了测试在显示该传感器融合方法的有效性的两种环境分别如图5和图6所示。割草机是一个结构化的实验室初步测试如图5所示。开始在(0.3m,0.5m,0),一个虚拟的机器人在虚拟广场走廊一次。墙在人工环境中是由真正的地图表示的。全车是独立的。它有一个最大的运行速度是0.4米/秒。实验室面积调查出在10cm精度优于1cm为佳。提取映射,提出了一开始的目标。机器人位置和方向是由电子罗盘成立 8 。 图5数据采集与导航在结构化环境中的结果图5中的结果显示的映射质量和该传感器融合方法的有效性。在测试中,我们发现,在估计的位置的平均误差()在环境中的障碍是在 0.2 ,0.2米范围内。在模拟中,我们看到,在(11)中,实际上应该得到的是不满足。在可以为位置更好的估计的情况下可以表示为在这种情况下,估计角不会改变但估计距离是缩放到它的最佳估计。因此,对于位置,距离估计是和以前一样,而最小二乘估计的作品只对角。仿真结果表明,这种方法产生更精确的结果。 图6仿真结果的墙下行为墙后,被选定为初值问题域是因为它建立一个相当简单的问题评价 9 。它这也奠定了更为复杂的基础的问题领域,如迷宫的穿越,映射和用于草坪修剪和吸尘全覆盖路径规划。墙上的仿真结果图6所示的行为后和实验结果在图6表明,该IRM有能力在非结构化的环境中执行它的割草任务。在图5中传感器的程序导航仿真如下。 5 . 超声波测距技术基于小波变换遗憾的是,由于环境的复杂性和噪声的影响,实际接收到的多回波具有随时间变化的特性,并且是一个典型的非平稳信号。此外,在超声波脉冲回声混合噪声是非高斯白噪声,但噪声,和与目标回波相关。TOF法不能在这样的条件下直接使用。引用广义相关方法估计时间延迟的 10 ,我们把提出了广义自相关方法基于小波变换的时延估计 11 出现在图7。 图7基于小波变换的广义自相关延迟估计 其中(t)是母小波和(t)是女儿小波。该系数是规模(或缩放因素)和()是时间位移。小波变换的信号x(t)是y(t)。实际上这是一个过滤过程使用大量的带通滤波器的超声回波等于的Q值,这相当于的白化滤波器对广义相关方法的时间延迟的估计,为了消除输入噪声的影响做以下处理。可以找到,作为由于傅里叶变换关系自相关函数之间和他的力谱:我们获得的广义自相关函数是:最后,检测到的峰值来完成TOF的估计和计算实际的超声波速度。 图8嘈杂的超声回波 图9基于小波去噪的回声 图10自相关函数 图11峰值检测 嘈杂的超声回波信号如图8所示,和利用小波变换去噪后的超声回波显示图9。很明显,该噪声混入的超声波回波经WT操作后得到有效地消除作。自动去除噪声的超声波回波的相关运算如图10所示。图11显示了包络线,通过希尔伯特变换。正如我们可以看到,如果每一个峰的横坐标点确定,TOF估计可计算。考虑的超声回波衰减和高精度的要求在实践中的需求,只有前4回波被用来估计TOF。在TOF估计的值是,这是对称于X轴。使用这种方法,估计超声波速度可以计算出来。到目前为止,障碍检测和定位系统成功实现。运用该方法,障碍物检测和定位系统已成功实施。基于广义自相关法小波变换,提出了实现实时超声波速度测量,该方法可以消除温度,湿度和风力的影响,超声波速度测量可以在机器人工作的动态条件下完成。在这种传感系统的基础上,广义自相关方法显示出巨大潜力提供用于割草机器人一个强大的解决方案在动态的工作条件下。 6. 实验结果我们利用超声波传感器测量机器人和平面之间的距离。测量结果和实际距离如表一所示: 表一 超声波传感器的实验数据(单位:厘米)从表一中,我们可以看到,超声波传感器测量误差在3%。然后,基于广义自相关法小波变换,提出了实现实时超声波速度测量。通过上述方法,我们再次测量机器人和平面对象距离的。测量结果与实际距离显示在表二中。 表二 超声波传感器的基于小波变换的数据(单位:厘米)基于小波变换的实验结果表明,使用上述的测量误差技术是小于1% 为5m范围区域内,这种传感系统的障碍物检测和定位拥有巨大的潜力,能作为个强大的解决方案用提高于割草机器人性价比在动态工作条件下。 7. 结论在本文中,我们提出了一个多传感器系统结合超声波传感器测量用于割草机器人导航。该传感系统具有低成本,低功耗,高性能,使割草机器人机能映射未知环境。其有效性是通过仿真研究和实验结果得到的。使用不同种类的传感器集成在传感系统可以克服超声波传感器的盲区和多传感器融合的镜面反射的缺陷。一种高精度超声波测距技术的方法基于小波变换已被引入到改善更多的超声波传感器的测量精度准确的感官信息。该系统应用于割草机器人,证明了实验的可靠性和实时性。今后的工作将着眼于应用所提出的跟踪技术的多传感器融合方案应用于在非结构化环境中的机器人割草机控制全覆盖路径规划 12 。 参考文献山东建筑大学 毕业设计开题报告学生姓名: 刘传涛 学 号: 2003071256 班 级: 机本035 所在学院: 机电工程学院 专 业: 机械工程及自动化 设计(论文)题目:手推式草坪修剪机设计 指导教师: 汤爱君 王全景 2007 年 4 月 23 日山东建筑大学毕业论文开题报告班级:机本035 姓名:刘传涛论文题目手推式草坪修剪机设计一 选题背景和意义:草坪是高度培育的特殊草地,随着草坪面积的扩大,品质的提高,草坪业逐渐由单一的人工作业向半自动化机械化自动化过度,草坪作业的机械化已经成为十分重要的课题。 大部分的草坪一直到19世纪中叶还在使用镰刀来割草或放牧牛羊以保持草地的整齐性。随着高尔夫球网球以及足球等运动的兴起,保持完整的草地做运动场便成为当务之急。从20世纪起出现以机器代替手工的趋势,于是好的修剪机遂成为草坪管理的必需品。 草坪修剪机分滚切式旋刀式剪切式三类,按动力又可分为手动与机动两类。机动有乘坐式与手推式,北京园林机修厂JUS420型旋刀式修剪机系单缸四冲程汽油机驱动,功率2.6Kw,一把旋刀,幅宽420mm,每班可修剪2000m2,整机质量40Kg。上海园林机械厂JCG540型滚切式草坪修剪机,乘坐手推两用式,有两个前进档,IE50F2汽油机功率2.3kw,5片滚刀,幅宽540mm,该机 高,但用于坡地时机组稳定性较差。小庭院的草坪可用上海生产的JCG250型手推草坪修剪机,人推动前进并使6个滚刀旋转切割草坪,幅宽250mm。德国SOLO522型草坪修剪机为手推式,动力系单缸四冲程汽油机,功率为2.3kW,刀片为剪切式,幅宽800mm。该产品的特点是刀片耐磨,机具噪声低,振动小,对坡地适应性好。改换工作部件可作扫雪工具。 旋刀式剪草机适用于草高2580mm低要求的草坪,剪幅在0.520.m之间。滚切式剪草机适用于草高380mm的高要求草坪,剪幅0.55.0m之间。 修剪是维持优质草坪的重要作业,它主要是定期除掉草坪草枝条的土表部分。在特定的草坪上,根据所需要的培育强度,修剪的目的是在特定的范围内保持顶端生长,控制不理想的、不耐剪的营养生长,维持一个观赏和游息草坪,产生一个真实的击球表面或发展草坪作物。 修剪的质量由所使用的剪草机的类型和割时草地的状况决定。因此,随各种特殊功能的开发,应重视修剪机具的发展。 我国幅原广阔,地区差异很大。草坪的功能不同,对机具的要求也不同,加之各地区经济发展不平衡,用户的购买能力也有差异,因此草坪机械只有开发系列产品才能满足不同市场的需要。另外,有些草坪机具一年只用几次,因此草坪机具在以草坪作业为主项的同时,应配备一些附加装置,扩大其使用功能,提高机具的利用率。二 难点和关键问题:(1) 围绕着零件图纸进行分析,做出综合性的分析。(2) 对零件进行综合布局,画出总设计的图纸。(3) 在设计中应合理的选择材料,减少应力集中(如尖角、锐边、表面;粗糙度等).控制尺寸公差。(4)本课题的难点是,根据电机的功率和人行走的速度换算出三级变速齿轮的传动比,电机和人力两种动力间的转换。三 文献总述 从地球有了人类开始,我们就磨削石块,制造工具,开始了工具革命的过程,一直延续至今,最早的剪草工具是小镰刀和手剪。但是I803年美国专利机构公布了剪草机的第一个专利。然而未形成商品。在大西洋披岸 ,一位名叫Edwin Budding的英国人发明了滚刀式剪草机他是一个纺织工人,监视旋转式机械用于修剪呢绒绒毛。他决定将这一工作原理应用于割草 。1855年 Budding的剪草机在英国问世并受到欢迎,Henxy将它引入美国。1877年在 Richmond,McGuin试图发展这种剪草机使其容易推动更加实用 1855年美国公司一年生产近50000台草坪剪草机.其构造与今天的手推式剪草机类似 。1890年还是在英国开始设计有动力驱动的剪草机。第一个成功的动力剪草机由LeyLandMotors制造,为蒸汽动力型,然而,另一个技术革命使它不久即被淘汰。1885年德国工程师 Gottlieb Daimler 发展了一种小型内燃机,并首先应用在自行车上。建立第一个摩托车。适用的动力源导致发展汽车,飞机甚至洗衣机,随之应用于动力剪草机和园艺机具,另一个英国公司1902年皇家农业协会举办的展览会上展出了6马力的动力剪草机.美国工程师和革新家在本世纪初的十年中,也致力于动力剪草机的研究1909年Leoni取 到了动力型机械式剪草机专利Leoni的动力型剪草机由汽油机驱动。整个装置行走由马拉。大约在第1次世界大战前不久 ,动力型剪草机开始用于家庭。George 是一位实业家和开发者。他最早开始经营商业,他的马达剪草机公司曾定名为“立即成功 ”。他设计的发动机安装在滚刀式剪草机上。一直保持到1950年。接着又有其他厂家生产类似的机械。到1927年Hardware Age“年度消费者目录”登出了近21家公司生产动力型草坪剪草机其中的两家厂商一波伦 (Bolens)和蒋索波森(Jacobsen)存在至今,并成为著名厂商 。美国克里夫兰市的联合铸造供应公司制造的草坪剪草机备有集草袋和自动离台器当刀片遇到外界阻力时即与传动装置自动分离。美国费拉德尔菲亚(费城)的草坪剪草机公司在广告上登出了全系列的手动马拉和动力驱动的剪草机,从1922年开始推出30和40英时的可乘式剪草机。事实上,旋刀式剪草机是在战前发展的,然而直到1次世界大战之后才推广。1933年 ,Bolen提出的旋刀式剪草机专利与今天使用的类似 ,有迹象表明,在 1920年之前此种旋刀式剪草机只是为私人使用。1938年出现的旋刀式剪草机获得了商业上的成功Howard为 了解决大面积杂草的修剪问题 一 他立即在他的地下车间开始了研制工作。Gravely是个花匠,为了解决他花园的耕作问题,使用手推犁刀,1920年他开始生产园艺用拖拉机,并 取得动力犁的专利,更早的园艺拖拉机是在1919年 GiLson Brothers制造 ,Beeman拖拉机公司销售。1927年Hardware Age列出11个园艺拖拉机制造商。包括克里夫兰市的Barcer Raulang公司,该公司推出了电动型园艺拖拉机。1910年瑞士Konrad应用除根的耕作机具。该装置不是第一个转子式中耕机 (早在1857年就有此种机型),但是早期的机型重量大,达数吨,其动力为蒸气机式,与现代机型完全不同。1911年德国的SiemensSehckert Werk公 司 ,在它的专利基础上制造了最早的电动机驱动的中耕机。但是没有得到发展。不久被汽油机所取代 。1930年Siemens决定将机器引入美国,他来到美国同费城的Kol sey合作。Kelsey 建立 了Rototiller公司,销售从欧州引进的机器。1934年Kelsey的Rototiller公司生产了它的第一台美国制造的中耕机 。Rototiller公司早期竞争对手之一是 Arien公司,Arien和他的儿子成立了一个公司,声称为美国第一家生产转子式中耕机的公司。Arien公司的第一台转子式中耕机重900磅,未获得成功。随着 1次世界大战爆发,园艺机械的生产也随之停顿。应该指出,无论是 Ariens公司或 Rototiller公司的中耕机都是后齿型一1936年 Roto-Hoe公司生产了前齿型中耕机 ,在战争初期,它们销售很慢,而前齿型中鞯机在战争之后作为家用设备获得成功 。链锯的发展也要追溯到 次世界大战爆发之前 。第一具链锯是在1904年。直到战争之后才形成商业产品。Sfihl的链锯重105 磅 是在1927年。由两人操作。动力草坪清扫机也出现在战争之前。创建者是 Parker Pattern。他的儿子 Edwin Parker于1919年进一步发展 。1931年 Edwin作为公司董事长推出公司第一台动力草坪清扫机 。在园林机械发展的历 史上 。2次世界大战是一个转折点,2次世界大战之后 ,整个国家得到复兴,园林机械也得到重大发展。允许复役军人低价买房不付现金,大批建设房屋并 出售。促使园林设备得到空前发展。战后,链锯也得到改进。1944年ClaudePoulan监视德国人战争囚犯在东德克萨斯州砍树。两人操纵链锯。尚需第三个人控制撬扛。战后,他立即着手建立装有发动机的链锯 。生产链锯的公司也在不断增长。横过大西洋,Solo(在1948年 )和 Stihl(在1950 年)是首批生产一人操纵链锯的公司 Stihl承认。最初的一人操纵的链锯重量较重。直到1954年才生产了轻重量级的链锯(重31 磅)。与此同时,其他厂商也发展了轻重量级的链锯。例如1961年Iombard Governor 公司出售一种16英寸,27磅链锯 Steve和Dave HOH试图清除他家占地面积为240亩的庄园杂草。这促使他建立了一个大镰刀。1949年曾形成商品。销售灌木切割机 。在同一时期,人们利用内燃机为动力驱动扫雪装置,1948年Henry Ariens发展了一种抛雪机的工作样机。直到1960年初才进入市场。1959年随着园林机械工业的发展。人们意识到需要兴办一个杂志。Bill Qu Jnn自行车 杂志的发行人开始创办草坪设备期刊 ,1969年,该杂志更名为户外动力设备 (OPE)。在杂志创办时,按照产品销售的型号与今天几乎差不多。但是随着工业的发展,操作者 的要求在改变,必须考虑操作安全,环境污染及其他关心的问题。1971年George Ballas为了控制自已庄园树根周围的杂草,他制造了多头带式修剪机 (绳索式割灌机)。达到了理想的效果。1977年 Weed Eater公司推出了单绳带式修剪机 。当然园林机械设备的历史没有结束如同没有明显的起点一样,没有终点它将继续扩大领域为人类作出新的贡献。四 方案论证根据电机的功率和人行走的速度换算出三级变速齿轮的传动比,电机和人力两种动力间的转换。传动装置是大多数机器或机组的主要组成部分。实验证明,传动装置在整台机器的质量和成本中占有很大比例。机器的运转性能和运转费用在很大程度上决定了传动系统的优劣。因此,不断提高传动装置的设计和制造水平具有极其重要的作用。(1)剪切装置剪切装置由滚刀和底刀组成,滚刀和底刀结构如下图所示。底刀用六角螺栓固定在底刀架上,剪草时位置不动,刀刃为直线型。滚刀的刀片形状为螺旋曲面,刀刃为螺旋线,五片刀片均匀分布固定在刀架上。剪草时,滚刀向前转动,刀刃由一端开始与底刀刃逐点组成剪口,草随着滚刀刀片螺旋面的旋转被卷进剪口内,并被剪断。上下刀刃剪草过程始终为点接触。图4.1滚刀和底刀外形图(2)离合器装置离合器装置是为了使剪草机正向剪草反向停止旋转而特意设置的工作装置,它是由齿轮和其内的弹簧和钢球组成。剪草时,钢球在弹簧的作用下压紧齿轮内壁迫使起和其他齿轮啮合,从而带动滚刀旋转然后与底刀相切剪草的,当手扶手拉动剪草机向后运动时,由于该齿轮的转速大于与之联结的轴的转速,这样在超越离合器作用下该齿轮将相对轴做超越运动,使得滚刀轴静止不动,不与齿轮轴发生干涉。五、进度安排第1、2周 调查查阅 收集查阅资料第3、4周 资料翻译 总体方案拟定、开题第5、6周 毕业实习第7、8周 详细设计第9、10周 详细设计第11、12周 详细设计第13、14周 详细设计第15、16周 详细设计第17周 撰写毕业设计说明书第18周 毕业答辩六 指导教师意见: 签字: 年 月 日七 教研室(或开题审查小组)意见: 签字: 年 月 日注:不够可以加附页 教务处制本科毕业设计说明书题 目:手推式草坪修剪机设计院 (部): 机电工程学院专 业: 机械工程及自动化班 级: 机本035姓 名: 刘传涛学 号: 2003071256指导教师: 汤爱君 王全景完成日期: 2007年7月1日山东建筑大学毕业设计说明书目 录摘 要ABSTRACT1 前 言1.1 手推式草坪修剪机的背景及研究意义11.2 手推式草坪修剪机的研究现状及发展趋势21.3 手推式草坪修剪机41.4 本课题的设计任务52 手推式草坪修剪机的总体设计 2.1 手推式草坪修剪机的工作原理62.2 手推式草坪修剪机的主要结构62.2.1 传动系统72.2.2 剪草机构73 手推式草坪修剪机机械结构设计计算3.1 传动系统93.1.1 齿轮的确定93.1.2 轴的确定223.2 剪草机构263.1.1 滚刀的设计263.1.2 底刀的设计274 手推式草坪修剪机的使用说明4.1 安全事项284.2 安装284.3 维护保养305 结 论31谢 辞32参考文献33 IV摘 要草坪是现代社会的重要组成部分,也是社会文明及环境的重要标志。近年随着草坪面积的增加,对草坪的护养也随之增加。手推式草坪修剪机通过齿轮传动机构把驱动轮的转动传给滚刀使滚刀旋转,利用滚刀与底刀相切形成剪刀原理对草坪进行剪切的。本文对手推式草坪修剪机的工作原理,传动系统和剪草机构等具体结构做了详细介绍,并且重点计算确定了传动系统中齿轮和轴的基本尺寸,对各个标准零件、非标准零件的选取也做了相应的计算。在计算数据的基础上用Auto CAD完成无动力草坪修剪机的装配图、部分非标准件的零件二维图,并用Solid Edge完成所有零件的三维造型和装配。该机具有无污染、无噪音、无振动等优点,适用于庭院草坪,小面积草坪,防暴区域草坪。关键词:草坪;手推式草坪修剪机;传动系统 The Design of Hand Mower in LawnABSTRACTThe lawn is the important part in the modern society, which is an important symbol of the social civilization and the environment. In the recent years, with the increment of lawn area, the lawn cultivating is also increased. Hand mower in lawn is a machine which transfers the running of the wheel to the spiral hob by the gear wheel box. The spiral hob meshes with the fixed tool, which likes a pair of scissors, and cuts down the grass. In this paper,the work principle of the hand mower in lawn, the transmission part, the cut part and the adjusting part are reviewed. The design of the wheels and axes of the gear box is particularly studied. And the choice of the standard parts and non-standard parts is also particularly discussed. The assembly drawing of the machine and drawings of non-standard parts are finished by Auto CAD. Moreover, the three-dimensional shapes are finished by Solid Edge. The machine has many merits which traditional lawnmower does not have, such as without air pollution, noises, vibration and so on. It is fit for court lawn, small area lawn and riot region lawn. Key Words: Lawn;Hand mower in lawn;Transmission device山东建筑大学毕业设计说明书1前 言1.1手推式草坪修剪机的背景及研究意义草坪是高度培育的特殊草地,随着草坪面积的扩大,品质的提高,草坪业逐渐由单一的人工作业向半自动化机械化自动化过度,草坪作业的机械化已经成为十分重要的课题。大部分的草坪一直到19世纪中叶还在使用镰刀来割草或放牧牛羊以保持草地的整齐性。随着高尔夫球网球以及足球等运动的兴起,保持完整的草地做运动场便成为当务之急。从20世纪起出现以机器代替手工的趋势,于是好的修剪机遂成为草坪管理的必需品。 草坪修剪机分滚切式旋刀式剪切式三类,按动力又可分为手动与机动两类。机动有乘坐式与手推式,北京园林机修厂JUS420型旋刀式修剪机系单缸四冲程汽油机驱动,功率2.6Kw,一把旋刀,幅宽420mm,每班可修剪2000m2,整机质量40Kg。上海园林机械厂JCG540型滚切式草坪修剪机,乘坐手推两用式,有两个前进档,IE50F2汽油机功率2.3kw,5片滚刀,幅宽540mm,该机 高,但用于坡地时机组稳定性较差。小庭院的草坪可用上海生产的JCG250型手推草坪修剪机,人推动前进并使6个滚刀旋转切割草坪,幅宽250mm。德国SOLO522型草坪修剪机为手推式,动力系单缸四冲程汽油机,功率为2.3kW,刀片为剪切式,幅宽800mm。该产品的特点是刀片耐磨,机具噪声低,振动小,对坡地适应性好。改换工作部件可作扫雪工具。 旋刀式剪草机适用于草高25-80mm低要求的草坪,剪幅在0.5-20.m之间。滚切式剪草机适用于草高3-80mm的高要求草坪,剪幅0.5-5.0m之间。 修剪是维持优质草坪的重要作业,它主要是定期除掉草坪草枝条的土表部分。在特定的草坪上,根据所需要的培育强度,修剪的目的是在特定的范围内保持顶端生长,控制不理想的、不耐剪的营养生长,维持一个观赏和游息草坪,产生一个真实的击球表面或发展草坪作物。 修剪的质量由所使用的剪草机的类型和割时草地的状况决定。因此,随各种特殊功能的开发,应重视修剪机具的发展。 我国幅原广阔,地区差异很大。草坪的功能不同,对机具的要求也不同,加之各地区经济发展不平衡,用户的购买能力也有差异,因此草坪机械只有开发系列产品才能满足不同市场的需要。另外,有些草坪机具一年只用几次,因此草坪机具在以草坪作业为主项的同时,应配备一些附加装置,扩大其使用功能,提高机具的利用率。1.2手推式草坪修剪机的研究现状以及发展趋势从世界上第一台滚刀式剪草机的问世,到现在已经过了100多年 ,原来主要应用于牧场的机械已经发展成为有几十个品种,适用于不同场合的剪草机。根据其工作原理和形式可分为滚刀式、悬刀式和扫雷式三种类型。我国生产剪草机起步较晚,生产企业规模普遍较小,产品用途较为单一,均没有形成规模批量,所以长期以来,草坪剪草机均以进口为主。据统计,到1999年底我国有各种园林机械保有量达10万台,1999年的剪草机销售量在3万台左右,其中80%为进口。据调查,国内生产剪草机的厂家约有50家左右。多数为园艺系统的公司以及转产剪草机的机械厂。市场上草坪修剪机的品牌很多,有进口产品,也有国内制造和中外合资的。功率从2.616.2 kW,剪幅从43.2127cm。国内生产厂家主要有:中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司,生产立特牌NEAT 草坪剪草机,占国内市场50%,现年产5000台。目前正着手进行年产5万台剪草机的技术改造,其动力选用日本本田发动机。安徽飞彩车辆股份有限公司“十五”期间将进行技术改造,计划年产6万台剪草机。其中代表产品之一是手扶式宽幅剪草机系列,年产5万台, 以22161型为例,发动机为4 冲程,418 kW,剪草宽度53cm,自走式;代表产品之二是驾乘式剪草机系列,年产1 万台,以16238HXL型为例,为4冲程,11.7kW,97cm循环剪草,带驱动。江苏淮阴林海股份有限公司也正进行技术改造,计划年产3万台剪草机。另外相继做规划上剪草机产品的企业还有春兰、新大洲、金城等公司。进口剪草机主要来自于日本、美国、意大利和瑞典等国,主要品牌和售价详见表1.1。表1.1 进口剪草机的主要品牌和售价国别 型式价格日本 本田H1011 坐骑式带草袋76 cm5. 2 万元/ 台H3011坐骑式带草袋71 cm 5. 8 万元/ 台LM5360HX自行可控刀式带草袋53 cm 1. 08 万元/ 台美国 MID(美神) :LM5360HX自行可控刀式带草袋53 cm 1. 08 万元/ 台B560C 坐骑式带草袋76 cm 2. 98 万元/ 台138C 自行式侧除草53 cm 0. 5 万元/ 台Murray(美丽):2. 62. 8 kW手推式后草袋型22355 型、22545 型手推式侧排草21386 型手推式、21855 型自行式21975、22855、22856 型适用大面积长时间剪草意大利 花园牌:R484TR 自行式带草箱46 cm 0. 43 万元/ 台R484 手推式带草箱46 cm 0. 38 万元/ 台瑞典Husovarna 系列剪草机根据国外有关专家的研究,城市人均应有2530 的草坪才能解决人们的二氧化碳和氧气交换的需要。下面是国外一些城市人均草坪面积与中国及北京的对比表如表1.2所示。表1.2 国外一些城市和中国及北京人均草坪面积名称面积/ 名称面积/ 伦敦70. 4巴黎24. 7纽约45. 7堪培拉70. 5莫斯科37. 0中国1华沙73. 5北京8从上表可以看出,我国人均占有草坪面积与发达国家相比,有着较大的差距。全国城镇人均草坪面积为1,按中国目前城镇人口3亿人计算,全国现有各类草坪面积约为3 万,若每公顷需5台剪草机,现有市场容量就达15万台。随着中国经济的快速发展,剪草机的市场容量将成倍增长。新建草坪有两种方式,一种是以种草种为主,另一种是移植草皮。据不完全统计,历年进口草种的吨数如下,1995年前约为6000t ,1996年为2500t,1998年为5000t,1999 年为6000t 。一般1m2需20g 草种,按此计算,1999年种草面积为3万,移种面积为9万,共约12万,若按每公顷需5台剪草机,仅1999年时就需剪草机60万台。按国家建设部规定,2000年后城市绿化面积需达到30%。目前深圳、珠海、厦门等城市的绿化面积已超过此值。城市人均绿地面积需达到7 以上。专家按此标准测算,2000年至2005年重点绿化目标有24万km 的堤坝,3 亿城市居民公共绿地的建设,6 个飞机场的扩建,80余个高新技术开发区,2000个高标准足球场、网球场,200个高尔夫球场,至少需植草坪30多万 。今后6 年平均每年约需56万草坪,约需剪草机30万台。在草坪的建设过程中,随之而来的相关园林设备的市场无疑是十分广阔的。1.3手推式草坪修剪机 国内目前生产的剪草机以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。滚刀式剪草机由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成。它较旋刀式剪草机有更好的修剪质量,是高质量草坪最常用的剪草机型。适用于草高380 mm 的草坪,其问题主要是价格贵,维修保养要求严格。而旋刀式剪草机(又称悬刀式) 是由横向悬挂在直立轴上的刀片高速旋转打切草的上部叶片,它适于2580 mm 范围内剪草。由于其价格低廉,保养、维修方便,使用灵活,只要将刀磨快,剪草效果还是可以的。因此,一般要求的草坪都选用它,成为目前国内外最流行的剪草机。以动力划分可分为机动和人推两类。人推的主要是滚刀式,机动的分柴油机、汽油机和电动机三种。其中以小型汽油机作为动力的较为普遍,而柴油机多用于大型的剪草机械,如牧场的割草机。在草坪建设中,草坪修剪机是主要的机械设备之一。目前,大片草坪的修剪,一般是使用小型汽油机为动力的草坪修剪机,其速度快,效率高。但对小面积的草坪,如庭院式草坪,使用机动式草坪修剪机就显得“大材小用。它不仅消耗地球上有限的能源,排出的废气对环境造成污染,工作中发动机产生的高分贝噪音对操作者听力造成伤害,同时也严重干扰了附近居民的正常生活;而且,这种类型的草坪修剪机在工作中常伴有强烈的振动,对操作者的双手和身体都有很大的伤害,普通的家庭妇女和有心帮助父母做家务的青少年也很难对其进行正常操作。手推式草坪修剪机正是针对这样的情况而设计的,它不需要能源,具有结构简单、体积小、无噪音、无污染、无振动等优点,适用于小面积草坪,庭院式草坪,防暴区域草坪等的修剪。另外,它还备有由蓄电池驱动的小型电动机,在操作者体力欠佳或不愿意过度疲劳的情况下,可以替代人力驱动滚刀进行修剪。随着人民生活水平的不断提高和庭院式草坪的增加,手推式草坪修剪机将拥有更广阔的市场,成为对庭院式草坪进行修剪养护的理想机具。1.4本课题的设计任务本课题要求通过手推式草坪修剪机构造及工作原理的了解分析,深入理解其整体系统的结构原理,进行系统总体设计、附件的详细设计、并对其部分零件进行强度校核。这次课题设计的手推式草坪修剪机,主要设计参数如下: 杆长:130cm; 转速:1000r/min; 电压:24v; 功率:110w; 主机重量:2.5kg,尼龙绳式。2 手推式草坪修剪机的总体设计2.1手推式草坪修剪机的工作原理手推式草坪修剪机结构如图2.1所示。其底部装有四个轮子,可随意移动。剪草时,手扶手把向前推动剪草机,两个前轮(即驱动轮)沿地面向前滚动。前轮内镶有内齿轮,通过三级增速传动机构,将前轮的转动传给滚刀轴,从而带动滚刀向前旋转。螺旋状的滚刀刃与底刀刃相切作用形成剪刀原理,构成一对剪刀,将由滚刀揽至的草茬剪断,剪断的草将沿滚刀旋转方向被带入集草袋,或因草屑很短,将其留置草坪中,成为肥料。考虑到剪草劳动强度比较大,对操作者的体能有一定的要求,在未镶有内齿轮的另一前轮内安装了由蓄电池驱动的小型直流电动机,用套筒联轴器将其转动轴与滚刀轴联结。当操作者不使用前轮滚动来驱动滚刀时,可将蓄电池接上,滚刀便由直流电动机驱动。滚刀的转动反传给带超越离合器的齿轮,由于该齿轮的转速大于与之联结的轴的转速,这样在超越离合器作用下该齿轮将相对轴做超越运动,和由前轮传给轴的转动不发生干涉。因此,当推动剪草机向前运动时滚刀正向旋转,相反当拉动剪草机向后运动时滚刀因超越离合器的作用而静止不动,从而可以获得平坦光滑的草坪。2.2手推式草坪修剪机主要的结构 手推式草坪修剪机的总体机构可分为两大部分:传动系统和剪草机构。如图2.1所示。图2.1剪草机视图2.2.1 传动系统传动系统是修剪机传动与变换动力的装置。1、传动的重要性工作机一般都要靠原动机供给一定形式的能量(绝大多数为机械能)才能工作。但是把原动机和工作机直接连接起来的情况是很少的,往往需要在二者之间加入传递动力或改变运动状态的传动装置。其主要原因是:(1)工作机所要求的速度,一般与原动机的最优速度不相符合,故需增速或减速(实用中多为减速)。此外,原动机的输出轴通常只作匀速回转运动,但工作机所要求的工作形式却是多种多样的,如直线运动,间歇运动等。(2)很多工作机都需要根据工作要求而进行速度调整,但依靠调整原动机的速度来达到这一目的往往是不经济的,甚至是不可能的。(3)在有些情况下,需要用一个工作机带动几个工作速度不同的工作机。(4)为了工作安全及维护方便,或因机器的外廓尺寸受到限制等其他原因有时不能将原动机和工作机直接连接在一起。由此可见,传动装置是大多数机器或机组的主要组成部分。实验证明,传动装置在整台机器的质量和成本中占有很大比例。机器的运转性能和运转费用在很大程度上决定了传动系统的优劣。因此,不断提高传动装置的设计和制造水平具有极其重要的作用。2、传动的分类按照工作原理的不同,可将传动分为两大类:a)机械能不改变为另一种形式的能的传动机械传动(指广义的机械传动);b)机械能改变为电能,或电能改变为机械能的传动电传动。机械传动又分为摩擦传动,啮合传动,液力传动和气力传动。摩擦传动和啮合传动的形式很多,发展甚为迅速,新型的高速大功率或大传动比的传动不断涌现。2.2.2剪草机构1、剪切装置剪切装置由滚刀和底刀组成,滚刀和底刀结构如图2.2所示。底刀用六角螺栓固定在底刀架上,剪草时位置不动,刀刃为直线型。滚刀的刀片形状为螺旋曲面,刀刃为螺旋线,五片刀片均匀分布固定在刀架上。剪草时,滚刀向前转动,刀刃由一端开始与底刀刃逐点组成剪口,草随着滚刀刀片螺旋面的旋转被卷进剪口内,并被剪断。上下刀刃剪草过程始终为点接触。图2.2 滚刀和底刀外形图2、刀刃间隙调整装置滚刀和底刀间的间隙,对剪草机构的性能影响很大。间隙太大,草茬不容易被切断;间隙太小,刀刃容易磨损,且切削负载加大。因此要调整好此间隙的大小。刀刃间隙是通过调整底刀架相对滚刀的位置实现的。调整时,左右螺栓必须均匀地进行。首先拧松底刀的固定螺栓,旋转手轮,使螺栓旋转,进而使底刀架前后移动,根据剪草需要选择底刀和滚刀的间隙。以滚刀能用单手轻轻拨动,两刀刃口在全刃内微微相檫,均匀切合,并能剪去0.1mm厚的纸片时为最佳的调整位置。选好后将固定螺栓拧紧,即完成底刀和滚刀刀刃间的间隙调整。3、剪草高度调整装置剪草高度调整装置由装配图中的调节高度块、支架、螺栓、螺母组成。调整底刀刀刃距地面的高度,即可以调整草坪保留的高度。调节高度块上开有三个圆孔,最下面一个13mm的圆孔与后轮轴联结,只要将上面两个11mm的圆孔之一与支架上三个同直径的圆孔之一对齐,用螺栓将其联结,就可以达到调整剪草高度的目的。把螺母拧下,将螺栓取出,根据剪草高度需要选择调节高度块上合适的圆孔之一与支架上圆孔之一配合,用螺栓固定,然后将螺母拧紧,就可完成对剪草高度的调整。4、离合器装置离合器装置是为了使剪草机正向剪草反向停止旋转而特意设置的工作装置,它是由齿轮和其内的弹簧和钢球组成。剪草时,钢球在弹簧的作用下压紧齿轮内壁迫使起和其他齿轮啮合,从而带动滚刀旋转然后与底刀相切剪草的,当手扶手拉动剪草机向后运动时,由于该齿轮的转速大于与之联结的轴的转速,这样在超越离合器作用下该齿轮将相对轴做超越运动,使得滚刀轴静止不动,不与齿轮轴发生干涉。3 手推式草坪修剪机机械结构设计计算3.1 传动系统手推式草坪修剪机的传动系统由齿轮、轴、轴承和离合器等组成,下面着重介绍齿轮和轴的确定、计算和校核。3.1.1齿轮的确定齿轮以传递运动为主,由于标准直齿圆柱齿轮传动的功率和速度可以很大,效率高,对中心距的敏感性小,装配维修方便,成本低,因此在该传动装置中全部采用标准直齿圆柱齿轮。齿轮的计算准则由失效形式确定,闭式传动的齿轮,主要失效形式是接触疲劳磨损、弯曲疲劳折断和胶合。一般只进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算。有短时过载时,还应进行静强度计算。拟定采用三级传动,传动简图如图3.1所示。由原始数据选定电动机型号为Y160M-4。滚刀轴转速为1000r/min。初步估计轮子直径320mm,内齿轮直径270mm;根据需要滚刀每秒次数为20转左右,定传动比为。由柴油机动力草坪修剪机可以大致估算剪草所需的转矩。根据资料取功率3.7kw,转速n=3200r/min,由此可以计算得转矩T为:T=11042Nmm。图3.1 传动简图1、齿轮1,2的确定及计算根据传动要求齿轮1用20C r,渗碳淬火+低温回火处理,硬度为5662HRC,平均取59HRC;齿轮2用40Cr,调质处理,硬度为241286HB,平均取260HB。(1)初步计算转矩根据以上数据计算得 =11042Nmm 齿宽系数 由参考书表12.13,取得 =1.0接触疲劳极限 由参考书图12.17d =1250MPa 参考书图12.17c =710MPa初步计算的许用 0.9接触应力 =0.91250 =1125 MPa 0.9 =0.9 710 =639MP值 由参考书表12.16,取=85 =85初步计算齿轮1的直径 (3.1)其中:为转矩;为齿宽系数;为接触应力。 =85 =28.1mm 取=30mm初步齿宽 =1.030 =30mm (2)齿轮1,2的校核计算圆周速度 = = m/s精度等级 由参考书表12.6 选8级精度齿数和模数 初取; 由参考书表12.3,取mm mm则,圆整取 齿轮1直径 mm mm mm mm使用系数 由参考书表12.9 动载系数 由参考书图12.9 齿间载荷分配系数 由参考书表12.10,先求 N N/mm N/mm 由此得 齿向载荷分布系数 由参考书表12.11 其中:。载荷系数 (3.2) 弹性系数 由参考书表12.12 节点区域系数 由参考书图12.16 接触最小安全系数 由参考书表12.14 总工作时间 预期使用寿命10年,每年100个工作日,每个工作日时间为2h,则: h应力循环次数 接触寿命系数 由参考书图12.18 许用接触应力 MPa MPa验算 MPa 计算结果表明,接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无需调整。(3)确定齿轮1、2传动主要尺寸实际分度圆直径 mm mm mm mm中心距 mm mm齿宽 mm 取mm mm其它尺寸 : mm mm mm mm mm mm mm mm(4)齿轮1、2齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 由参考书表12.10, 齿向载荷分布系数 由参考书图12.14 载荷系数 齿形系数 由参考书图12.21 应力修正系数 由参考书图12.22 弯曲疲劳极限 由参考书图12.23c MPa MPa弯曲最小安全系数 由参考书表12.14 应力循环次数 弯曲寿命系数 由参考书图12.24 尺寸系数 由参考书图12.25 许用弯曲应力 MPa MPa验算 MPa MPa 传动无严重过载,故不作静强度校核。2、齿轮3、4、5的确定计算齿轮3用20Cr,渗碳淬火+低温回火处理,硬度为5662HRC,平均取59HRC;齿轮4用40Cr,调质处理,硬度241HB286HB,平均取260HB;齿轮5用45钢,调质处理,硬度229HB286HB,平均取240HB。计算步骤如下:(1)初步计算转矩 Nmm齿宽系数 由参考书表12.13,取得 接触疲劳极限 由参考书图12.17d 参考书图12.17c 初步计算的许用 接触应力 值 由参考书表12.16,取=85 =85初步计算齿轮3的直径 : mm 取mm初步齿宽 mm(2)齿轮3校核计算圆周速度 m/s精度等级 由参考书表12.6 选8级精度齿数和模数 初取 mm 由参考书表12.3,取mm mm 则 mm使用系数 由参考书表12.9 动载系数 由参考书图12.9 齿间载荷分配系数 由参考书表12.10,先求 N N/mm N/mm 由此得 齿向载荷分布系数 由参考书表12.11 载荷系数 弹性系数 由参考书表12.12 节点区域系数 由参考书图12.16 接触最小安全系数 由参考书表12.14 总工作时间 应力循环次数 接触寿命系数 由参考书图12.18 许用接触应力 MPa MPa 验算 MPa 计算结果表明,接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无需调整。(3)确定传动主要尺寸实际分度圆直径 mm mm中心距 mm齿宽 mm 取mm mm其它尺寸 : mmmm mm mm mm mm mm mm(4)齿轮3齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 由参考书表12.10, 齿向载荷分布系数 由参考书图12.14 载荷系数 齿形系数 由参考书图12.21 应力修正系数 由参考书图12.22 弯曲疲劳极限 由参考书图12.23d MPa 参考书图12.23c MPa弯曲最小安全系数由参考书表12.14 应力循环次数 弯曲寿命系数 由参考书图12.24 尺寸系数 由参考书图12.25 许用弯曲应力 MPa MPa验算 MPa MPa 传动无严重过载,故不作静强度校核。(5)齿轮4、5齿面接触疲劳强度校核计算转矩 Nmm齿数和模数 分度圆直径 mm mm 齿宽 由mm取 mm齿宽系数 圆周速度 m/s精度等级 由参考书表12.6 选8级精度使用系数 由参考书表12.9 动载系数 由参考书图12.9 齿间载荷系数分配系数 由参考书表12.10,先求: N N/mm N/mm 由此得 齿向载荷分布系数 由参考书表12.11 载荷系数 弹性系数 由参考书表12.12 节点区域系数 由参考书图12.16 接触最小安全系数 由参考书表12.14 总工作时间 应力循环次数 接触寿命系数 由参考书图12.18 许用接触应力 MP验算 MPa 计算结果表明,接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无需调整。(6)齿轮3、4齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 由参考书表12.10, 齿向载荷分布系数 由参考书图12.14 载荷系数 齿形系数 由参考书图12.21 应力修正系数 由参考书图12.22 弯曲疲劳极限 由参考书图12.23c MPa MPa弯曲最小安全系数 由参考书表12.14 应力循环次数 弯曲寿命系数 由参考书图12.24 尺寸系数 由参考书图12.25 许用弯曲应力 MPa MPa验算 Mpa MPa 传动无严重过载,故不作静强度校核。3.1.2轴的确定1、轴1的计算材料选用40Cr,轴以传递转矩为主,所以只要进行许用切应力计算即可。(1)估算轴径
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