农业机械-手推式剪草机的设计【全套含CAD图纸、说明书】

毕业论文中文摘要手推式剪草机的设计摘要 为了更好的适应人们的需求，通过仔细分析对比，改进了原有的切割形式。本设计中，手推式剪草机主要利用滚动的轮子带动机械运动。手推式剪草机结构简单，连接平稳，噪音极小，并且操作十分容易，既给使用人带来方便，也给周围的人带来舒适，安静的环境。能更好的满足客户的需要。本文基于机械设计和相关的理论研究，设计了手推式剪草机的传动部分，并且用凸轮和推杆的设计方法设计了端面齿轮和拨杆。此次设计的手推式剪草机的左右两侧对称，其特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小，弯曲性能好,不易出现堵塞，具有很强的适应性。关键词 草坪修剪机 剪草 减速器 手推 凸轮组件 改进设计 毕业论文中文摘要手推式剪草机的设计摘要 为了更好的适应人们的需求，通过仔细分析对比，改进了原有的切割形式。本设计中，手推式剪草机主要利用滚动的轮子带动机械运动。手推式剪草机结构简单，连接平稳，噪音极小，并且操作十分容易，既给使用人带来方便，也给周围的人带来舒适，安静的环境。能更好的满足客户的需要。本文基于机械设计和相关的理论研究，设计了手推式剪草机的传动部分，并且用凸轮和推杆的设计方法设计了端面齿轮和拨杆。此次设计的手推式剪草机的左右两侧对称，其特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小，弯曲性能好,不易出现堵塞，具有很强的适应性。关键词 草坪修剪机 剪草 减速器 手推 凸轮组件 改进设计毕业论文外文摘要The design of hand pushing lawn cropperAbstract In order to adapt to the demands of the people, through analysis and comparison, I improve the original form of cutting. This design, hand thrust lawnmowers mainly use the scroll wheel drive mechanical motion. Hand thrust lawnmowers has simple structure, low noise, smooth operation, and very easy to use, bring convenience to people around, comfortable and quiet environment. To better meet the needs of the client. Based on the mechanical design and relevant theory research and design, hand thrust lawnmowers transmission part, and the design method of CAM and putting the end gear and dial design. The design of the hand thrust about lawnmowers, its characteristic is the symmetry of simple structure, smooth operation, small bending, friction, good performance, do not appear to jam, strong adaptability.Keywords The lawn cropper Cut grass reducer Hand pushing CAM components improvement design 毕业设计工作总结工作任务完成情况（包括任务书中规定的工作内容、研究目标等，如未能完成须说明原因）：第一周到第二周查阅了部分文献，完成了外文翻译。第三周到第四周查阅了国内外相关资料，了解相关研究现状，完成了开题报告。第五周到第十周完成了传力机构和增力机构的设计。第十一周到第十四周完成了转换机构以及刀具机构的设计。第十五周到第十六周完成了设计说明书和论文。通过十七周的毕业设计，我完成了环保型手推式草坪剪草机的设计，在规定的时间内完成了图纸和论文。主要创新点：（1）从机构运动的功能出发，按变异-组合法和类比法完成机构的构型和设计；（2）无引擎驱动，节省能源，无污染（噪声、废气） ，采用绿色环保设计；（3）外观造型新颖，推杆可折叠伸缩，适合家庭用户使用；（4）采用齿轮机构（实现增速） ，提高整机的工作效率，解决了手动剪草机工作效率不高的问题；（5）采用端面凸轮机构（运动形式转换机构） ，将转动转换为直线往复运动，从而满足剪草运动要求，形状类似冠轮，解决了端面凸轮加工难的问题；（6）采用的剪草高度调节机构，解决了目前手动剪草机不易实现高度调节的问题；（7）产品成本（制造和适用成本）低，符合广大用户购买能力的要求。工作状况（包括工作态度、刻苦精神、协作精神、个人精力投入、出勤等情况）： 在设计过程中我认真努力地研究课题，查找国内外文献资料，耐心地听取老师和同学的意见和建议。具有刻苦的钻研精神，善于活学活用，突破陈规，以解决各种工程中的疑难问题。善于发现并总结问题，及时纠正错误、调整方案，积极肯干，责任心强，细心，独立又协同，有创新能力。 收获、体会及建议：毕业论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的剪草机设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种零件的选用标准、安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经 验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。 学生签字： 2009 年 月 日 毕业论文题 目: 手推式剪草机的设计作 者：专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 指导教师： 评 阅 者： 学士学位论文（设计）原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（亲笔）： 年 月 日- 学士学位论文（设计）版权使用授权书专业： 论文（设计）题目：本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，本科生在校攻读期间学位论文（设计）工作的知识产权单位属山西农业大学，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山西农业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。毕业后发表与本研究有关的文章，作者单位署名应为“山西农业大学” ，可以在备注中注明本人现工作单位。本研究成果的知识产权归属山西农业大学，未经指导教师和山西农业大学同意。本人不私自从事与课题有关的任何开发和盈利性活动。学位论文作者签名（亲笔）： 年 月 日导 师 签 名 （亲笔）： 年 月 日毕业设计评价表指导教师意见签 字：年 月 日评阅人意见签 字：年 月 日答辩委员会意见主任委员签字：年 月 日院学术委员会意见院长签字：年 月 日 论文题目 手推式剪草机的设计 学 院 工程技术学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 姓 名 指导教师 职 称 （ 年 6 月）教务处制毕 业 论 文手推式剪草机的设计- 0 -毕业论文中文摘要毕业论文外文摘要手推式剪草机的设计摘要 为了更好的适应人们的需求，通过仔细分析对比，改进了原有的切割形式。本设计中，手推式剪草机主要利用滚动的轮子带动机械运动。手推式剪草机结构简单，连接平稳，噪音极小，并且操作十分容易，既给使用人带来方便，也给周围的人带来舒适，安静的环境。能更好的满足客户的需要。本文基于机械设计和相关的理论研究，设计了手推式剪草机的传动部分，并且用凸轮和推杆的设计方法设计了端面齿轮和拨杆。此次设计的手推式剪草机的左右两侧对称，其特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小，弯曲性能好,不易出现堵塞，具有很强的适应性。关键词 草坪修剪机 剪草 减速器 手推 凸轮组件 改进设计毕业设计说明书- 1 -The design of hand pushing lawn cropperAbstract In order to adapt to the demands of the people, through analysis and comparison, I improve the original form of cutting. This design, hand thrust lawnmowers mainly use the scroll wheel drive mechanical motion. Hand thrust lawnmowers has simple structure, low noise, smooth operation, and very easy to use, bring convenience to people around, comfortable and quiet environment. To better meet the needs of the client. Based on the mechanical design and relevant theory research and design, hand thrust lawnmowers transmission part, and the design method of CAM and putting the end gear and dial design. The design of the hand thrust about lawnmowers, its characteristic is the symmetry of simple structure, smooth operation, small bending, friction, good performance, do not appear to jam, strong adaptability.Keywords The lawn cropper Cut grass reducer Hand pushing CAM components improvement design手推式剪草机的设计- 2 -目 录1 技术任务书 .- 1 -1.1 设计的依据 - 1 -1.2 产品的用途及使用范围 .- 1 -1.3 主要技术指标和重要技术参数 .- 2 -1.3.1 该手推式剪草机的总体设计参数 .- 2 -1.3.2 该手推式剪草机的刀具设 计参数 .- 2 -1.4 主要工作原理 .- 2 -1.5 国内外研究现状 .- 3 -1.5.1 国内外发展概述 .- 3 -1.5.2 常见的剪草机械分类 .- 4 -1.5.3 常见几种剪草机械剪草原理 .- 4 -1.6 已经考虑过的若干方案的比较 .- 5 -1.6.1 手推式剪草机的工作设计方案 - 5 -1.6.2 其他工作设计方案的比较 - 6 -1.7 关键问题及其解决办法 .- 7 -1.7.1 增速机构的设计选择 .- 7 -1.7.2 几种增速方式的实现比较 .- 8 -1.8 机构的功能及特点 - 10 -1.9 机构设计与用户的一致性分析 .- 11 -2.设计计算说明书 - 12 -2.1 设计方案论证 - 12 -2.1.1 手推式剪草机的设计原理 - 12 -2.1.2 方案的选择 .- 12 -2.2 齿轮的计算部分 - 13 -2.2.1 机构的动力计算 - 13 -2.2.2 齿轮设计思路及要求 - 14 -2.2.3.齿轮设计过程 - 15 -2.3 轴的计算部分 - 19 -2.3.1 手推式剪草机中轴 2 的设计 - 19 -2.3.2 手推式剪草机中轴 1 的设计 - 22 -2.4 刀具的设计计算部分 - 25 -2.4.1 刀具的概述 .- 25 -2.4.2 刀具的运动分析 .- 26 -2.4.2 刀具的结构尺寸及相关参数 .- 27 -毕业设计说明书- 3 -2.5 端面齿轮及拨杆的设计部分 - 28 -2.5.1 端面齿轮和拨杆的概述 - 28 -2.5.2 端面齿轮和拨杆的运动分析 .- 28 -2.6 结论 - 32 -2.6.1 剪草机的使用方法 .- 32 -2.6.1 剪草前应注意的事项 .- 33 -2.6.3 制造价格及应用范围 .- 33 -3. 使用说明书（SM） .- 33 -3.1 设备的名称 .- 33 -3.2 设备的安装 .- 34 -3.3 设备的试车运转 .- 34 -3.4 设备的操作和维护 .- 34 -4.标注化审核报告（BS） - 35 -4.1 产品图样的审查 - 35 -4.2 产品技术文件的审查 .- 36 -4.3 标注件的使用情况 - 36 -4.4 审查结论 - 36 -参考文献 .- 37 -致谢 .- 39 -手推式剪草机的设计- 4 -毕业设计说明书- 5 -手推式剪草机的设计- 6 -毕业设计说明书- 7 -手推式剪草机的设计- 8 -毕业设计说明书- 9 -手推式剪草机的设计- 10 -1 技术任务书1.1 设计的依据剪草机械至今已有 100 多年的历史，目前人们普遍使用的是电动剪草机械。由于剪草机械多在人口稠密的地区作业，流动性大，对机械的震动、噪音、废气排放、质量等指标要求较高。现在的剪草机多使用内燃机作动力，排气污染量相对于汽车的较少，但其噪声危害却很大。美国 EPA(美国环境保护局 )及欧盟对割草机等用发动机的排放均有相应的法规；德国还出台了控制噪声污染的兰色天使法规；欧洲一些城市推出过引导性计划，通过税收优惠及奖励等措施鼓励“绿色经营者” 以加速环保技术的发展 。手推式剪草机主要利用滚动的轮子带动机械运动。手推式剪草机结构简单，连接平稳，噪音极小，并且操作十分容易，既给使用人带来方便，也给周围的人带来舒适，安静的环境。1.2 产品的用途及使用范围目前市面上的剪草机大多需动力引擎，这会产生较大的噪音，带来环境污染，在办公和学习的地方，这种需动力引擎的剪草机就显得非常不受欢迎。由于动力引擎剪草机有动力装置，保养，维护费用较高；同时动力引擎剪草机主要依靠刀片的高速旋转把草排出，因此，对整机的安全性要求较高，操作时也会给工作人员带来强烈的震动，使操作很不舒适。虽然，动力引擎草坪剪草机剪草效率较高，剪草效果较好，但是，其价格也较昂贵，就目前来说，一般的用户难以接受。通过市场调研，我们决定设计一种无引擎驱动，无噪音污染，剪草高度可调节，轻便简洁，操作方便和美观实用适用于一般用户的草坪剪草机。该产品主要用于家用，及面积不大的草坪修剪。无需引擎，可谓绿色环保的剪草机。对提倡环保的地域，是理想的剪草工具。毕业设计说明书- 11 -1.3 主要技术指标和重要技术参数1.3.1 该手推式剪草机的总体设计参数外形尺寸： 5863920m输入功率： 14.W轮子转速： /inr力矩： 23.57TNA轮净质量： 0Mkg变速要求：单级刀具，一固定刀片和一活动刀片相互运动单根剪草载荷： .5fN同时剪草量： 0根1.3.2 该手推式剪草机的刀具设计参数表 1-1 刀具设计参数项目 切割器的形式切割幅宽刀片间距刀片运动形式刀片往复频率刀片形状配套动力 操作人数净重手推式剪草机往复切割240mm 20mm 单动 860r/min 平形 149.1W113r/min1 人 30kg1.4 主要工作原理本次设计的手推式剪草机主要利用轮子运动传动变速箱中的齿轮实现刀具的往复运动的功能。手推式剪草机由变速齿轮、端面齿轮、拨杆和剪刀等构件组成，端面齿轮和拨杆是一对工作组合。端面齿轮通过自身的转动将旋转方向的力传动给拨杆，引起水平方向的往复运动，从而使刀具自身往复运动。由于剪草机变速变矩范围不够大，因此在刀具的选择上尤其注意以提高剪草机自身效率为重要原则。剪草机工作时由人推动机器行走，从而使剪草机的后轮 1 传动，带动与其同在一手推式剪草机的设计- 12 -根轴上的大齿轮 2 传动，通过齿轮 2 与齿轮 3 组成的增速机构使速度得以提升，并带动端面凸轮 4（为了实现几何形状封闭和便于调整，采取两个端面凸轮以背靠背形式装配）回转，端面凸轮 4 带动拨杆 5 运动，通过端面凸轮 4 与拨杆 5 组成的转换机构将回转运动变为直线往复运动，使固定其上的活动刀片与固定在机架上的固定刀片形成相对交错运动，完成剪草动作。如图 11 所示：图 11 机器的运动简图1.5 国内外研究现状1.5.1 国内外发展概述l9 世纪中叶，大部分的草坪还在使用镰刀来割草或放牧牛羊来保持草地的整齐性。随着高尔夫球、网球及足球等运动的兴起，保持完善的草地做运动场便成为当务之急。英国人 Edwin Budding 利用旋转式机械工作的原理发明了滚刀式剪草机，该产品的问世在英国受到了广泛的欢迎，随后传人美国。1868 年，美国第一台剪草机取得专利，美国的草坪业也由此起步。不过几年，便有 37 项有关剪草机的发明获得专利。到 1881年，总共有 4 万多台剪草机被生产和销售 。最初的剪草机均为人力驱动；1890 年，在英国开始设计有动力驱动的剪草机。从最初的蒸汽动力驱动发展到小型内燃机动力驱动；1909 年，美国科学家 Leoni 取得了动力型机械式剪草机专利，尽管剪草机由汽油机驱动，但整个装置仍由马拉行走。在草坪修剪机械发展的历史上，第二次世界大战是一个转折点。在 20 世纪 30 年毕业设计说明书- 13 -代前后，每年生产的各类剪草机数量约 3 万台左右。战后，美国经济得到复兴，允许现役军人低价买房不付现金，大批建设房屋并出售，促使草坪修剪机械得到迅速发展，生产量急剧上升，1947 年达 36 万台，1974 年达 700 万台。20 世纪 70 年代后期开始，剪草机的市场销售量逐渐趋向饱和，但每年仍保持在 500 万600 万台的销量 。剪草机在数量增加的同时，其性能也在不断改进。1950 年，美国第一台无线电操纵的剪草机诞生；1978 年，C1arence Noke 研制出了一种可进行草坪修剪编程的剪草机“ ；20世纪 80 年代，一些新的草坪设备又投放市场，如 Mulching mower，Shredder，Lawndethatcher，String trimmer 等，以及清洁草坪用的Blower，Lawn vacuum，Lawn sweeper 。到了 80 年代后期，string trimmer 被认为是一件普通的家庭用具。我国生产剪草机起步较晚，生产企业规模普遍较小，产品用途单一，品种数量少，远不能满足要求，而且质量与发达国家的相比也有很大差距。所以长期以来，草坪剪草机多以进口为主，主要来自日本、美国、意大利和瑞典等国。据统计，1999 年的剪草机销售量在 3 万台左右，其中 80为进口；2000 年我国各类草坪机械保有量达 13余万台，剪草机进口量在 316 万台左右；近两年，草坪机械平均年增长率达到 30左右，国内每年草坪机械的销售总额大约为 12 亿13 亿元人民币，其中从国外进口的机械占 85，国内自行生产的产品占 15左右，其合计销量约在 1 万台左右 。1.5.2 常见的剪草机械分类剪草机械按动力划分可以分为机动和人推的两类。按动力又分为柴油机、汽油机和电动机 3 类驱动。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；按剪草时刀片运动的方式可分为滚刀式、旋刀式和剪切式 3 种；按切割器形状可分为旋刀式、滚刀式、往复割刀式和甩刀式等；按驾驶形式分类，可分为推动式(步行式)、自行式、坐骑式(驾乘式)；按配套动力和作业方式分为手推式、手扶推行式、手扶自行式、驾乘式、拖拉机式等。剪草机的剪草幅宽一般为400lO00mm，剪草高度从 15lOOmm 有几个调节挡位 。手推式剪草机的设计- 14 -1.5.3 常见几种剪草机械剪草原理（1）滚刀式剪草机其由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成。滚刀的形状像一个圆柱形鼠笼，切割刀呈螺旋形安装在圆柱表面，滚刀旋转带动草茎相对于底刀产生一个逐渐切割的滑动剪切而将草茎剪断。滚刀式剪草机剪草的质量取决于滚刀上刀片数和滚刀的转速，滚刀上刀片数越多，单位长度行进中切割的次数就越多，切下的草也越细，滚刀的刀片数一般为 312 片不等；滚刀的转速越高，切下的草也越细。滚刀式剪草机是高质量草坪最常用的剪草机型，适用于草高 380mm 的草坪，其价格贵，维修保养要求严格。（2）旋刀式剪草机(又称悬刀式)它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。其工作装置为一长条形剪草刀或多把剪草刀在水平刀盘上，高速旋转的刀刃与草茎碰撞而将其割断，为无支承切割。刀刃的后面是类风叶形状，在高速旋转下，对地面形成一定的真空将草茎吹成直立状态，便于切割并与罩壳相结合，形成涡流将割下的碎草送人集草装置或从罩壳出口喷出洒到草坪，适于 2580m范围内剪草，它的价格相对低廉，保养、维修和使用都很方便，是国内外目前最流行的剪草机。（3）甩刀式剪草机其切割装置由多把垂直于地面的刀片铰接在旋转组成的旋转轴上， 当高速旋转时，在离心力作用下，其刀片像垂直于轴芯的甩刀，端部刀刃不断地冲击切割草茎。由于刀片与刀轴或刀盘为铰接， 当碰到坚硬冲击不断的物体时可以避让而不致损坏机器。（4）甩绳式剪草机其工作装置是由一个内装尼龙绳的打草盘、背向人的护罩组成。当打草盘高速旋转时，露在外面的尼龙绳在离心力作用下，像一束伸直的刀刃快速撞击草茎而切割断草。由于尼龙绳是柔性的，其撞击障碍物时退让，不会损坏机器本身，也不会对障碍物有较大的破坏。毕业设计说明书- 15 -1.6 已经考虑过的若干方案的比较1.6.1 手推式剪草机的工作设计方案我们所设计的手推式草坪剪草机首先要通过一个传力构件将人力传递出去。为了让操作者在正常行走速度下操作，传递出去的力应通过增速机构继续传递。因执行修剪草动作刀片的相对运动方向与人行进的方向垂直，经前面增速机构传递过来的运动都需要再经过一级转换机构传递到执行构件。通过分析得到手推式草坪剪草机的组成框图，如图 12 所示。图 12 手推式草坪剪草机的组成框图1.6.2 其他工作设计方案的比较能实现手推式草坪修草功能的技术原理较多，但各有利弊，具体分析如下：（1）用脚驱动 用脚驱动时，一般操作者都需站在或坐在被驱动的机器上用力，这样所设计的修草机，除了要完成剪草动作外，还要承受操作者的自重，且要有方向控制装置，使机器结构复杂，尺寸较大，不适合小面积草坪使用。（2）用手驱动 用手驱动，可避免用脚驱动时存在的问题，使所设计的机器小巧，且可灵活操作。因此，我们选择设计手动式修草机。（3）用割的方式 即用刀将草截断。但草柔软，且一端自由，采取割的方式将草截断较难实现。（4）用打的方式 手推式剪草机的设计- 16 -即用刀片或打草绳将草打断。用此法修草时所需的速度非常高，以其在草还没被打倒之前将草打断，这样的修草产品已有，但效果不好。（5）用剪的方式 即用刀将草剪断，用两个刀片作相对运动的原理较易将草剪断，且不需要很高的速度。因此，我们选择设计成手动式剪草机。手动的形式又用手摇动和用手推动两种。机械容易实现的是简单的转动和往复直线运动，如果用手摇动手柄实现执行构件的往复移动，由于剪草机还要靠人力推着向前行进，操作者要完成的动作过多，操作不方便。要使操作者只通过简单的操作即可完成剪草动作，可以用手推剪草机向前行驶，靠剪草机轮子的转动将转动运动转变成往复移动而输出到执行构件。显然设计成手动式草坪剪草机是合理而可行的。根据所查资料，可选用组合变异法构成初步方案。由前面的分析可知，手动式草坪剪草机只需要一项运动形式变换功能（即转动变直线往复移动） ，所以，不必列出矩阵表后构型。实现转动到直线往复移动变换功能最简单的机构为曲柄滑块机构，直线推杆盘状凸轮机构和齿轮齿条机构。1)曲柄滑块机构 2）直动推杆盘状凸轮机构3）齿轮齿条机构图 13 机构运动简图毕业设计说明书- 17 -1.7 关键问题及其解决办法1.7.1 增速机构的设计选择增速机构是传递动力及变速的核心机构。它的速度变化直接改变刀具的剪切运动。我的手推式剪草机采用圆柱凸轮传动机构。可以利用圆盘侧面的形状特征，为此圆盘旋转时通过侧面推动固定在滑块上的拨杆（可横向调整）左右运动，这样就得到了一种新型的凸轮端面凸轮，其工作原理如图 14 所示：图 14 圆柱凸轮传动机构1.7.2 几种增速方式的实现比较（1）用组合法实现增速为了让操作者在正常行走速度下操作，传递出去的力应通过增速机构继续传递。由于转换机构的运动输入构件作定轴转动，这样在剪草机动力输入构件轮子和转换机构的运动输入构件之间，可以采用链传动，带传动和齿轮传动。为了使所设计的剪草机结构紧凑，可以采用齿轮传动。而齿轮传动有直齿原著齿轮传动，斜齿圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。但是蜗轮蜗杆传动的效率低，一般是蜗杆主动，且轴线空间交错，应用到剪草机械中，会使支撑结构复杂。圆锥齿轮传动的轴线相交，且其中一个齿轮需悬置，也会使剪草机支撑结构复杂。直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的轴线相互平行，支撑结构较简单，同时剪草机的速度不高，载荷也不大，因此，可选择直齿圆柱齿轮作为增速机构。手推式剪草机的设计- 18 -机构组成方案如图 15 所示：1) 带动齿轮增速的曲柄滑块机构 2）带齿轮增速的直动推杆盘状凸轮机构3) 带齿轮增速的齿轮齿条机构图 15 机构运动简图用异变法实现刀具剪草运动方向与剪草机行进方向垂直，由于刀具的剪切运动方向与剪草机行进方向垂直，图 1-5 中 1）和 2）所示的机构组成方案不能最终满足设计要求，还需对机构进行进一步构型。方案 1 利用梅花凸轮（凸轮廓线呈梅花状）和连杆机构来实现滑块在导轨上的往复运动，工作原理如图 16 所示。图 16 梅花凸轮传动机构毕业设计说明书- 19 -方案 2 利用圆柱凸轮机构将凸轮轴的旋转运动转化为滑块的往复运动，其工作原理如图 17 所示。图 17 圆柱凸轮传动机构在图 16 所示的梅花凸轮机构中，为把凸轮的转动变为执行构件的往复移动需增加一个支点和一个构件两个低副（或一个构件一个高副） ，这样会增加整个机构的复杂性，且设计时 1l应该比 2l短（否则必然会增大梅花凸轮的尺寸，或者引起梅花凸轮边缘曲线过度较急） ，这样将减少传送到滑块上的力。图 7，图 4 所示的圆柱凸轮机构和端面凸轮机构的结构简单，可以考虑作为所设计的剪草机的运动转换机构。但是，我们还希望所设计的剪草机能实现剪草高度的调节。要实现此调节功能，在图 17 所示的圆柱凸轮机构中还需要增加一个能使刀架（包括活动刀片和固定刀片）沿垂直方向移动的移动副，使机构结构变得较为复杂。而图 27 所示的端面凸轮机构，可以使推杆沿端面凸轮的任意弦上下运动，从而带动刀架上下运动，易于实现剪草高度的调节。1.8 机构的功能及特点该机采用固定刀片与活动刀片相对错动的剪切原理，结构紧凑，体积小，质量轻，噪音小、无污染，使用方便、灵活，适合小面积草坪的剪草处理；无需引擎驱动，使用安全、可靠，便于维护；剪草的高度可在 120mm 之间调整，割幅 240mm，外形尺寸（长 宽 高：586369 200mm）,质量 30kg（材料由 45 钢制作） ；手推式剪草机的设计- 20 -采用耐用的铸铝底盘和结构件，具有永不生绣、永不卷曲变形的特点；前轮采用万向轮，具有良好的导向性，后轮的一个轮子装上寿命长的球轴承，使剪草机转弯时易于推动；金属手柄易于折叠，以减少包装尺寸，手柄长度可伸缩，对于不同身高的操作者同样适用；底盘独特的设计可防止草堵塞出口通道；外观造型美观，更适合家庭用户的审美要求；剪草的效果较理想，且成本低，是小面积草坪修剪的首选产品。 1.9 机构设计与用户的一致性分析（1）从机构运动的功能出发，按变异组合法和类比法完成机构的构件和设计；（2）在作品样机加工前，使用三维造型软件进行三维造型、虚拟装配和运动仿真；（3）理论上验证设计的可行性，然后进行样机制作；（4）外观造型新颖，推杆可折叠伸缩，适合家庭用户使用；（5）采用齿轮机构（实现增速） ，提高整机的工作效率，解决了手动剪草机工作效率不高的问题；（6）采用端面凸轮机构（运动形式转换机构） ，将转动转变为直线往复运动，从而满足剪草运动要求，形状类似冠轮，解决了端面凸轮加工难的问题；（7）采用的剪草高度调节机构，解决了目前手动剪草机不易实现高度调节的问题；（8）产品成本（制造和使用成本）低，符合广大用户购买能力的要求。毕业设计说明书- 21 -2.设计计算说明书2.1 设计方案论证2.1.1 手推式剪草机的设计原理该机构由轮子带动，通过一对单级减速器进行传递转矩，再由端面齿轮和拨杆组合变化运动方向，最终输出往复剪切运动。总体方案设计如图 21 所示：图 2-1 总体方案设计2.1.2 方案的选择选择这个设计方案能够更好的实现运动传递。无引擎驱动，节省能源，无污染（噪音、废气） ，采用绿色环保设计。采用齿轮机构（实现增速） ，提高整机的工作效率，解决了手动剪草机工作效率不高的问题；采用端面凸轮机构（运动形式转换机构） ，将转动转变为直线往复运动，从而满足剪草运动要求，形状类似冠轮，解决了端面凸轮加工难的问题。采用的剪草高度调节机构，解决了目前手动剪草机不易实现高度调节的问题。手推式剪草机的设计- 22 -另一方案，用蜗轮蜗杆传动，直接带动割草圆盘，采用割草的方式。机构更加简单，刀具拆装方便。但草柔软，且一端自由，采取割的方式将草截断较难实现，割草的数目不多。要想割的效率快，必须采用大功率。我采用的剪草机方案结构比较简单，与之相比轴的位置较为容易定位，而蜗轮蜗杆传动的割草机一水平一竖直的轴造成了机架结构的复杂。并且增速机构采用端面齿轮和拨杆的运动组合，结构简单，运动实际为一凸轮推杆的运动组。同时剪草的数量较多，在功率一定得情况下，剪得方式始终比割得方式效率高。蜗轮蜗杆传动的割草机机构方案简图如图 22 所示：图 22 蜗轮蜗杆传动的割草机2.2 齿轮的计算部分2.2.1 机构的动力计算草坪上的草为特殊纤维材料，较易剪断，不需要太大的载荷。通过实际运用中割草机械的分析，可以假设剪一根草所需载荷为 0.5fN，同时剪草数量最多为 500 根。可得 F=250N；端面齿轮上所受力的大小为： 12F轮子提供转矩带动剪刀，进行机械运动。假设轮子的直径为 20Dm；轮子周长为 628.3Cm。毕业设计说明书- 23 -假定人的正常行走步数为 50/ms。假定刀具所受的力全部来自轮子的转矩所引起的运动。则 121ffPFv 172.fPW轴 上的所传递的功率大小为：12()38.9ffPW轴 A上的所传递的功率大小为： 1246.A;轮子所传递的功率大小为： 29.PA轮2.2.2 齿轮设计思路及要求手推式剪草机中的齿轮设计要求（1）合理选用模数：在现代变速箱设计中，各档齿轮模数的选择是不同的。但为了经济性和用途的要求，初选模数： 2m。（2）合理选用压力角：对于同一分度圆的齿轮而言，若其分度圆压力角不同，基圆也就不同。当压力角越大时，基圆直径就越小，渐开线就越弯曲，轮齿的齿根就会变厚，齿面曲率半径增大，从而可以提高轮齿的弯曲强度和接触强度。合理选用螺旋角：为了保证齿轮传动的平稳性、低噪声和少冲击，所有齿轮都要选择较大的螺旋角，一般都在 30 左右。（3）分析齿顶宽：对于正变位齿轮，随着变位系数的增大，齿顶高也增大，而齿顶会逐渐变尖。所以必须对齿轮进行齿顶变尖的验算。（4）手推式剪草机中齿轮强度的计算方法概述我国的国家标准局所发表的渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法是参照国际标准化组织的计算方法所制定的，该方法比较全面地考虑了影响齿轮承载能力的各种因素，手推式剪草机的设计- 24 -现已成为目前最精确的、综合的齿轮强度计算方法。影响轮齿载荷的各种因素大致可归纳为四个方面，分别用四个系数来修正名义载荷，这四个系数分别为使用系数、动载系数、齿向载荷分布系数、齿间载荷分配系数。各种齿轮强度计算方法所采用的动载系数 Kv 在形式上有很大的差别，考虑的因素也不相同。各种齿轮强度计算方法所采用的齿向载荷分布系数的计算方法各不相同。各种齿轮强度计算方法所采用的齿间载荷分配系数的处理上有很大差别。由于汽车变速箱的工作特性，使得轮齿的载荷是波动的，对于这种不稳定载荷的情况。从以上四点可看出国际标准化组织 ISO 的齿轮强度计算方法是一种比较合理、精确的方法，所以在本论文中齿轮的设计计算采用此种方法。齿轮在传递动力时，轮齿处于悬臂状态，在齿根产生弯曲应力和其它应力，并有较大的应力集中，为使齿轮在预定的寿命期内不发生断齿事故，必须使齿根的最大应力小于其许用应力。2.2.3.齿轮设计过程（1）输出转矩设计：转速 13.04/min0.56CnrA轴 上的转速 92niA计算轮子传递的转矩6.510PTn轮可得： 1234.7TNmA轮轴 上的转矩为: 1239.0NmiA（2）齿轮的参数设计：选择齿轮材料、热处理、精度等级及其齿数剪草机为一般工作机器，齿轮选择常用材料及热处理，8 级精度。小齿轮：毕业设计说明书- 25 -40Cr(调质 )，齿面硬度 280HBS；大齿轮：45 钢（调质） ，齿面硬度 240HBS。二者硬度相差 40HBS。选择小齿轮齿数：z1=23，大齿轮齿数： 2169Zui（3）基本参数的选择试选载荷系数： 1.6tK选择的齿宽系数为： 08d查得弹性系数为： 9.EZMpa按齿面硬度查取接触疲劳极限：小齿轮： lim1720HP, 大齿轮： lim2580HPa；（4）计算应力循环次数 N假定工作机载荷有轻微冲击，每星期左右修剪一次草坪，每周工作 8h，预期使用寿命为 50 年。小齿轮的应力循环次数为： 1160hjnL可得：81.4920N大齿轮的应力循环次数为：7123.0Ni（5）计算接触疲劳许用应力查得接触疲劳寿命系数：小齿轮 1.2HNK, 大齿轮 20.9HNK接触疲劳强度安全系数 .0S有公式：1lim59.6HNMPa（1）2li2.4HHKS（2）试算小齿轮分度圆直径 2131EHtTZud（3）可得： 12.7tdm手推式剪草机的设计- 26 -为了保证制造工艺简单，取 140tdm模数：1.74()dmz取标准模数 2小齿轮分度圆直径： 146dmz大齿轮分度圆直径： 238大齿轮齿宽 21.dBb,圆整取 37bm；小齿轮齿宽 14m (加宽 5mm)中心距29a小齿轮齿全高 112.54afh大齿轮齿全高 2f m齿轮的相关参数如下表所示：表 2-1 齿数表（6）计算载荷系数 K查得使用系数 1.25A圆周力 170.tTFNd，1.2570.5.43AtFNbm查得动载荷系数 .VK查得齿间载荷分配系数 1.2H, .FK查得齿向载荷分布系数 39, 一般经仔细跑合，取 1.2HFK齿轮 齿数 模数 齿形角 全齿高大齿轮 69 2.0 20 4.5小齿轮 23 2.0 20 4.5毕业设计说明书- 27 -计算载荷系数 2.034AVHK （7）修正计算：3312.04.16ttdm已取 46.m,符合接触疲劳强度条件。（8）齿轮齿根弯曲疲劳强度校核过程确定设计参数载荷系数 K= 1.257.12.034AVFK小齿轮传递的转矩 1390TNm查得齿形系数 .6FY, 2.4F;应力修正系数 1.58SY， 21.75S查得弯曲疲劳寿命系数：小齿轮 1.85NK,大齿轮 209FNK按齿面硬度查得弯曲疲劳极限 limF：小齿轮 lim16MPa,大齿轮lim2450FMPa计算弯曲疲劳许用应力 F 取弯曲疲劳强度安全系数 1.3S由公式1limFNK,可得 1405.FMPa由公式2li2FS，可得 23.F齿根弯曲应力 111180.5FFSFKTYMPabdmA121274.FSFKTYMPabdmA结论:计算可得弯曲疲劳强度足够。手推式剪草机的设计- 28 -2.3 轴的计算部分2.3.1 手推式剪草机中轴 A的设计（1）选择轴 的材料该轴无特殊要求，选择 45 钢调质处理， 640BMPa初步估算轴径：按扭转强度估算输入端的最小轴径。按 45 钢，取 1C根据公式5%133min20.896.619.02PdC加，取 min20d（2）轴 A的结构设计轴 上零件的轴向定及位周向定位。从左轮子连接处向右取：10214210mm。考虑轴的结构工艺性：考虑到轴的结构工艺性，在轴的左端和右段均制成245倒角。（3）轴 A的强度演算经结构设计之后，各轴段作用力大小和作用点位置、轴承跨距、各段轴径等参数均已知。齿轮上作用力的大小转矩： 1234.57TNmA轮齿轮端面分度圆直径：2269138()coss0ndz圆周力： 2170.5()tTFN轮径向力：tantan20.61.9()coscosr N毕业设计说明书- 29 -轴向力： tan0()aFN受力简图如 32 所示：图 23 垂直面上受力简图 垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩： 12.5690.5()raBVFN3.()DrBV截面 C 处的弯矩为： 12.379()BVCMFmA左 .5DN右图 24 垂直面上截面的弯矩水平面上轴承的支反力及主要截面的弯矩： 12.58()tBHFNDtB截面 C 处的弯矩为： 12.504()CHBMFNmA