手推式剪草機(jī)的設(shè)計(jì)（含全套圖紙）

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目錄1 技術(shù)任務(wù)書- 2 -1.1 設(shè)計(jì)的依據(jù)- 2 -1.2產(chǎn)品的用途及使用范圍- 3 -1.3主要技術(shù)指標(biāo)和重要技術(shù)參數(shù)- 3 -1.3.1 該手推式剪草機(jī)的總體設(shè)計(jì)參數(shù)- 3 -1.3.2 該手推式剪草機(jī)的刀具設(shè)計(jì)參數(shù)- 4 -1.4主要工作原理- 4 -1.5國內(nèi)外研究現(xiàn)狀- 5 -1.5.1 國內(nèi)外發(fā)展概述- 5 -1.5.2 常見的剪草機(jī)械分類- 6 -1.5.3 常見幾種剪草機(jī)械剪草原理- 6 -1.6已經(jīng)考慮過的若干方案的比較- 7 -1.6.1手推式剪草機(jī)的工作設(shè)計(jì)方案- 7 -1.6.2其他工作設(shè)計(jì)方案的比較- 7 -1.7關(guān)鍵問題及其解決辦法- 9 -1.7.1 增速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇- 9 -1.7.2 幾種增速方式的實(shí)現(xiàn)比較- 10 -2.4 刀具的設(shè)計(jì)計(jì)算部分- 14 -2.4.1 刀具的概述- 14 -2.4.2 刀具的運(yùn)動(dòng)分析- 15 -2.4.2 刀具的結(jié)構(gòu)尺寸及相關(guān)參數(shù)- 16 -2.5 端面齒輪及撥桿的設(shè)計(jì)部分- 17 -2.5.1端面齒輪和撥桿的概述- 17 -2.5.2 端面齒輪和撥桿的運(yùn)動(dòng)分析- 17 -2.6 結(jié)論- 21 -2.6.1 剪草機(jī)的使用方法- 21 -2.6.1 剪草前應(yīng)注意的事項(xiàng)- 21 -2.6.3 制造價(jià)格及應(yīng)用范圍- 22 -3. 使用說明書（SM）- 22 -3.1設(shè)備的名稱- 22 -3.2設(shè)備的安裝- 22 -3.3設(shè)備的試車運(yùn)轉(zhuǎn)- 22 -3.4設(shè)備的操作和維護(hù)- 23 -4.標(biāo)注化審核報(bào)告（BS）- 23 -4.1 產(chǎn)品圖樣的審查- 23 -4.2產(chǎn)品技術(shù)文件的審查- 24 -4.3 標(biāo)注件的使用情況- 24 -4.4 審查結(jié)論- 24 -參考文獻(xiàn)- 25 -致謝- 27 -1 技術(shù)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)的依據(jù)剪草機(jī)械至今已有100多年的歷史，目前人們普遍使用的是電動(dòng)剪草機(jī)械。由于剪草機(jī)械多在人口稠密的地區(qū)作業(yè)，流動(dòng)性大，對(duì)機(jī)械的震動(dòng)、噪音、廢氣排放、質(zhì)量等指標(biāo)要求較高?，F(xiàn)在的剪草機(jī)多使用內(nèi)燃機(jī)作動(dòng)力，排氣污染量相對(duì)于汽車的較少，但其噪聲危害卻很大。美國EPA(美國環(huán)境保護(hù)局)及歐盟對(duì)割草機(jī)等用發(fā)動(dòng)機(jī)的排放均有相應(yīng)的法規(guī)；德國還出臺(tái)了控制噪聲污染的蘭色天使法規(guī)；歐洲一些城市推出過引導(dǎo)性計(jì)劃，通過稅收優(yōu)惠及獎(jiǎng)勵(lì)等措施鼓勵(lì)“綠色經(jīng)營者” 以加速環(huán)保技術(shù)的發(fā)展 。手推式剪草機(jī)主要利用滾動(dòng)的輪子帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。手推式剪草機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，連接平穩(wěn)，噪音極小，并且操作十分容易，既給使用人帶來方便，也給周圍的人帶來舒適，安靜的環(huán)境。1.2產(chǎn)品的用途及使用范圍目前市面上的剪草機(jī)大多需動(dòng)力引擎，這會(huì)產(chǎn)生較大的噪音，帶來環(huán)境污染，在辦公和學(xué)習(xí)的地方，這種需動(dòng)力引擎的剪草機(jī)就顯得非常不受歡迎。由于動(dòng)力引擎剪草機(jī)有動(dòng)力裝置，保養(yǎng)，維護(hù)費(fèi)用較高；同時(shí)動(dòng)力引擎剪草機(jī)主要依靠刀片的高速旋轉(zhuǎn)把草排出，因此，對(duì)整機(jī)的安全性要求較高，操作時(shí)也會(huì)給工作人員帶來強(qiáng)烈的震動(dòng)，使操作很不舒適。雖然，動(dòng)力引擎草坪剪草機(jī)剪草效率較高，剪草效果較好，但是，其價(jià)格也較昂貴，就目前來說，一般的用戶難以接受。通過市場調(diào)研，我們決定設(shè)計(jì)一種無引擎驅(qū)動(dòng)，無噪音污染，剪草高度可調(diào)節(jié)，輕便簡潔，操作方便和美觀實(shí)用適用于一般用戶的草坪剪草機(jī)。 該產(chǎn)品主要用于家用，及面積不大的草坪修剪。無需引擎，可謂綠色環(huán)保的剪草機(jī)。對(duì)提倡環(huán)保的地域，是理想的剪草工具。1.3主要技術(shù)指標(biāo)和重要技術(shù)參數(shù)1.3.1 該手推式剪草機(jī)的總體設(shè)計(jì)參數(shù)外形尺寸：輸入功率：輪子轉(zhuǎn)速：力矩：凈質(zhì)量：變速要求：單級(jí)刀具，一固定刀片和一活動(dòng)刀片相互運(yùn)動(dòng)單根剪草載荷：同時(shí)剪草量：1.3.2 該手推式剪草機(jī)的刀具設(shè)計(jì)參數(shù)表1-1 刀具設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng)目切割器的形式切割幅寬刀片間距刀片運(yùn)動(dòng)形式刀片往復(fù)頻率刀片形狀配套動(dòng)力操作人數(shù)凈重手推式剪草機(jī)往復(fù)切割240mm20mm單動(dòng)860r/min平形149.1W113r/min1人30kg1.4主要工作原理本次設(shè)計(jì)的手推式剪草機(jī)主要利用輪子運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)變速箱中的齒輪實(shí)現(xiàn)刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的功能。手推式剪草機(jī)由變速齒輪、端面齒輪、撥桿和剪刀等構(gòu)件組成，端面齒輪和撥桿是一對(duì)工作組合。端面齒輪通過自身的轉(zhuǎn)動(dòng)將旋轉(zhuǎn)方向的力傳動(dòng)給撥桿，引起水平方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使刀具自身往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于剪草機(jī)變速變矩范圍不夠大，因此在刀具的選擇上尤其注意以提高剪草機(jī)自身效率為重要原則。剪草機(jī)工作時(shí)由人推動(dòng)機(jī)器行走，從而使剪草機(jī)的后輪1傳動(dòng)，帶動(dòng)與其同在一根軸上的大齒輪2傳動(dòng)，通過齒輪2與齒輪3組成的增速機(jī)構(gòu)使速度得以提升，并帶動(dòng)端面凸輪4（為了實(shí)現(xiàn)幾何形狀封閉和便于調(diào)整，采取兩個(gè)端面凸輪以背靠背形式裝配）回轉(zhuǎn)，端面凸輪4帶動(dòng)撥桿5運(yùn)動(dòng)，通過端面凸輪4與撥桿5組成的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使固定其上的活動(dòng)刀片與固定在機(jī)架上的固定刀片形成相對(duì)交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，完成剪草動(dòng)作。如圖11所示： 圖11 機(jī)器的運(yùn)動(dòng)簡圖1.5國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.5.1 國內(nèi)外發(fā)展概述l9世紀(jì)中葉，大部分的草坪還在使用鐮刀來割草或放牧牛羊來保持草地的整齊性。隨著高爾夫球、網(wǎng)球及足球等運(yùn)動(dòng)的興起，保持完善的草地做運(yùn)動(dòng)場便成為當(dāng)務(wù)之急。英國人Edwin Budding利用旋轉(zhuǎn)式機(jī)械工作的原理發(fā)明了滾刀式剪草機(jī)，該產(chǎn)品的問世在英國受到了廣泛的歡迎，隨后傳人美國。1868年，美國第一臺(tái)剪草機(jī)取得專利，美國的草坪業(yè)也由此起步。不過幾年，便有37項(xiàng)有關(guān)剪草機(jī)的發(fā)明獲得專利。到1881年，總共有4萬多臺(tái)剪草機(jī)被生產(chǎn)和銷售 。最初的剪草機(jī)均為人力驅(qū)動(dòng)；1890年，在英國開始設(shè)計(jì)有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的剪草機(jī)。從最初的蒸汽動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)展到小型內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)；1909年，美國科學(xué)家Leoni取得了動(dòng)力型機(jī)械式剪草機(jī)專利，盡管剪草機(jī)由汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)，但整個(gè)裝置仍由馬拉行走。在草坪修剪機(jī)械發(fā)展的歷史上，第二次世界大戰(zhàn)是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在20世紀(jì)30年代前后，每年生產(chǎn)的各類剪草機(jī)數(shù)量約3萬臺(tái)左右。戰(zhàn)后，美國經(jīng)濟(jì)得到復(fù)興，允許現(xiàn)役軍人低價(jià)買房不付現(xiàn)金，大批建設(shè)房屋并出售，促使草坪修剪機(jī)械得到迅速發(fā)展，生產(chǎn)量急劇上升，1947年達(dá)36萬臺(tái)，1974年達(dá)700萬臺(tái)。20世紀(jì)70年代后期開始，剪草機(jī)的市場銷售量逐漸趨向飽和，但每年仍保持在500萬600萬臺(tái)的銷量 。剪草機(jī)在數(shù)量增加的同時(shí)，其性能也在不斷改進(jìn)。1950年，美國第一臺(tái)無線電操縱的剪草機(jī)誕生；1978年，C1arence Noke研制出了一種可進(jìn)行草坪修剪編程的剪草機(jī)" ；20世紀(jì)80年代，一些新的草坪設(shè)備又投放市場，如Mulching mower，Shredder，Lawndethatcher，String trimmer等，以及清潔草坪用的Blower，Lawn vacuum，Lawn sweeper 。到了80年代后期，string trimmer被認(rèn)為是一件普通的家庭用具。我國生產(chǎn)剪草機(jī)起步較晚，生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍較小，產(chǎn)品用途單一，品種數(shù)量少，遠(yuǎn)不能滿足要求，而且質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家的相比也有很大差距。所以長期以來，草坪剪草機(jī)多以進(jìn)口為主，主要來自日本、美國、意大利和瑞典等國。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1999年的剪草機(jī)銷售量在3萬臺(tái)左右，其中80為進(jìn)口；2000年我國各類草坪機(jī)械保有量達(dá)13余萬臺(tái)，剪草機(jī)進(jìn)口量在316萬臺(tái)左右；近兩年，草坪機(jī)械平均年增長率達(dá)到30左右，國內(nèi)每年草坪機(jī)械的銷售總額大約為12億13億元人民幣，其中從國外進(jìn)口的機(jī)械占85，國內(nèi)自行生產(chǎn)的產(chǎn)品占15左右，其合計(jì)銷量約在1萬臺(tái)左右 。1.5.2 常見的剪草機(jī)械分類剪草機(jī)械按動(dòng)力劃分可以分為機(jī)動(dòng)和人推的兩類。按動(dòng)力又分為柴油機(jī)、汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)3類驅(qū)動(dòng)。其中以小型汽油機(jī)作為動(dòng)力的較為普遍，而柴油機(jī)多用于大型的剪草機(jī)械，如牧場的割草機(jī)；按剪草時(shí)刀片運(yùn)動(dòng)的方式可分為滾刀式、旋刀式和剪切式3種；按切割器形狀可分為旋刀式、滾刀式、往復(fù)割刀式和甩刀式等；按駕駛形式分類，可分為推動(dòng)式(步行式)、自行式、坐騎式(駕乘式)；按配套動(dòng)力和作業(yè)方式分為手推式、手扶推行式、手扶自行式、駕乘式、拖拉機(jī)式等。剪草機(jī)的剪草幅寬一般為400lO00mm，剪草高度從15lOOmm有幾個(gè)調(diào)節(jié)擋位 。1.5.3 常見幾種剪草機(jī)械剪草原理（1）滾刀式剪草機(jī)其由帶有刀片的滾筒和不動(dòng)的床刀組成。滾刀的形狀像一個(gè)圓柱形鼠籠，切割刀呈螺旋形安裝在圓柱表面，滾刀旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)草莖相對(duì)于底刀產(chǎn)生一個(gè)逐漸切割的滑動(dòng)剪切而將草莖剪斷。滾刀式剪草機(jī)剪草的質(zhì)量取決于滾刀上刀片數(shù)和滾刀的轉(zhuǎn)速，滾刀上刀片數(shù)越多，單位長度行進(jìn)中切割的次數(shù)就越多，切下的草也越細(xì)，滾刀的刀片數(shù)一般為312片不等；滾刀的轉(zhuǎn)速越高，切下的草也越細(xì)。滾刀式剪草機(jī)是高質(zhì)量草坪最常用的剪草機(jī)型，適用于草高380mm 的草坪，其價(jià)格貴，維修保養(yǎng)要求嚴(yán)格。（2）旋刀式剪草機(jī)(又稱懸刀式)它是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)打切草的上部葉片。其工作裝置為一長條形剪草刀或多把剪草刀在水平刀盤上，高速旋轉(zhuǎn)的刀刃與草莖碰撞而將其割斷，為無支承切割。刀刃的后面是類風(fēng)葉形狀，在高速旋轉(zhuǎn)下，對(duì)地面形成一定的真空將草莖吹成直立狀態(tài)，便于切割并與罩殼相結(jié)合，形成渦流將割下的碎草送人集草裝置或從罩殼出口噴出灑到草坪，適于范圍內(nèi)剪草，它的價(jià)格相對(duì)低廉，保養(yǎng)、維修和使用都很方便，是國內(nèi)外目前最流行的剪草機(jī)。（3）甩刀式剪草機(jī)其切割裝置由多把垂直于地面的刀片鉸接在旋轉(zhuǎn)組成的旋轉(zhuǎn)軸上， 當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力作用下，其刀片像垂直于軸芯的甩刀，端部刀刃不斷地沖擊切割草莖。由于刀片與刀軸或刀盤為鉸接， 當(dāng)碰到堅(jiān)硬沖擊不斷的物體時(shí)可以避讓而不致?lián)p壞機(jī)器。（4）甩繩式剪草機(jī)其工作裝置是由一個(gè)內(nèi)裝尼龍繩的打草盤、背向人的護(hù)罩組成。當(dāng)打草盤高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，露在外面的尼龍繩在離心力作用下，像一束伸直的刀刃快速撞擊草莖而切割斷草。由于尼龍繩是柔性的，其撞擊障礙物時(shí)退讓，不會(huì)損壞機(jī)器本身，也不會(huì)對(duì)障礙物有較大的破壞。1.6已經(jīng)考慮過的若干方案的比較1.6.1手推式剪草機(jī)的工作設(shè)計(jì)方案我們所設(shè)計(jì)的手推式草坪剪草機(jī)首先要通過一個(gè)傳力構(gòu)件將人力傳遞出去。為了讓操作者在正常行走速度下操作，傳遞出去的力應(yīng)通過增速機(jī)構(gòu)繼續(xù)傳遞。因執(zhí)行修剪草動(dòng)作刀片的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向與人行進(jìn)的方向垂直，經(jīng)前面增速機(jī)構(gòu)傳遞過來的運(yùn)動(dòng)都需要再經(jīng)過一級(jí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)傳遞到執(zhí)行構(gòu)件。通過分析得到手推式草坪剪草機(jī)的組成框圖，如圖12所示。圖12手推式草坪剪草機(jī)的組成框圖1.6.2其他工作設(shè)計(jì)方案的比較能實(shí)現(xiàn)手推式草坪修草功能的技術(shù)原理較多，但各有利弊，具體分析如下：（1）用腳驅(qū)動(dòng) 用腳驅(qū)動(dòng)時(shí)，一般操作者都需站在或坐在被驅(qū)動(dòng)的機(jī)器上用力，這樣所設(shè)計(jì)的修草機(jī)，除了要完成剪草動(dòng)作外，還要承受操作者的自重，且要有方向控制裝置，使機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大，不適合小面積草坪使用。（2）用手驅(qū)動(dòng) 用手驅(qū)動(dòng)，可避免用腳驅(qū)動(dòng)時(shí)存在的問題，使所設(shè)計(jì)的機(jī)器小巧，且可靈活操作。因此，我們選擇設(shè)計(jì)手動(dòng)式修草機(jī)。（3）用割的方式 即用刀將草截?cái)唷５萑彳?，且一端自由，采取割的方式將草截?cái)噍^難實(shí)現(xiàn)。（4）用打的方式 即用刀片或打草繩將草打斷。用此法修草時(shí)所需的速度非常高，以其在草還沒被打倒之前將草打斷，這樣的修草產(chǎn)品已有，但效果不好。（5）用剪的方式 即用刀將草剪斷，用兩個(gè)刀片作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理較易將草剪斷，且不需要很高的速度。因此，我們選擇設(shè)計(jì)成手動(dòng)式剪草機(jī)。手動(dòng)的形式又用手搖動(dòng)和用手推動(dòng)兩種。機(jī)械容易實(shí)現(xiàn)的是簡單的轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，如果用手搖動(dòng)手柄實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件的往復(fù)移動(dòng)，由于剪草機(jī)還要靠人力推著向前行進(jìn)，操作者要完成的動(dòng)作過多，操作不方便。要使操作者只通過簡單的操作即可完成剪草動(dòng)作，可以用手推剪草機(jī)向前行駛，靠剪草機(jī)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)將轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成往復(fù)移動(dòng)而輸出到執(zhí)行構(gòu)件。顯然設(shè)計(jì)成手動(dòng)式草坪剪草機(jī)是合理而可行的。根據(jù)所查資料，可選用組合變異法構(gòu)成初步方案。由前面的分析可知，手動(dòng)式草坪剪草機(jī)只需要一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)形式變換功能（即轉(zhuǎn)動(dòng)變直線往復(fù)移動(dòng)），所以，不必列出矩陣表后構(gòu)型。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)到直線往復(fù)移動(dòng)變換功能最簡單的機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，直線推桿盤狀凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。1)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 2）直動(dòng)推桿盤狀凸輪機(jī)構(gòu)3）齒輪齒條機(jī)構(gòu)圖13機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖1.7關(guān)鍵問題及其解決辦法1.7.1 增速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇增速機(jī)構(gòu)是傳遞動(dòng)力及變速的核心機(jī)構(gòu)。它的速度變化直接改變刀具的剪切運(yùn)動(dòng)。我的手推式剪草機(jī)采用圓柱凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)?？梢岳脠A盤側(cè)面的形狀特征，為此圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)通過側(cè)面推動(dòng)固定在滑塊上的撥桿（可橫向調(diào)整）左右運(yùn)動(dòng)，這樣就得到了一種新型的凸輪端面凸輪，其工作原理如圖14所示：圖14 圓柱凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.7.2 幾種增速方式的實(shí)現(xiàn)比較（1）用組合法實(shí)現(xiàn)增速 為了讓操作者在正常行走速度下操作，傳遞出去的力應(yīng)通過增速機(jī)構(gòu)繼續(xù)傳遞。由于轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入構(gòu)件作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣在剪草機(jī)動(dòng)力輸入構(gòu)件輪子和轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入構(gòu)件之間，可以采用鏈傳動(dòng)，帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。為了使所設(shè)計(jì)的剪草機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，可以采用齒輪傳動(dòng)。而齒輪傳動(dòng)有直齒原著齒輪傳動(dòng)，斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，圓錐齒輪傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)等。但是蝸輪蝸桿傳動(dòng)的效率低，一般是蝸桿主動(dòng)，且軸線空間交錯(cuò)，應(yīng)用到剪草機(jī)械中，會(huì)使支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圓錐齒輪傳動(dòng)的軸線相交，且其中一個(gè)齒輪需懸置，也會(huì)使剪草機(jī)支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜。直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪的軸線相互平行，支撐結(jié)構(gòu)較簡單，同時(shí)剪草機(jī)的速度不高，載荷也不大，因此，可選擇直齒圓柱齒輪作為增速機(jī)構(gòu)。初步估算軸徑：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算輸入端的最小軸徑。按45鋼，取根據(jù)公式，?。?）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸上零件的軸向定位周向定位 大齒輪在軸上為對(duì)稱定位，左右兩端靠套筒定位，裝拆，傳力較為簡單；兩端軸承常用同一尺寸，以便于加工、安裝和維修；為便于拆裝軸承，軸承處軸肩不宜太高。 齒輪與軸的軸向固定采用普通平鍵聯(lián)接。根據(jù)軸的直徑查得齒輪處的鍵截面尺寸為，配合為，滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制。確定各段軸徑和長度通過確定定位軸肩高度，從左輪子連接處向右取?？紤]軸的結(jié)構(gòu)工藝性：考慮到軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的左端和右段均制成倒角。軸的強(qiáng)度演算 經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，各軸段作用力大小和作用點(diǎn)位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知。齒輪上作用力的大小轉(zhuǎn)矩：=3911Nmm齒輪端面分度圓直徑：圓周力：徑向力：軸向力：圖27 軸垂直面上受力簡圖垂直面上軸承的支反力及主要截面的彎矩： 方向相反截面C處的彎矩為：圖28 軸垂直面上截面的彎矩水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩：截面C處的彎矩為：圖29軸水平面上截面的支反力截面C處的合成彎矩為： 圖210 軸水平面上截面的彎矩及合成彎矩 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面強(qiáng)度，取，該截面上的計(jì)算應(yīng)力：通過查表可知：材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理的許用應(yīng)力為，由于，故安全。2.4 刀具的設(shè)計(jì)計(jì)算部分2.4.1 刀具的概述手推式剪切機(jī)采用剛性切割式，運(yùn)動(dòng)方式選擇往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。往復(fù)式切割裝置由上、下兩組刀片組成，分動(dòng)和雙動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。本設(shè)計(jì)采用單動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式。單動(dòng)切割器是動(dòng)刀片在定刀上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；其特點(diǎn)是：，刀片的行程與上、下刀片的距離均相等。剪切機(jī)的上、下刀片形狀相同，剪切時(shí)，草兩側(cè)同時(shí)受到切割，在一個(gè)行程中，運(yùn)動(dòng)速度的大小有變化，合理切割的方法是利用較大的速度來剪切。刀片的速度圖如圖211所示。剪刀自點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度自零逐漸增加，在沒有達(dá)到之前，因切刀不相接觸，不發(fā)生切割。刀片到達(dá)時(shí)，兩刀刃開始接觸，這時(shí)稱為始切速，然后刀片繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)而進(jìn)入切割，直到刀片到達(dá)時(shí)，兩刀刃相向接觸完畢，這以后不再切割，這時(shí)稱為終切速。由到為切割速度的變化范圍。由圖211可知，大于終切速。圖211 切割速度的變化在切割過程中，有些草是在被一刀刃頂斜著推向另一刀刃和剪切機(jī)前進(jìn)而向前傾斜狀態(tài)下切割的，使草叢表面稍欠平整。2.4.2 刀具的運(yùn)動(dòng)分析 刀片一個(gè)行程時(shí)間內(nèi)機(jī)器前進(jìn)的距離稱為切刀的進(jìn)程，以H表示，切刀一秒鐘內(nèi)運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)距離為： 式中：機(jī)器的前進(jìn)速度 刀具水平運(yùn)動(dòng)的距離 輪子的周長一個(gè)行程所需要的時(shí)間為：一個(gè)行程運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)距離： 可得切刀的進(jìn)程H為：由于端面齒輪旋轉(zhuǎn)一周刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng)6次，刀具行程運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)對(duì)稱的加速減速運(yùn)動(dòng)，速度由變化，從0到達(dá)的所需的時(shí)間與到達(dá)0的時(shí)間均為。運(yùn)動(dòng)分析可知，刀具呈現(xiàn)勻加速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方程式為： 可得：切刀的平均速度：將切刀的平均速度與機(jī)器的前進(jìn)速度的比值稱為刀機(jī)速比。，據(jù)類似的茶樹修剪機(jī)和采茶機(jī)的試驗(yàn)分析，可得動(dòng)力轉(zhuǎn)速較小的手推式剪草機(jī)傳動(dòng)的效率較高。2.4.2 刀具的結(jié)構(gòu)尺寸及相關(guān)參數(shù)刀片是切割裝置的主要部件，由于使用條件和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的不同，使刀片的參數(shù)隨不同的機(jī)型而有些差異。表22手推式剪草機(jī)的主要參數(shù)項(xiàng)目切割器的形式切割幅寬刀片間距刀片運(yùn)動(dòng)形式刀片往復(fù)頻率刀片形狀配套動(dòng)力操作人數(shù)凈重手推式剪草機(jī)往復(fù)切割240mm20mm單動(dòng)860r/min平形149.1W113r/min1人30kg切割角的增大使切口變得不整齊。當(dāng)?shù)镀谐淘跁r(shí)，刀片的切割角和楔角不影響剪草的質(zhì)量。往復(fù)式刀刃的切割角和楔角如圖212所示。圖212往復(fù)式刀刃的切割角和楔角試驗(yàn)分析可知行程與剪草質(zhì)量的關(guān)系： 刀片的刀距行程對(duì)剪草的質(zhì)量沒有顯著的影響。剪草質(zhì)量比較好的行程在，碎片也相應(yīng)較少。切割間距在時(shí)，切口平整；切割間距在30mm以上時(shí)，切口就不平整；切割間距大于40mm時(shí)，采摘面就象抓采樣的，漏采的也增多。切割速度比與正常草芽葉、碎片的關(guān)系手推式剪切機(jī)刀片的切割速度比在2.5以下時(shí)，正常芽葉多，碎片少。對(duì)采摘質(zhì)量沒有大的影響。對(duì)類似作物的試驗(yàn)，任何往復(fù)刀片，當(dāng)切割速度比在2.5以下時(shí)，正常芽葉稍有減少的趨勢；切割速比在時(shí)，剪草質(zhì)量無明顯的差別。切割速度比在小于3時(shí)，剪草面切口出現(xiàn)明顯的不平整。表23往復(fù)式刀片的主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目刀片刀間距刀高切割角刀角硬度（HRC）往復(fù)式刀片動(dòng)刀片20mm定刀片2.5 端面齒輪及撥桿的設(shè)計(jì)部分2.5.1端面齒輪和撥桿的概述手推式剪草機(jī)中端面齒輪和撥桿一對(duì)運(yùn)動(dòng)組合類似于凸輪和推桿，而撥桿的運(yùn)動(dòng)直接影響其刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由撥桿在端面齒輪凹凸曲面上的規(guī)則運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)刀具的運(yùn)動(dòng)。2.5.2 端面齒輪和撥桿的運(yùn)動(dòng)分析端面齒輪的形狀如圖213所示：圖213 端面齒輪的形狀對(duì)撥桿的運(yùn)動(dòng)要求為：當(dāng)端面齒輪轉(zhuǎn)過時(shí)，推桿上升20mm；端面齒輪再轉(zhuǎn)過時(shí)，撥桿下降20mm；推桿繼續(xù)轉(zhuǎn)過時(shí)，撥桿又停止不動(dòng)。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖214所示。圖214 運(yùn)動(dòng)分析圖撥桿在端面齒輪處安裝，圖中a與b為撥桿上升對(duì)應(yīng)的端面齒輪所旋轉(zhuǎn)的角度，c為。在端面齒輪上撥桿與端面齒輪接觸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角度所對(duì)應(yīng)的行程為：式中d為撥桿與端面齒輪接觸點(diǎn)在端面齒輪上離中心位置的直徑大小。圖215 端面齒輪的輪廓曲線假設(shè)在端面齒輪上的運(yùn)動(dòng)行程為,接觸點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)的位移為,可得運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：在式中各參數(shù)：為端面齒輪旋轉(zhuǎn)的角度；k為與端面齒輪運(yùn)動(dòng)行程與接觸點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)的位移的相關(guān)參數(shù)。代入特殊值，可得：從而得出接觸點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)位移的軌跡方程為： 推程階段 遠(yuǎn)休止階段 回程階段 近休止階段 通過上述運(yùn)動(dòng)分析可以求出撥桿在端面齒輪上的工作輪廓線。由于端面齒輪為六個(gè)相同的近似于凸輪的結(jié)構(gòu)。故只需研究撥桿一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作輪廓線即可。計(jì)算結(jié)果可得端面齒輪的工作輪廓線對(duì)應(yīng)的值表24 端面齒輪的工作輪廓線 （mm）(mm)002.2690.1184.5380.4746.8071.0669.0761.89511.3452.96013.6144.26315.8835.80218.1527.57820.4219.59122.69011.84124.95914.32827.22817.05129.49720.000通過上述表中參數(shù)，我們可以近似加工出端面齒輪的工作輪廓線。度數(shù)越分的密，端面齒輪的形狀越精確。工作輪廓線如圖216所示。圖216 端面齒輪的工作輪廓線2.6 結(jié)論2.6.1 剪草機(jī)的使用方法修剪是草坪養(yǎng)護(hù)管理中的核心內(nèi)容?？茖W(xué)地對(duì)草坪進(jìn)行定期修剪，可提高草坪質(zhì)量，使草坪整齊美觀，而且具有較高的坪用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可促進(jìn)分蘗，形成致密的草坪，改善通氣性，減少病蟲害的發(fā)生，有效地抑制雜草生長，提高其美觀性。草坪修剪應(yīng)遵循“三分之一” 原則，即被剪去的部分占草坪總高度的三分之一以內(nèi)。如修剪量過大，將會(huì)由于葉面積大量損失而導(dǎo)致草坪草光合作用急劇下降。由于修剪不及時(shí)而導(dǎo)致失剪的草坪，仍應(yīng)遵循“三分之一” 原則，切忌一次修剪就達(dá)到需求的標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)通過少量多次修剪，逐步剪到需要的高度。草坪修剪的時(shí)間與草坪草的種類、草坪草的生長發(fā)育和肥料供給等有關(guān)。北方草坪草在春秋是兩個(gè)生長高峰期，修剪量加大和修剪次數(shù)增多，晚秋應(yīng)逐漸減少修剪次數(shù)，夏季有休眠現(xiàn)象，也應(yīng)根據(jù)情況減少修剪次數(shù)。草坪修剪頻率決定于草坪的生育狀態(tài)、草坪的用途、草坪的質(zhì)量及草坪草的種類，其中主要取決于草坪的生長速度和生長勢。2.6.1 剪草前應(yīng)注意的事項(xiàng)剪草前應(yīng)先檢查剪草機(jī)械刀片是否損壞，螺母、螺栓的緊固情況，輪胎壓力情況.；剪草前應(yīng)清除草坪上的木棍、石頭、瓦塊、鐵絲等雜物。對(duì)于固定設(shè)施，如噴灌管埋頭等，應(yīng)作好標(biāo)志，以防損壞刀片在剪草前，應(yīng)測量草坪的高度，將剪草機(jī)調(diào)整到合理的剪草高度；剛澆過水、下過大雨或者霉雨季節(jié)等，潮濕的草地最好不要剪草；不得在坡度大于15度的地方采用該手推式剪草機(jī)修剪草坪。剪草機(jī)的選擇要根據(jù)草坪要求的修剪質(zhì)量、草坪草種、修剪高度、配套動(dòng)力、地形地貌及剪草機(jī)的幅寬等因素確定。無論選用何種剪草機(jī)，都應(yīng)保證剪草機(jī)的刀片始終鋒利。因?yàn)榈镀h利，草坪草的修剪傷口能迅速愈合，病菌浸染的機(jī)會(huì)少， 同時(shí)傷口不留白茬，景觀效果也好。總之，選擇的總原則是在達(dá)到修剪草坪質(zhì)量的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的機(jī)型。2.6.3 制造價(jià)格及應(yīng)用范圍根據(jù)目前市場實(shí)際:：制造原材料費(fèi)用100150 元，手工費(fèi): 50100 元，因此總造價(jià)在300元以內(nèi)。目前使用于我國大部分地區(qū)的園林草坪的修建和養(yǎng)護(hù)。3. 使用說明書（SM）3.1設(shè)備的名稱 產(chǎn)品的名稱: 手推式剪草機(jī)3.2設(shè)備的安裝安裝工作必須有鉗工、起重工等專業(yè)工人參加。安裝時(shí)首先用水平儀找平基礎(chǔ)和安裝支架的水平度，然后使之固定。按制造廠出廠時(shí)各段機(jī)殼的連接標(biāo)記順序組裝，各段機(jī)槽內(nèi)口的連接應(yīng)平整、密合，如有錯(cuò)位，只允許比剪草機(jī)撥桿稍低，其值不得大于1mm。機(jī)體組裝后測定其機(jī)槽兩側(cè)對(duì)稱中心面的對(duì)稱度。頭輪、尾輪必須對(duì)中。輪軸應(yīng)保持平行，以避免剪草機(jī)在運(yùn)行時(shí)跑偏。安裝剪草機(jī)刀具時(shí)應(yīng)再次檢查刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng)是否靈活只有運(yùn)動(dòng)靈活的剪草機(jī)方可進(jìn)行安裝。3.3設(shè)備的試車運(yùn)轉(zhuǎn)完成剪草機(jī)各部分安裝工作后，即可進(jìn)行空載運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。運(yùn)行前應(yīng)做如下工作：（1）所有軸承、傳動(dòng)部件和減速器內(nèi)應(yīng)有足夠的潤滑油；（2）檢查和清除剪草機(jī)機(jī)槽內(nèi)部遺留的工具、鐵件或其他雜物；（3）全面檢查剪草機(jī)各部分是否完好無損，剪草機(jī)刀具的運(yùn)轉(zhuǎn)松緊度是否合適。當(dāng)上述各項(xiàng)準(zhǔn)備工作做好后，推動(dòng)剪草機(jī)，觀察小輪和大輪是否與殼體卡碰和跑偏，當(dāng)無缺陷后，可遠(yuǎn)距離運(yùn)轉(zhuǎn)即可進(jìn)行空載運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)空載運(yùn)轉(zhuǎn)并對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)情況認(rèn)為滿意后，可進(jìn)行剪草試驗(yàn)。開始需要緩慢的推動(dòng)剪草機(jī)，觀察齒輪、端面齒輪與撥桿嚙合的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定情況。運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，逐漸加快剪草機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。對(duì)剪草的狀況進(jìn)行原始記錄，剪草密度，剪草后草的基本狀況等。并核對(duì)和設(shè)計(jì)要求是否吻合。3.4設(shè)備的操作和維護(hù)(1)設(shè)備的操作每次使用前，應(yīng)先空載運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方可進(jìn)行工作，應(yīng)保持運(yùn)轉(zhuǎn)速度的穩(wěn)定，不得大量突增或過載運(yùn)行，容易對(duì)刀具產(chǎn)生較大的破壞。如無特殊情況，不得在剪草過程后，不清理刀具，以增加刀具的使用壽命。操作人員應(yīng)經(jīng)常檢查機(jī)器各部，特別是刀具和驅(qū)動(dòng)裝置，以及端面齒輪與撥桿組合應(yīng)保持完好無損狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)有殘缺損傷的機(jī)件（如刀具嚴(yán)重變形或脫落、撥桿的斷裂、彎曲段中間導(dǎo)軌嚴(yán)重磨損等），應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。(2)設(shè)備的維護(hù)正確的保養(yǎng)和維修不僅能保證設(shè)備的安全運(yùn)行，而且是提高工作效率、經(jīng)濟(jì)效益和延長使用壽命的重要手段。(3)保養(yǎng)剪草機(jī)在每次使用完畢，應(yīng)對(duì)設(shè)進(jìn)行清掃和檢查。如有剩余物料壓結(jié)在槽內(nèi)，應(yīng)當(dāng)清除干凈,零部件有局部、微小的事故隱患，應(yīng)及時(shí)排除。大輪上螺栓過松，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整；刀具出現(xiàn)裂墳或嚴(yán)重磨損，應(yīng)予以更換；潤滑點(diǎn)應(yīng)及時(shí)加油。(4)維修除應(yīng)對(duì)巳損壞的零部件及時(shí)修理或更換外，還要對(duì)關(guān)鍵部件、易磨損零件定期進(jìn)行檢查， 并按安全使用要求進(jìn)行修理， 使設(shè)備繼續(xù)保持最佳的工作狀態(tài)。4.標(biāo)注化審核報(bào)告（BS）4.1 產(chǎn)品圖樣的審查 手推式剪草機(jī)的傳動(dòng)裝置和刀具設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成，現(xiàn)以具備全套圖紙和一線基本數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注化審查，結(jié)果如下： （1） 產(chǎn)品的圖樣完整、統(tǒng)一、表達(dá)準(zhǔn)確清楚、圖樣清楚。符合GB4440-84、GB-83機(jī)械制圖的規(guī)定。（2） 產(chǎn)品圖樣公差與配合的選擇與標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T1800、3-1998的規(guī)定。（3） 產(chǎn)品圖樣的編號(hào)符合JB/T5054.5-2000中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)的完整性。（4） 圖紙的標(biāo)題欄與明細(xì)欄符合GB/T10609. 1-1989GB/T10690. 2-1989的規(guī)定。（5） 產(chǎn)品圖樣粗糙度的標(biāo)注符合GB131-83表面特征代號(hào)及注法的規(guī)定。（6） 產(chǎn)品圖樣焊縫的代號(hào)符合GB324-80焊縫代號(hào)的規(guī)定。4.2產(chǎn)品技術(shù)文件的審查（1） 產(chǎn)品的技術(shù)文件名稱、術(shù)語符合ZB/TJ01和0351-90產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)文件術(shù)語及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。（2） 量和單位符合GB3100GB3102-93的規(guī)定。（3）技術(shù)文件所用的編碼符合JB/T8823-1998機(jī)械工業(yè)企業(yè)計(jì)算機(jī)輔助管理信息分類編碼導(dǎo)則的規(guī)定。（4）技術(shù)文件的完整性符合JB/T5054.5-2000產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件完整性的規(guī)定及農(nóng)機(jī)部門的有關(guān)具體要求。4.3 標(biāo)注件的使用情況本設(shè)計(jì)所用的緊固件均采用標(biāo)準(zhǔn)的螺栓，材料及材料代號(hào)也符合國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。4.4 審查結(jié)論經(jīng)過對(duì)剪草機(jī)裝置和傳動(dòng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化審查，認(rèn)為該設(shè)計(jì)基本貫徹了國家最新頒發(fā)的各種標(biāo)準(zhǔn)，圖紙和設(shè)計(jì)文件完整齊全，符合標(biāo)準(zhǔn)化得要求。參考文獻(xiàn)1 李森.草坪的修剪技術(shù)要點(diǎn)J.現(xiàn)代園藝，2008，22（11）：24-25.2 戴錦春，肖榮清，陳小圻，楊均青. 弓形鋼纖維切割刀具的優(yōu)化設(shè)計(jì)R.武漢：武漢成人教育學(xué)院，1996.3 馬少春，李洪文，何進(jìn). 壟作割刀的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)R.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.4 朱聰玲，劉江龍，盧偉. 聯(lián)合收割機(jī)往復(fù)式割刀傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析R. 佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版),2004.5 陳國蘭.淺談我國園林機(jī)械R. 中國建研院建巍機(jī)械化研究所,1997.6 王振東， 涂洪森. 草坪割草機(jī)高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)作業(yè)質(zhì)量影響分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)R. 哈爾濱: 哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所,2004.7 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DESIGN OF NONCIRCULAR GEARS NITH DISCONTINUOUS PITCH CURVEJ School of Mechanical Engineering,2006, 19(4):594-599.致謝本文從選題、方案論證到課題的研究都是在導(dǎo)師張淑娟老師的全面、悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、豐富的創(chuàng)造力、高瞻遠(yuǎn)矚的學(xué)術(shù)思想，以及敏銳的洞察力，始終令學(xué)生敬佩，并將影響我的一生。值此成文之際，謹(jǐn)向?qū)煴磉_(dá)我深深的敬意和衷心的感謝!通過這次訓(xùn)練，提高了自己的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力，為學(xué)生日后順利進(jìn)入工作崗位作下了鋪墊。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生收獲頗多，這與張老師的悉心指導(dǎo)是分不開的。張老師公務(wù)繁忙，但是還是經(jīng)常抽時(shí)間來視察學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度，就畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題給予耐心指導(dǎo)。 特別要感謝的是我的父母和家人!感謝父母在我成長的道路上給予的無私的愛。感謝所有關(guān)心和幫助過我的人們!最后，在本文結(jié)束之際，向所有為我的論文提出寶貴意見的評(píng)閱專家們表示衷心的感謝和崇高的敬意! 謝謝!- 25 -