簡易起草皮機的設計【含14張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip

簡易起草皮機的設計【含14張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip,含14張CAD圖帶開題報告-獨家,簡易,草皮,設計,14,CAD,開題,報告,獨家 簡易起草皮機的設計摘要園林綠化機械作為林業(yè)機械的一個分支，它的發(fā)展只有50年左右的歷史，它是隨著城市園林化，特別是草坪業(yè)的發(fā)展，而逐步發(fā)展壯大起來。良好的環(huán)境，合理的生態(tài)系統(tǒng)，是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的搖籃。隨著生活水平的提高，人們對生活環(huán)境的要求也越來越高。綠籬在城市道路和園林綠化中也占有重要地位。文章對簡易起草皮機硬件結構做了詳細的可行性分析及設計，本次設計的起草皮機，采用直流電機作為驅動，改變了傳統(tǒng)的汽油機的結構。本文收線確認方案，然后做了相應的計算、校核，主要包括：驅動輪電機和轉向輪電機的選擇及其驅動電路的設計；齒輪的設計計算和校核；前后減震系統(tǒng)以及轉向機構設計和車體的一些機械結構設計等。 關鍵詞 : 簡易起草皮機、車體、轉向機構AbstractGardening machinery as a branch of forestry machinery, its development is only 50 years of history, it is as the garden city, especially the development of grass industry, and gradually grow up.Good environment, reasonable ecological system, is indispensable to human survival and development of the cradle.With the improvement of living standards, people living environment is becoming more and more high.Hedge in the urban roads and landscaping also occupies an important position.Article to the summary drafting machine hardware structure to do a detailed feasibility analysis and design, the design of drafting machine, adopts dc motor as drive, changing the structure of a conventional gasoline engine.The line in this article confirm solutions, and then do the corresponding calculation, check, mainly includes: the choice of driving wheel motor and steering wheel motor and its drive circuit design;Design calculation and checking of gear;Before and after the suspension system and steering mechanism design and car body of some of the mechanical structure design, etc.Keywords: simple drafting machine, car body, steering mechanism不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 - II -目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 國內外園林機械的發(fā)展現(xiàn)狀11.1.1 國外的發(fā)展11.1.2 國內的發(fā)展11.2 國內外園林機械的差距21.3 小動力園林機械的發(fā)展趨勢與建議31.4 本課題研究的意義和目的51.5 本課題主要研究內容6第2章 簡易起草皮機結構設計及方案論證72.1 驅動方案的確認72.1.1 液壓驅動72.1.2 氣壓驅動82.1.3 電動機驅動82.2 簡易起草皮機運動方式的選擇92.3 簡易起草皮機驅動方案的選擇10第3章 簡易起草皮機本體的設計分析133.1 簡易起草皮機驅動輪組成133.1.1驅動電機選擇133.1.2減速機構的設計與校核183.1.3變速箱體及后減震273.1.4驅動車輪及輪轂273.2簡易起草皮機轉向輪組成293.2.1驅動電機選擇303.2.2傳動機構及前減震機構333.2.3前車體及電池箱343.2.4轉向輪胎和輪轂343.3簡易起草皮機受力分析及如何保證加速度最優(yōu)353.4系統(tǒng)可靠性設計36結論38致謝40參考文獻41- III -第1章 緒論千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行-1-1.1 國內外園林機械的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1 國外的發(fā)展由于土地資源、人文環(huán)境、生活水平等因素影響，國外小動力園林機械發(fā)展較早，20世紀初,國外發(fā)達國家就已使用園林機械代替繁重的體力勞動。隨著人民生活水平的提高和居住環(huán)境的改善,小型園林機械已進入百姓家庭,成為家庭必備機具。21世紀初,發(fā)達國家從家庭到公共綠地全部實現(xiàn)機械化作業(yè),并向更高層次發(fā)展。 經過近百年的發(fā)展，美國、日本、德國、意大利、瑞典等國家小動力園林機械得到了長足的發(fā)展，培養(yǎng)出許多國際知名品牌，如美國的B&S（百力通）、Kohler、MTD、Tecumsen,日本的小松、ECHO、YAMAHA、HONDA，意大利的Emark、ALPLA，德國的STIHL、SOLO，瑞典的HUSQVARNA,等等。這些企業(yè)歷史較長，在行業(yè)中有較大的影響。如瑞典的HUSQVARNA公司成立于1689年，是世界上生產園林機械歷史最悠久的公司之一，在行業(yè)中一直處于領先地位。HUSQVARNA公司能夠生產從專業(yè)機器到大眾用途的各種產品，現(xiàn)有員工2200人，其中1800人從事研究開發(fā)、市場促銷等，其產品出口至100多個國家，年銷售額達到5億瑞典克郎。 1.1.2 國內的發(fā)展我國小動力園林機械生產起始于20世紀70年代，當初規(guī)模較小,主要企業(yè)有泰州林機廠、西北林機廠、柳州機械廠等。90年代以來，特別是最近幾年，隨著市政建設、工業(yè)用途和城市園林綠化需求規(guī)模的迅速擴大及草坪業(yè)的持續(xù)發(fā)展，帶動了園林機械生產企業(yè)和產品的迅猛發(fā)展。 從企業(yè)類型來看，分成老牌企業(yè)、民營企業(yè)和外資企業(yè)三種。山東華盛、江蘇林海等企業(yè)是老牌企業(yè)的代表，他們發(fā)揮了各自優(yōu)勢，在整機或動力產品上占有重要位置。隆鑫、宗申、綠友、永佳等民營企業(yè)的參與，大大推動了我國園林機械行業(yè)的發(fā)展。外資企業(yè)的加盟縮小了我國園林機械產品與國外的差距，也使競爭日趨激烈。近年來，國際上許多企業(yè)積極在華投資或轉移生產基地，利用我國廉價勞動力賺取更大利潤。如百力通，是全球最大的供應戶外動力設備使用的風冷汽油機制造商，其發(fā)動機用在草坪機、發(fā)電機、高壓清洗機、水泵等產品中。2005年3月，百力通增加投資，在重慶成立百力通（重慶）發(fā)動機有限公司，設計生產能力100萬臺；又在上海成立百力通（上海）發(fā)動機有限公司，生產發(fā)電機組和水泵等終端產品，年產量為30萬臺。目前STIHL、HUSQUARNA、小松等國外生產廠家也在中國積極活動，如STIHL尋求產品的國產化、并購輝煌三聯(lián)；HUSQUARNA在東北舉行中國市場推介會；小松尋找質優(yōu)價廉配套廠家；美國MTD公司和綠友集團結盟，銷售園林機械、高爾夫設備、草坪噴灌設備等。以上生產企業(yè)集中在江蘇、山東、浙江、重慶、上海等地區(qū)，規(guī)模較大的有山東華盛、臨沂永佳、江蘇林海、南通草地機械有限公司、綠友集團等。 加入WTO后，面對歐美園林機械的巨大市場，中國商品以其低價格等優(yōu)勢，出口量得以大幅度提高，促進了國內園林機械制造業(yè)的迅速發(fā)展。 1.2 國內外園林機械的差距 我國小型汽油機產品品種較少，與美國和日本相比差距較大。美國和日本的產品已實現(xiàn)了系列化、統(tǒng)一化、標準化，各公司均有自成體系的系列產品，產品覆蓋很大的功率范圍，配套幾十種機具。目前，我國配套的園林機具僅有十幾種，許多企業(yè)為單機出廠，由于技術含量低，形成惡性競爭。 在草坪機械方面,草坪養(yǎng)護機械有草坪修剪機械、草坪通氣機、草坪修整設備、草坪排水灌溉設備等，其中，草坪修剪機械包括滾刀式、旋刀式草坪修剪機和往復運動剪切式割草機等。就草坪修剪機而言，目前我國主要生產隨進或推進旋刀式草坪機，而自行（乘座式）旋刀修剪機在國外已非常普遍；美國和日本能生產各種規(guī)格的步行操縱自走式和拖拉機懸掛式垂直打孔通氣機，我國未有這方面的報道；草坪修邊機、草坪梳草機、草坪滾壓機在國外使用較普遍，國內才剛剛開始關注；草坪灌溉設備上，國外產品如雨鳥、HUNTER、LEGO等壟斷國內市場，國產如林海的SP50噴灑器已淡出市場，華潤等品牌也尚無法抗衡國外產品。 在庭院和行道樹養(yǎng)護機械方面，與國外也有較大差距。 我國生產的小動力園林機械技術上大多相當于上世紀80年代的水平，產品性能普遍低于國外同類產品。我國小型汽油機的平均有效壓力、升功率等指標處于中等水平，與國外先進水平相比低一個檔次，壓縮比和活塞平均速度等強化指標低于國外。 產品的性能和可靠性較差；這主要與企業(yè)的設計能力、質量管理、生產工藝、原材料、檢驗等因素有關。國內一些企業(yè)在國內市場未鍛煉成熟就涌向國外市場，迎接發(fā)達國家的挑戰(zhàn)，以低廉的價格來占領市場，產品的性能和可靠性得不到保障。達不到環(huán)保安全指標；目前，我國生產的園林機械多數不能達到國外很多國家的排放、噪聲、無線電干擾、安全、振動指標的要求，與國外產品相比還有較大的差距。從我國向美國、歐盟出口的產品看，排放和安全已成為園林機械面臨的非關稅技術壁壘。 外觀表面質量較差：很多企業(yè)對產品外觀重視不夠，技術上不能做到認真細致，精益求精。 1.3 小動力園林機械的發(fā)展趨勢與建議 大力發(fā)展系列園林機械產品，努力塑造中國小動力園林機械品牌。 品牌是產品的質量、產品的服務、企業(yè)的管理和核心競爭力的綜合體現(xiàn)。努力塑造中國園林機械產品品牌，積極開展共性基礎技術的研究，大力發(fā)展具有自主知識產權的系列園林機械產品，迅速提升園林機械產品質量和技術水平，培養(yǎng)造就一批具有國際競爭力特別是具有自主創(chuàng)新能力的優(yōu)勢規(guī)模企業(yè)，應當成為當前和今后小動力園林機械行業(yè)的發(fā)展方向和奮斗目標。 加快產品更新?lián)Q代，開發(fā)更具人性化和自動化的新產品。 目前，國內小動力園林機械產品的數量僅有十幾種，大力發(fā)展園林機械新產品，加速老產品的更新?lián)Q代，使產品向人性化和自動化方向發(fā)展已成當務之急。國產老型號油鋸于20世紀70年代投產，30多年來雖有一些改進, 但其較大的振動，使得一些林區(qū)工人不同程度有“擺手”的職業(yè)病。而國外油鋸從20世紀80年代起,不斷降低振動和噪聲，類似產品早已不復存在。當初草坪修剪機進入家庭時，以步行操縱推行式為主導產品；進入90年代，步行自走式代替推進式；21世紀初，乘座式又取代步行自走式，而現(xiàn)在已出現(xiàn)無級變速、零轉彎半徑，操縱非常簡單的草坪修剪機。 降低污染和循利用。 國外許多企業(yè)很早就重視這些問題，如HUSQUARNA公司研發(fā)了貫穿于生產方法、材料處理、能源消耗、發(fā)動機尾氣排放、產品的最終回收利用全過程的環(huán)保措施，新材料研發(fā)成功后立即替代原來使用的舊材料，產品最終回收率達到85%。 目前，國內園林機械產品在研發(fā)時，必須重視如下問題：加強降低尾氣排放的研究，例如，日本小松最早擁有世界上最先進的層狀掃氣二沖程發(fā)動機，該發(fā)動機有很好的環(huán)保特性、節(jié)能性，能滿足歐盟和美國最嚴格的廢氣排放要求；提高曲軸、機體剛度，降低燃燒噪聲及機械噪聲，利用復合材料作隔音結構，提高*的消聲能力； 取代石棉制品，使用芳族聚酰胺纖維及金屬密封墊片，提高發(fā)動機密封性；降低電磁干擾，提高抗靜電干擾能力；采用可降解的潤滑油，克服廢棄潤滑油對環(huán)境的污染。 小動力園林機械的安全化設計。 綜合運用現(xiàn)代科學技術，特別是安全科學技術的成就，對園林機械進行科學可靠的設計，使機具具有可靠和安全特性，其標志主要有三個：一是機具應有可靠和穩(wěn)定的安全特征，在操作者發(fā)生誤操作時，也能自動保護操作者的人身安全和機具的本身安全；二是機具應具有安全的保護功能，當出現(xiàn)意外和故障時，應能自動切斷或脫離故障部分；三是機具應具有安全舒適的操作環(huán)境和良好的人機工程學特性。 以油鋸為例，在油鋸標準林業(yè)機械 油鋸 安全要求和試驗中，對油鋸設計的安全要求，如對油鋸反彈角度和鏈制動角、手把的空間最小間隙和尺寸、高溫部分的防護和?；痖_關的功能都有明確的規(guī)定?；推靼惭b加濃裝置，稍大排量的機具設計減壓裝置，操作安全的電子互鎖等應廣泛應用在園林機械上。 發(fā)展園林機械的一機多用和聯(lián)合作業(yè)。 一機多用是指一種機具能配備多種工作裝置和附件，更換不同的裝置就能完成各種不同的工作，這對家庭、小型企事業(yè)單位、住宅小區(qū)和經營規(guī)模較小的綠地的用戶是非常適用的。如美國CRAFTSMAN推出的一種帶有10多種附件的園林拖拉機，幾乎能進行全部的草坪護養(yǎng)和庭院作業(yè)，很受用戶的歡迎。林海集團的YJ4油鋸，更換一些簡單的機具可改裝成風力滅火機、切割機、森林泵等，在市場上很有銷路。一種聯(lián)合作業(yè)的機械設備，能同時或按一定的程序進行聯(lián)合作業(yè)，使用于大型園林綠化工程或專業(yè)化機械施工等。一機多用和聯(lián)合作業(yè)是園林機械未來的發(fā)展趨勢。1.4 本課題研究的意義和目的園林綠化機械作為林業(yè)機械的一個分支，它的發(fā)展只有50年左右的歷史，它是隨著城市園林化，特別是草坪業(yè)的發(fā)展，而逐步發(fā)展壯大起來。良好的環(huán)境，合理的生態(tài)系統(tǒng)，是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的搖籃。隨著生活水平的提高，人們對生活環(huán)境的要求也越來越高。因此對起草皮的工作非常重要。通過本課題，讓學生在畢業(yè)設計過程中綜合大學所學基礎課程及專業(yè)課程，培養(yǎng)學生綜合應用所學知識和技能去分析和解決一般工程技術問題的能力；進一步培養(yǎng)學生分析問題、創(chuàng)造性地解決實際問題的能力。1.5 本課題主要研究內容課題主要完成簡易起草皮機結構設計。1.機械結構部分包括簡易起草皮機構成方案選擇、簡易起草皮機本體機構設計和驅動電機的選擇。2.針對設計要求結合所選用的電機，并討論系統(tǒng)設計的可靠性問題。 第2章 簡易起草皮機結構設計及方案論證2.1 驅動方案的確認設備的驅動方式有液壓式、氣動式、和電動式。下面將三種驅動方式進行分析比較。2.1.1 液壓驅動設備的驅動系統(tǒng)采用液壓驅動，有以下幾個優(yōu)點：(1)液壓容易達到較高的壓力（常用液壓為2.56.3MPa），體積較小，可以獲得較大的推力或轉矩；(2)液壓系統(tǒng)介質的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度；(3)液壓傳動中，力、速度和方向比較容易實現(xiàn)自動控制；(4)液壓系統(tǒng)采用油液作介質，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機械效率，使用壽命長。液壓傳動系統(tǒng)的不足之處是：(1)油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃爆炸等危險；(2)液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質量，故造價較高；(3)需要相應的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴格的濾油裝置，否則引起故障。液壓驅動方式的輸出力和功率更大，能構成伺服機構，常用于大型設備的驅動。2.1.2 氣壓驅動與液壓驅動相比，氣壓驅動的特點是：(1)壓縮空氣粘度小，容易達到高速；(2)利用工廠集中的空氣壓縮站供氣，不必添加動力設備；(3)空氣介質對環(huán)境無污染，使用安全，可直接應用于高溫作業(yè)；(4)氣動元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。它的不足之處是：(1)壓縮空氣常用壓力為0.40.6MPa，若要獲得較大的力，其結構就要相對增大；(2)空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達到準確的位置控制很困難；(3)壓縮空氣的除水問題是一個很重要的問題，處理不當會使鋼類零件生銹，導致設備失靈。此外，排氣還會造成噪聲污染。氣動式驅動多用于點位控制、抓取、開關控制和順序控制的設備。2.1.3 電動機驅動電動機驅動可分為普通交、直流電動機驅動，交、直流伺服電動機驅動和步進電動機驅動。普通交、直流電動機驅動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型設備。伺服電動機和步進輸出力矩相對小，控制性能好，可實現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型設備。交、直伺服電動機一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進電動機則主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高的場合。從能源方面看，工廠的電源能有效地保證并充足，且有降低生產成本，便于操作，工件可靠，維修方便，應盡量選用電力驅動。從對環(huán)境影響來看，電力驅動方式所產生的污染較小，可選擇電動機。從經濟方面來看，電動機應滿足一定的功率，防止功率過大造成浪費，過小負荷過大，使生產率達不到要求致使浪費時間。所以為了滿足上訴要求，選擇直流無刷電機最為合適。 2.2 簡易起草皮機運動方式的選擇 簡易起草皮機運動方式歸納起來基本有三種:輪子方式、履帶方式和腿足方式。為了得到我們設計需要最合適的方式，我們對以上三種方式做了簡單的比較如下表2-1()表2-1運動方式的比較考慮因素驅動方式適應的環(huán)境驅動方面的考慮機構方面的考慮輪子方式適于范圍廣泛。驅動方式簡單多樣，力矩相對較小主要有：兩輪驅動兼轉向加隨動輪；兩輪差動加輔助輪；驅動輪加轉向輪。機構實現(xiàn)相對簡單，相互約束條件少，穩(wěn)定性較好，輪子安裝需要一定精度要求。履帶方式適應環(huán)境最廣泛，特別是崎嶇不平地和濕洼地形。驅動方式單一，力矩較大，使用兩側輪差動，實現(xiàn)驅動和轉向，不需要輔助輪。機構實現(xiàn)較輪子復雜，需要履帶的張緊設計，支撐面積大，穩(wěn)定性好。腿足方式適應范圍較廣，適應地形受其步態(tài)影響，不適合崎嶇山路。驅動復雜，對平衡和穩(wěn)定要求極高，自由度越多，驅動控制部分越多。有較多的 運動部件和關節(jié)，要求較高的加工和裝配等級，對材料性能要求較高。通過對以上方式的比較，我們選用輪子方式做為簡易起草皮機運動方式，它符合我們的設計要求：適應各種環(huán)境；需要動力較?。荒芰肯纳?；結構實現(xiàn)簡單可靠。2.3 簡易起草皮機驅動方案的選擇輪式簡易起草皮機的機械結構()如圖2-1，圖2-2，圖2-3。圖2-1 驅動結構圖2-2 前輪驅動兼轉向結構圖2-3 后輪驅動，前輪轉向結構如圖2-1，采用兩輪獨立驅動的結構，驅動輪分別由兩套直流電機驅動，提供需要的轉速或者力矩;前輪為萬向輪，可任意移動。這種結構優(yōu)點：簡單輕便，控制性好，運動靈活轉彎半徑小。缺點：承載能力低，對地面環(huán)境的要求高。圖2-2中的簡易起草皮機，稱為前輪驅動簡易起草皮機，后輪為輔助輪，方向不變，前輪為驅動輪兼轉向輪，兩輪驅動速度相同，轉向速度一致。這種結構優(yōu)點：運動平穩(wěn)，穩(wěn)定性好。缺點：結構復雜，控制難度高。我們根據設計需要和實現(xiàn)的難易程度選擇了圖2-3中的簡易起草皮機行走部分模型，我們稱之為后輪驅動機構，它是一種典型的非完整約束的輪式簡易起草皮機模型。后輪為驅動論方向不變，提供前進驅動力，兩輪驅動速度相同；前輪為轉向輪，稱為舵輪，通過轉向系統(tǒng)同步控制兩輪轉向，使簡易起草皮機按照要求的方向移動。輪式移動機構又主要分三個輪、四個輪，三輪支撐理論上是穩(wěn)定的。然而，這種裝置很容易在施加到單獨輪的左右兩側力F作用下翻倒，因此對負載有一定限制。我們?yōu)樘岣叻€(wěn)定性和承載能力，決定選用四輪機構，前輪為兩驅動輪，兩個轉向輪為后輪，具體結構模型見圖2-4。這種結構能實現(xiàn)運動規(guī)劃、穩(wěn)定以及跟蹤等控制任務，可適應復雜的地形，承載能力強。圖2-4小車整體結構模型圖第3章 簡易起草皮機本體的設計分析3.1 簡易起草皮機驅動輪組成前輪驅動裝置機械傳動結構如圖4-1所示: 1 變速箱底座； 2 變速箱蓋； 3 軸承； 4 齒輪； 5 齒輪；6 齒輪； 7 電動機； 8 中間軸； 9 輪轂； 10 輪胎圖4-1 驅動輪機械傳動示意圖根據上面所確定的方案，簡易起草皮機前輪驅動裝置由驅動電機，減速裝置，車輪及輪轂組成。3.1.1驅動電機選擇目前在簡易起草皮機的驅動中較為常用的電機有直流無刷電機、交流電機和步進電機，對它們的特性、工作原理與控制方式有分類介紹，下面總結如表3-1所示：一般簡易起草皮機用電機的基本性能要求；1. 啟動、停止和反向均能連續(xù)有效的進行，具有良好的響應特性；2. 正轉反轉時的特性相同，且運行特性穩(wěn)定；3. 良好的抗干擾能力，對輸出來說，體積小、重量輕；4. 維修容易，不用保養(yǎng)。驅動輪為兩前輪，要求控制性好且精度高，能耗要低，輸出轉矩大，有一定過載能力，而且穩(wěn)定性好。通過比較以上電機的特性、工作原理、控制方式以及簡易起草皮機的移動性能要求、自身重量、傳動機構特點等因素，所以我們決定選用直流電機作為驅動電機。直流電動機以其良好的線性調速特性、簡單的控制性能、較高的效率、優(yōu)異的動態(tài)特性，一直占據著調速控制的統(tǒng)治地位。雖然近年不斷受表3-1不同電機的特性、工作原理與控制方式電機類型主要特點構造與工作原理控制方式步進電機直接用數字信號控制，與計算機接口簡單，沒有電刷，維修方便，壽命長。缺點是能量轉換效率低，易失步，過載能力弱。按產生轉矩的方式可分為：永磁式，反應式和混合式。混合式能產生較大轉矩，應用廣泛。永磁式是單向勵磁，精度高，但易失步，反應式是雙向勵磁，輸出轉矩大，轉子過沖小，但效率低；混合式是單-雙向勵磁，分辨率高，運轉平穩(wěn)。直流無刷電機接通直流電即可工作，控制簡單；啟動轉矩大，轉速和轉矩容易控制，效率高；需要定時維護和更換電刷，使用壽命短，噪聲大。由永磁體定子，線圈轉子，電刷和換向器構成。通過電刷和換向器使電流方向隨轉子的轉動角度而變化，實現(xiàn)連續(xù)轉動。轉動控制采用電壓控制方式，兩者成正比。轉矩控制采用電流控制方式，兩者也成正比。交流伺服電機沒有電刷和換向器，無須維修；驅動電路復雜，價格高。按結構分為同步和異步。無刷直流電機結構與同步電機相同，特性與支流電機相同。分為電壓控制和頻率控制兩種方式。異步電機常采用電壓控制。到其他電動機(如交流變頻電動機、步進電動機等)的挑戰(zhàn)，但直流電動機仍然是許多調速控制電動機的最優(yōu)選擇，在生產、生活中有著廣泛的應用。所需電機的功率計算：簡易起草皮機小車的受力簡圖如圖3-2所示：簡易起草皮機所需的牽引力: 式中 簡易起草皮機移動需要的牽引力 式中 自身重力而產生的阻力 式中 簡易起草皮機移動所受摩擦力圖3-2 簡易起草皮機小車的受力簡圖則有： 式中 摩擦系數 式中 最大爬坡角度（據課題要求可以按0計算）則簡易起草皮機在水平面上運動的功率為：傳動裝置的總效率：按照中表2.1-1確定的個部分效率有：齒輪傳動效率：；滑動軸承效率：代入得到：所需直流電機的最小功率：通過以上的比較和計算，我們決定選用廣東德昌微電機公司生產的SRC-555-3250型直流電動機其外觀如圖3-3所示，尺寸如圖3-4所示，技術參數如表4-2所示： 圖3-3 電動機其外觀如圖圖3-4 直流電機尺寸圖 表3-3直流電機技術參數表型號額定電壓空載最大效率下制動轉速電流轉速電流力矩功率力矩功率r/minAr/minAg.cmWg.cmWSRC-555-325012vCONSTANT61000.2453001.4922914.216509.203.1.2減速機構的設計與校核直流電機輸出轉速較高，一般不能直接接到車輪軸上，需要減速機構來降速，同時也提高了轉距。減速裝置的形式多種多樣，選擇一種合適的減速裝置對簡易起草皮機的性能有著相當重要的作用。3.1.2.1減速形式的選擇驅動輪機械傳動形式有多種，主要分為：鏈條傳動；皮帶傳動；蝸桿傳動和齒輪傳動等。1.鏈條傳動優(yōu)點是：工況相同時，傳動尺寸緊湊；沒有滑動；不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷??；效率高；能在惡劣的環(huán)境中使用。缺點：瞬時速度不均勻，高速運轉是傳動不平穩(wěn)；不易在載荷變化大和急促反向的傳動中使用；工作噪音大。2皮帶傳動優(yōu)點是：能緩和沖擊；運行平穩(wěn)無噪音；制造和安裝精度要求低；過載時能打滑，防止其他零件的損壞。缺點：有彈性滑動和打滑，效率低不能保證準確的傳動比；軸上載荷大；壽命低。3.蝸桿傳動：優(yōu)點：結構緊湊；工作平穩(wěn)；無噪聲；沖擊震動?。荒艿玫胶艽蟮膯渭墏鲃颖?。缺點是：傳動比相同下效率比齒輪低；需要用貴重的減磨材料制造。4.齒輪傳動：工作可靠，使用壽命長；易于維護；瞬時傳動比為常數；傳動效率高；結構緊湊；功率和速度使用范圍很廣。缺點是：制造復雜成本高；不宜用于軸間距的傳動。比較以上傳動形式，結合本設計中簡易起草皮機的要求：輸出轉矩大傳動效率高噪音小等條件，我們采用兩級齒輪傳動，減速比為15。電機軸直接作為輸入軸安裝主動齒輪，不是用聯(lián)軸器，既提高了精度又減輕了重量。輪轂和齒輪3安裝在同一根軸上，他們轉速相同。齒輪類型為漸開線直齒齒輪，聯(lián)軸器相聯(lián)，齒輪與車輪裝在同一個軸上，它們的轉速相同。齒輪參數如下:第一級減速：, m=3,mm, ,mm,第二級減速：, m=3,mm, ,mm,3.1.2.2齒輪傳動的計算與校核設計中第一級齒輪傳動的齒輪強度計算與校核，如下：1.齒面接觸疲勞強度計算（1） 初步計算轉矩齒數接觸疲勞極限由表12.13，取由表1.7初步計算的許用接觸應力 值由，取初步計算小齒輪直徑取=25初步齒寬b（2） 校核計算圓周速度精度等級由表14.4選6級精度齒數z和模數m初取齒數；由表14.1，取（這里往大或往小取均可，視驗算結果而定。）則使用系數由表12.9動載系數由表12.9齒間載荷分配系數由表12.10，先求由此得齒向載荷分布系數由表12.11載荷系數彈性系數由表12.12節(jié)點區(qū)域系數由圖12.16接觸最小安全系數由表12.14總工作時間應力循環(huán)次數由表12.15，估計，則指數原估計應力循環(huán)次數正確。接觸壽命系數由圖12.18許用接觸應力計算結果表明，接觸疲勞強度教為合適，齒輪尺寸無需調整。否則，尺寸調整后還應在進行驗算。2.齒根彎曲疲勞強度驗算重合度系數齒間載荷分配系數由表12.10， 齒向載荷分布系數由圖12.14載荷系數齒形系數由圖12.21應力修正系數由圖12.22彎曲疲勞極限由圖12.23c彎曲最小安全系數由表12.14應力循環(huán)次數由表12.15，估計，則指數原估計應力循環(huán)次數正確彎曲壽命系數由圖12.24尺寸系數由圖12.25許用彎曲應力驗算傳動無嚴重過載，故不做靜強度校核第二級嚙合齒輪、的計算校核也采用以上步驟，通過計算知：強度均符合要求。3.1.3變速箱體及后減震變速箱體要求在保證足夠剛度的條件下，應盡量減輕車架的重量，以提高有效承載重量。其次，變速箱體應保證其它元件安裝上以后，能達到平衡、對稱和同軸。材料為ABS，厚度為6mm，軸承盒集成在箱體上，降低了制造難度。為保護系統(tǒng)結構免受震動的損傷，和提高躍障能力，在變速箱與前車體間加一減震彈簧。它不但能緩沖震動，而且當簡易起草皮機遇到低于100mm 的幛礙物，或者高低不平的路面時不至于被架空。 3.1.4驅動車輪及輪轂本設計中可選用簡易起草皮機的運動方式為輪子方式，輪子方式可以提供多種排列方式，從而滿足不同情況需要，而且轉向容易，可以實現(xiàn)運動的精確控制，機構實現(xiàn)簡單。所以我們考慮到所設計簡易起草皮機的工作環(huán)境和控制要求，我們選用了四輪方式。選擇車輪需要考慮多種因素：有簡易起草皮機的尺寸、重量、地形狀況、電機功率等。車重加負載重量為20kg45kg,所以用質地堅硬且易于加工的聚苯乙烯作輪轂，采用不充氣的中空橡膠輪胎，其優(yōu)點在于不僅重量小而且橡膠與地面的附著系數大，保證了足夠的驅動能力，輪胎及輪轂參考圖圖如圖3-5圖3-5 輪胎和輪翼其機構如圖3-5，其中輪胎直徑d=300mm,則車輪轉一圈移動的為：車輪最大轉速為:(電機轉速/傳動比)則簡易起草皮機的最大線速度為:簡易起草皮機小車的受力簡圖如圖4-6簡易起草皮機所需的牽引力: 式中 簡易起草皮機移動需要的牽引力 式中 自身重力而產生的阻力 式中 簡易起草皮機移動所受摩擦力則有： 式中 摩擦系數； 式中 最大爬坡角度。則簡易起草皮機在水平面上的功率為：其最大加速度為：（其中的計算在3.1.1中作了介紹）圖4-6 簡易起草皮機小車的受力簡圖3.2簡易起草皮機轉向輪組成轉向輪起支撐和轉向作用，不產生驅動力矩。在小車轉向時它可以以一定角度轉動。主要機械組成結構如圖3-7： 1 前減震彈簧； 2 轉向連桿； 3 拉桿； 4 拉緊彈簧； 5撥叉； 6步進電機；7 前車體蓋； 8 轉向節(jié)； 9 前輪軸； 10 前輪轂； 11輪胎； 12 電池盒蓋； 13 后減震彈簧； 14連接軸； 15 變速箱圖3-7轉向裝置結構圖 簡易起草皮機前輪裝置由以下幾部分構成：驅動電機，蓄電池和充電部分，轉向傳動機構和前減震機構，前車體和電池箱及輪胎和輪轂五部分。3.2.1驅動電機選擇轉向輪的電機通過對表4-1不同電機的特性、工作原理與控制方式的分析比較，為了滿足轉向系統(tǒng)轉動精度高，控制性能強，并且控制簡單容易實現(xiàn)的特點，我們決定選用步進電機作為轉向機構驅動電機。步進電機是一種將電脈沖信號轉換成角位移(或線位移)的機電元件。對這種電機施加一個電脈沖后，其轉軸就轉過一個角度，稱為一步;脈沖數增加，角位移(或線位移)就隨之增加，脈沖頻率高，則步進電機旋轉速度就高，反之就低;分配脈沖的相序改變后，步進電機的轉向則隨之而變。步進電機的運動狀態(tài)和通常勻速旋轉的電動機有一定的差別，它是步進形式的運動，故也稱其為步進電動機。步進電機的主要指標有：相數:產生不同對極N, S磁場的激磁線圈對數。常用m表示。拍數:完成一個磁場周期性變化所需脈沖數或導電狀態(tài)用n表示，或指電機轉過一個齒距角所需脈沖數：以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB,八拍運行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A 。步距角:對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用表示。=360度(轉子齒數J*運行拍數)，以常規(guī)二、四相，轉子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為=360/(504)=1.8(俗稱整步)，八拍運行時步距角為=360/(508)=0.9(俗稱半步)。定位轉矩:電機在不通電狀態(tài)下，電機轉子自身的鎖定力矩(由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的)靜轉矩:電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉運動時，電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積(幾何尺寸)的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。雖然靜轉矩與電磁激磁匝數成正比，與定齒轉子間的氣隙有關，但過分采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。 步距角精度:步進電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示:（誤差/步距角）100%。不同運行拍數其值不同，四拍運行時應在5%之內，八拍運行時應在15%以內。 失步:電機運轉時運轉的步數，不等于理論上的步數。稱之為失步。 失調角:轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產生的誤差，采用細分驅動是不能解決的。最大空載起動頻率:電機在某種驅動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。最大空載的運行頻率:電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。運行矩頻特性:電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據。步進電機有其獨特的優(yōu)點，歸納起來主要有:1. 步距值不受各種干擾因素的影響。簡而言之，轉子運動的速度主要取決于脈沖信號的頻率，而轉子運動的總位移量取決于總的脈沖個數。2. 位移與輸入脈沖信號相對應，步距誤差不長期積累。因此可以組成結構較為簡單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在要求更高精度時組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。3. 可以用數字信號直接進行開環(huán)控制，整個結構簡單廉價。4. 無刷，電動機本體部件少，可靠性高。5. 控制性能好。起動、停車、反轉及其他運行方式的改變，都在脈沖內完成，在一定的頻率范圍內運行時，任何運行方式都不會丟步。6. 停止時有自鎖能力。7. 步距角選擇范圍大，可在幾角分至大范圍內選擇。在小范圍情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D距穩(wěn)定的運行通過比較各種指標和參數后，我們決定選用常州豐源公司生產的35BYHJ03減速步進電機步進電機，自帶25:1的減速器。參數如表4-3所示:表4-3步進電機參數步距角（，相數電壓U,V電流I,mA電阻R,減速比空載運行頻率F,pps空載啟動頻率F,pps起動轉距T,（g.cm）鎖定轉距T,（g.cm）7.5/25412255471/2555068075014003.2.2傳動機構及前減震機構在本課題中我們?yōu)榱说玫椒€(wěn)定和承載能力強的系統(tǒng)結構，我們采用了兩前置轉向輪，轉向輪不作為驅動輪，只提供支撐和轉向作用。結構形式模仿普通機動車的一些結構，步進電機變速箱輸出軸連接撥叉，撥叉撥動左右轉向節(jié)連桿來實現(xiàn)轉向。為了消除傳動間隙和電機反轉死區(qū)，我們在機構中加裝了兩個拉緊桿和一條拉緊彈簧，很大程度上消除了誤差。轉向傳動機構受力簡圖如圖3-8為保護系統(tǒng)結構免受震動的損傷，提高簡易起草皮機在不平地面上的行走能力，在每個轉向節(jié)軸上加裝減震彈簧。它不但能緩沖震動，而且防止在特殊情況下簡易起草皮機被架空。它與后減震配合工作效果更加明顯，工作原理與后減震類似。圖3-8 傳動機構受力簡圖3.2.3前車體及電池箱前車體是轉向機構零件的載體，其結構復雜，要求精度也高(實物模型圖如圖。特別是轉向節(jié)安放孔和電機支撐座等，要求同軸度和垂直度高，因此為了提高裝配精度，車體蓋和車體配合的螺栓孔采用了卯榫式設計（其結構見圖紙裝配圖1），保證了裝配的精度。為簡化制造工序，提高車體的緊湊程度和牢固程度，將電池盒設計到前車體后部，并且盡量降低電池盒與地面間距，以降低簡易起草皮機的重心高度。為了保證運行時電池在和內的牢靠程度和降低噪聲，電池盒蓋內側附貼一薄層海綿（結構見圖紙裝配圖）控制電路容易受到電動機和驅動電路的影響，因此我們將控制電路板與驅動板并列排列。3.2.4轉向輪胎和輪轂前輪輪胎采用和后輪相同的結構和材料，輪轂的軸孔與軸相對滑動，所以要求較后輪精度高機。3.3簡易起草皮機受力分析及如何保證加速度最優(yōu)本設計中簡易起草皮機采用四輪支撐，即兩后輪（驅動輪）和兩前輪（轉向輪）。為了增加車輪和地面的滑動摩擦系數，每個車輪的輪胎材料均為橡膠?；瑒虞S承和輪轂采用了具有自潤滑能力的塑料，摩擦力很小，可以忽略不計。采用這些結構，使小車具有一很好的運動性能。簡易起草皮機小車受力如圖3-9所示：有如下關系:滑動摩擦力: 支撐反力: 水平方向受力: 以上關系可推出加速度: 從上式可以看出，由于小車質量m一定，若想增加加速度只有增加摩擦系數和減少支撐力N。由于簡易起草皮機活動場所在室內需要頻繁的更換速圖3-9 小車受力圖度，只有加速度大一些時，才能滿足足球簡易起草皮機快速性、實時性要求。 在摩擦系數一定時，只有盡量減少支撐力N，加速度才能達到最大，這直接關系到小車重心的位置。小車的電池和后加負載是小車中比重較大者，在放置是應該盡量靠近后輪，這樣支撐力N就會減小，加速度在啟動時就能保持盡量大。通過計算簡易起草皮機通過實驗驗證最優(yōu)加速度為3.92m/s左右。3.4系統(tǒng)可靠性設計 控制系統(tǒng)質量的高低主要表現(xiàn)在技術性能、可靠性、適應性和經濟性四個方面，其中技術性和可靠性是最重要的方面。但在系統(tǒng)的具體設計工作中，往往特別強調其技術性能指標而忽視了它的可靠性。而由于可靠性設計的不周密，在偶然囚素或意外事件的作用下，系統(tǒng)便不能正常工作，從而可能造成災難性的后果，系統(tǒng)的可靠性保證有賴十完善的可靠性設計、嚴格的部件制作、規(guī)范的設備安裝調試、正確的操作使用和經常性的維護。本運動控制系統(tǒng)的設計充分考慮了可靠性這一指標，主要體現(xiàn)在以下兒個方面1屏蔽技術本系統(tǒng)中，直流電機、驅動部件、甚至是微控制器使用的振蕩器，都是電磁干擾的噪聲源。當距離較近時，電磁波會通過分布電容和電感藕合到信號回路而形成電磁干擾;當距離較遠時，電磁波則以輻射形式構成干擾。針對上幾述情況，主要要通選用高導磁材料做成屏蔽體，使電磁波經屏蔽體壁的低磁阻磁路快速衰減，以降低干擾。 2地線的處理 理解產生地線噪聲的機制對于減小地線干擾至關重要，所有地線都有阻抗，和所有電路一樣，電流必須流回其源點，電流通過地線卜的有效陰_抗將產生一個電壓降，這些電壓降就是地線干擾的原因。正確接地是控制系統(tǒng)抑制干擾所必須注意的重要問題，在設計中若能把接地和屏蔽正確的結合，可很好地消除外界丁擾的影響。接地設計的基本目的是消除各電路電流流經公共地線時所產生的噪聲電壓，以及免受電磁場和地位差的影響，即使其不能形成地環(huán)路。 3抑制自感電動勢干擾在本系統(tǒng)中，使用了電動機這種具有較大電感量的器件。當電感回路的電流被切斷時，會產生很大的反電勢而形成噪聲干擾。這種噪聲不但能產生電磁場干擾其它回路，甚至還有可能擊穿電路中的晶體管之類的器件。對此在線圈兩端并聯(lián)了二極管來抑制反向自感電勢的干擾。結論本次設計內容是:簡易起草皮機硬件設計與驅動設計。第二章的內容是對簡易起草皮機進行了選型，分別對簡易起草皮機的運動方式、模型結構和車體成型方式做了比較，最終確定了非完整約束輪驅四輪式移動結構模型。后輪同軸驅動，前輪轉向的簡易起草皮機。并分別詳細介紹了簡易起草皮機的驅動部分和轉向部分的組成硬件。首先，選定驅動電機為直流電機，轉向電機為步進電機，然后對前后各部分的機械結構進行了設計，經校核，各零部件的強度和剛度都符合要求。最后結合所有設計內容對系統(tǒng)可靠性設計問題進行了研究討論。按照設計要求認真投入的完成了設計內容，整個設計過程使我對已經學過的知識更加系統(tǒng)，拓寬了我的知識面，進一步提高了我的自學能力，經過努力最終達到了預期目標。同時根據設計要求對簡易起草皮機的整體方案進行了分析，包括結構設計，驅動電機選擇。文章對簡易起草皮機硬件結構做了詳細的可行性分析及設計，并進行了相應的計算、校核，主要有驅動輪電機和轉向輪電機的選擇及其驅動電路的設計；齒輪的設計計算和校核；前后減震系統(tǒng)以及轉向機構設計和車體的一些機械結構設計等，并針對本設計所研究的簡易起草皮機做了系統(tǒng)設計的可靠性設計。畢業(yè)設計收獲很多，比如學會了查找相關資料相關標準，分析數據，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經驗公式的獲得，是不懈努力的結果。同時，仍有很多課題需要在以后的工作中去努力去完善。但是畢業(yè)設計也暴露出自己專業(yè)基礎的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。這次實踐是對自己大學四年所學的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學之路還很長，以后更應該在工作中不斷努力學習，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人，為中國機械行業(yè)添上自己的微薄之力。致謝這次畢業(yè)設計可以圓滿的完成，離不開導師XXX的悉心指導。從課題的提出和論證到論文完成，X導師淵博的學識、先進的學術思想、對待研究的嚴謹態(tài)度和無私的奉獻精神都是學生的楷模，使我受益匪淺，在論文完成之際，謹向尊敬的X導師致以崇高的敬意和由衷的感謝。經過這段時間的畢業(yè)設計，我感覺到掌握扎實的基礎知識和學會使用必要工具的重要性，深刻體會到網絡資源的巨大作用，在遇到難以解決的問題時，可以在網絡中尋找所需的資料，到相關的論壇上去求得幫助；學會靈活運用電腦網絡這個現(xiàn)代工具是我們必備的素質。同時畢業(yè)設計對我的英語水平也提出了較高的要求，通過閱讀英文資料、翻譯英文材料切實提高了我使用英語的水平，使我在今后的學習中不至落后現(xiàn)代技術發(fā)展的潮流。在進行畢業(yè)設計的過程中 ，我的感激之情無以言表，僅以此文獻給他們，感謝我的朋友們，大家這四年來無論深處何地，距離多遠，我始終感受的到與你們大家在一起；感謝我的老師，四年來對我的關心幫助讓我在學校的生活和學習中都能有親人般的感覺；感謝我的同學們，大家雖然來自不同的地方，但是大家始終相親相愛，團結一致。我很慶幸能有了你們大家陪我一路走過艱難的歷程?；厥状髮W四年，往事歷歷在目，心緒難以平復，如此多的關心和幫助讓我感到莫大的幸運，感覺充滿力量，無論是身邊的同學老師還是遠方的親人朋友們，他們的支持是我可以努力和堅持的最大動力，有了他們才真正讓我感受到這個世界是無與倫比的美麗，這些都將支持我走向新的崗位，為社會為他人貢獻我的綿薄之力。參考文獻1 機械設計手冊編委會編，機械設計手冊，機械工業(yè)出版社出版.2005.9：6-896-93,9-1009-1062 邱宣懷，機械設計(第四版)，高等教育出版社.2006.10：204256,2963083 張海根，機電傳動控制，高等教育出版社.2002.8：901174 張 霞 蔡宗壽 我國草坪機械使用現(xiàn)狀及發(fā)展對策 農機化研究 第六期 5 黃文敏 草坪割草機動力產品試驗規(guī)程的制訂及應用 林業(yè)機械與木工設備6 王振東 涂洪森 草坪割草機高度調節(jié)機構對作業(yè)質量影響分析及其優(yōu)化設計 林業(yè)機械與木工設備7 李凱捷 王琦 草坪割草機拋射物試驗及設計開發(fā)試驗臺的研究 林業(yè)機械與木工設備8 陳忠 司慶功 王秋生等 堤坡平地兩用型手扶式割草機的研制 人民黃河第30卷第3期9 姚昊萍 張建潤 割草機電機隔振墊的優(yōu)化設計 噪聲與震動控制2010年第三期10 呂 琳 黃維亞 割草機電機罩的沖壓成形工藝 微特電機 2008年第4期11 梅敦 張瑞英 割草機動刀片磨損機理探討 內蒙古工業(yè)大學學報12 單春 賢方攀 邵霞 割草機機具參數對碎草拋撒性能的影響 農業(yè)機械13 李琦 馬祥 基于工控機的割草機變速箱測試控制系統(tǒng) 計算機應用14 周忠旺 基于空氣動力學原理的氣墊式割草機葉輪設計 制造業(yè)自動化15 陳智君 姚建華 樓程華等 激光表面合金化工藝在割草機刀片中的應用研究 激光與光電手母進展16 李 敏 王金青 鄧建霞等 淺談割草機在堤防工程草本植被養(yǎng)護中的應用前景 中 國 水 運17 王東清 實用型多功能割草機的研制 林業(yè)機械與木工設備18 戴福國 李英杰 手推式靜音草坪割草機介紹 山東農機19 Xiyin Gao Haijun Yang Pengyun Xu etc The Research of Computer Aided Ergonomics Analysis in Farm Machinery-42-