旋刀式割草機的設(shè)計
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旋刀式割草機的設(shè)計旋刀式割草機的設(shè)計 姓姓 名：鐘水林名：鐘水林 班班 級：機制級：機制1004 學(xué)學(xué) 號：號：20101134 指導(dǎo)老師：林金龍指導(dǎo)老師：林金龍一、課題背景及其意義一、課題背景及其意義n 隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生存環(huán)境的要求也越來越高，城市環(huán)境的保護得到越來越多的重視。我國草坪建設(shè)也得到了迅速的發(fā)展。草坪美化環(huán)境，固土護坡，凈化空氣多種功能已經(jīng)成為人們的共識。割草機作為草坪養(yǎng)護的基本工具，已經(jīng)實現(xiàn)了大規(guī)模的生產(chǎn)和使用。一些最新的科學(xué)理論、最新的科研成果和最新的科學(xué)技術(shù)都在這些機械設(shè)備上有體現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)方面，單片機、可編程控制器PLC等得自動化控制手段都得到充分的應(yīng)用。一些發(fā)達國家如美國已經(jīng)發(fā)明機器人割草機，實現(xiàn)了自動化作業(yè)。n 二、二、整機總體設(shè)計方案整機總體設(shè)計方案n 旋刀式割草機主要萬向輪、下機架、發(fā)動機、上機架、推桿、工作軸、工業(yè)走輪和刀片等組成。汽油發(fā)動機提供動力，其輸出軸和工作軸通過花鍵連接，帶動旋刀工作，使其實現(xiàn)割草動作，發(fā)動機有油門控制旋鈕，通過旋轉(zhuǎn)旋鈕控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速以及停止，從而實現(xiàn)控制旋刀的工作轉(zhuǎn)速，使其能夠在操作者的要求之下工作。機具的行走通過操作者推動割草機來實現(xiàn)，割草機的前輪是萬向輪，可以實現(xiàn)割草機的靈活轉(zhuǎn)向。n 在割草機工作時，行走的操作者為割草機提供行走動力，并控制使其按人的要求轉(zhuǎn)向；發(fā)動機帶動刀片旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)割草作業(yè)。翼片可將刀殼內(nèi)的空氣排出，這時刀殼內(nèi)形成負壓，當草長的較高，割草機前進時，刀殼前部下緣會把草按倒；翼片旋轉(zhuǎn)形成的氣流可將刀刃切下的草屑懸浮到氣流中，經(jīng)排草口排除刀殼，就地灑落。三、主要零部件設(shè)計三、主要零部件設(shè)計3.1割草割草機機架設(shè)計機機架設(shè)計3.2割草高度調(diào)節(jié)割草高度調(diào)節(jié)設(shè)計設(shè)計n 通過調(diào)整改變花鍵的配合尺寸，從而達到調(diào)節(jié)旋刀的離地高度，從而實現(xiàn)割草高度的調(diào)節(jié)。工作軸與傳動軸由螺紋管連接，可以固定調(diào)整后的高度?；ㄦI連接調(diào)節(jié)原理花鍵連接調(diào)節(jié)原理3.4 刀片刀片n 刀片選材及其結(jié)構(gòu)刀片選材及其結(jié)構(gòu)n 參考旋刀式割草機刀片研究的最新進展，刀片材料選用65Mn鋼，等溫淬火后硬度達4250HRC，可以顯著改善刀片磨損，提高片的使用壽命。n 研究指出，刀片速度為7197m/s時，刀片結(jié)構(gòu)上，翼篇形成角其2535度，翼弦高1719mm，翼弦長度為5676mm，刀厚3mm時，由旋刀引起的空氣動力噪聲相對較低。n 根據(jù)以上文獻資料確定刀片結(jié)構(gòu)，并作出三維實體模型。四、結(jié)論與展望四、結(jié)論與展望 n1、本文分析了目前國內(nèi)外草坪割草機械的現(xiàn)狀及存在問題，研究了普通草坪的物理狀況，為旋刀式割草機參數(shù)提供依據(jù)。n2、針對當前國內(nèi)草坪面積不大卻形狀各異、要求割草靈活方便的問題，結(jié)合草坪修剪及方便實用和農(nóng)藝特點，吸收了最新型旋刀式剪草機及其它經(jīng)典機型的設(shè)計理念，提出旋刀式割草機的改進設(shè)計的設(shè)計思路。n3、在整機設(shè)計中，以汽油發(fā)動機作為動力，體積小、成本低、工作可靠。采用裝配式機架，汽油發(fā)動機輸出動力帶動旋刀工作，發(fā)動機固定在機架上方，使整機結(jié)構(gòu)簡單緊湊又可根據(jù)不同工作環(huán)境以及工作要求調(diào)整機架。行走輪與機架直接固定，通過推桿實行轉(zhuǎn)向。其他零部件經(jīng)過計算校核后，盡可能采用通用件或標準件，體現(xiàn)了經(jīng)濟、實用、操作簡易、維護簡單、成本低廉的設(shè)計原則。五、五、致致 謝謝n對于這次畢業(yè)設(shè)計的完成，首先感謝江西農(nóng)業(yè)大學(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機會，使我學(xué)到了許多新的知識、知道了知識的可貴與獲取知識的辛勤。n承蒙林金龍老師的耐心指導(dǎo)，我順利地完成了我的畢業(yè)設(shè)計。在此深深感謝四年大學(xué)學(xué)習(xí)過程中所有授予我知識的老師，感謝你們！同時感謝林金龍老師在設(shè)計中的方案確定以及設(shè)計細節(jié)上的指導(dǎo)。n在我的設(shè)計過程中，還得到了眾多同學(xué)的支持和幫助，在此，我對這些同學(xué)表示我衷心的感謝和永遠的祝福！肯請各位老師批評指正！肯請各位老師批評指正！
JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）
題目： 旋刀式割草機設(shè)計
學(xué) 院： 工學(xué)院
姓 名： 鐘水林
學(xué) 號： 20101134
專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化
年 級： 機制1004
指導(dǎo)教師： 林金龍 職 稱：教師
二0一四 年 五 月
旋刀式割草機的設(shè)計
目 錄
1國內(nèi)外旋刀式割草機的發(fā)展狀況 3
1.1割草機的分類 3
1.2割草機割草的基本要求及注意事項 3
1.3研究的內(nèi)容和方法 4
1.4預(yù)期目標 4
2 整機總體設(shè)計方案 4
2.1 設(shè)計原則 4
2.2 旋刀式割草機的設(shè)計方案 5
3 旋刀式割草機主要部件的設(shè)計與計算 7
3.1割草機工作部分設(shè)計 8
3.2推桿的設(shè)計 11
3.3機架的設(shè)計 11
4 旋刀式割草機傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算 15
4.1動力傳遞方案 15
4.2傳動比的計算 15
5主要部件的強度分析 16
6總結(jié) 17
致謝 19
參考文獻 20
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摘??要
本次我設(shè)計的手推旋刀式割草機主要由框型連接成的行走輪、支架、和割草機構(gòu)組成，行走輪的內(nèi)圈設(shè)計有齒輪，割草機構(gòu)由滾刀構(gòu)成。滾刀的軸架放置于支架上，該軸的兩端分別裝有與行走輪的內(nèi)圈齒輪相嚙合形成行星輪系的小齒輪，滾刀刀片其刀刃為扭曲弧度形固定于刀架上，且在刀刃的前后設(shè)有切削角度，這樣當割草機工作時，刀刃與草形成一定合適的角度，有力的提高了刀片與草之間的切削力，從而盡量的減小了滾刀片在切割草的同時撕拉草筋而損傷草根的程度，有效地提高了割草機的割草效率，對草坪的長遠發(fā)展更有好處。本次設(shè)計的手推割草機適于家里庭院及私人花園等草地使用，不需要電力或柴油為動力，無噪音及雜物等污染，符合現(xiàn)代環(huán)保要求。人們在割草工作中，既可以鍛煉身體又可以達到修整草坪的目的。??
關(guān)鍵詞：割草機；環(huán)保；割草
?
Abstract
?The?design?of?hand?push?reel?mower?consists?mainly?of?walking?wheels,?frame,?handrail?frame?and?cutting?subassembly,?walking?wheels?have?the?inner?ring?gears,?cutting?subassembly?make?up?of?the?hob?and?fixed?knife.?The?shaft?of?hob?rests?on?the?frame;?at?both?ends?of?the?shaft?have?the?pinion?gears?that?mesh?with?the?inner?ring?gears.?The?fixed?knife?installs?on?the?frame,?the?cutting?edge?of?fixed?knife is tangent?to?the?ho ’s?blade.?Hob?twisted?blades?fix?on?the?tool?carrier,?and?with?the?blade?cutting?angle?on?the?front?and?rear.?The?bevel?angles?of?cutting?edge?can?enhance?the?cutting?forces?when?mow?the?lawn,?and?increase?work?efficiency.?The?mower?designed?for?home?and?private?garden?and?small?lawn?use,?without?electricity?or?diesel-powered,?no?air?and?noise?pollution,?accord?with?the?requirements?of?environmental?protection.?People?walk?through?the?grass?for?not?only?physical?exercise?but?also?realization?of?the?purpose?of?trimming?the?lawn.??
Keywords:?reel?mower；lawn；environmental?protection?
1國內(nèi)外旋刀式割草機的發(fā)展狀況
1.1割草機的分類
按切割器類型可以分為旋刀式、往復(fù)式、滾刀式等。其中，應(yīng)用最多的是旋刀式割草機、滾刀式割草機和往復(fù)式割草機。
往復(fù)式割草機割茬低而整齊，草坪損失少，單位割幅的金屬用量和功率消耗低，從而達到成本低的效果。它的工作速度一般為4~5km/h。旋刀式割草機是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)打切草上部的葉片，它適于35~75mm范圍內(nèi)割草。由于其工作中低廉，維修方便，使用靈活，只要將刀磨得鋒利，就能達到較為理想的割草效果。因而，市場上的草坪大都使用旋刀式割草機作業(yè)，從而使旋刀式割草機稱為國內(nèi)外最流行的割草機。
按配套動力和作業(yè)方式分可以分為：手推式、手扶自行式、和拖拉機懸掛式割草機。
按動力驅(qū)動方式主要分為人力驅(qū)動、電力驅(qū)動和發(fā)動機驅(qū)動三種形式。其中，以各種發(fā)動機驅(qū)動的割草機最多，發(fā)動機多使用單缸汽油機。
動力驅(qū)動的割草機按牽引方式或懸掛方式可分為前置的、側(cè)置的、后置的、中置的割草機。當今，也存在著旋刀式手推隨行式割草機，大部分采用中置式懸掛，而滾刀手推隨行式割草機大多采用了前置的掛接，大型割草機則會采用混合牽引方式。
1.2割草機割草的基本要求及注意事項
1.2.1基本要求
（1）割草高度可根據(jù)實際要求來調(diào)整，適應(yīng)的高度調(diào)整范圍較大，當草坪要求修剪比較低能夠達到要求。
（2）割草平整、整齊，同一個往返中割草高度要求一致，兩次作業(yè)行程銜接較為平滑、沒有接茬。
（3）對不同的地形適應(yīng)能力較為強，行走能力強，隨地形不同變化剪草高度較為一致。
（4）割草機對草坪碾壓較為輕、傷害比較少。
（5）草屑等得收集要求干凈，被切割細碎性能好，有利于灑落在草坪下及時的腐爛。
（6）割草機的整體質(zhì)量較好，故障較少，節(jié)省有用燃料、效率較為高。
（7）方便于操作、靈活輕便、維修方便，零部件互換性和通用性較好。
（8）正確的掌握修剪草坪時間同時制定科學(xué)的修剪頻率和修剪高度。
1.2.2注意事項
（1）不可以將手推式割草機用于割攀藤植物、屋頂或陽臺上的雜草，那樣會有可能傷害到自己身體。
（2）每次在使用之前都必須仔細的進行檢查，確認螺栓、螺母、工具等都沒有磨損或破壞，對于磨損或破壞了的刀片應(yīng)當及時的進行更換。
（3）檢查一下要割草草坪表面，要及時清除干凈石頭等堅硬的物體，這些物品碰到刀片時有可能會飛甩出去而沒辦法控制。
（4）如果旁邊有人，特別是兒童和婦女的時候，不應(yīng)該使用這種割草機。
（5）割草時一定要穿防滑底靴子。
（6）旋轉(zhuǎn)的刀片有可能會造成傷害，刀片轉(zhuǎn)筒和操作人員之間的安全距離要通過導(dǎo)桿分隔開的，一定要保持這個安全距離。在斜坡上割草時尤其要注意這點，一定要科學(xué)的順著斜坡的方向割草。
（7）當后退拉動割草機時要小心，有可能會有絆倒的危險。
（8）任何時候都不能將手或者腳放在運動的部件的上方或下方。
（9）如果刀具遇到障礙或者堅硬的物體時，一定要適當?shù)厝鏅z查割草機。
（10）只能在能見度較好，視野比較清晰的時候才能進行正常工作。
1.3研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)目前我國割草機的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題和人們草坪割草機的高要求，對現(xiàn)在有的割草機進行不同程度地改進。在旋刀式割草機基礎(chǔ)上，通過對它進行做減噪處理和刀片的強化處理，利用現(xiàn)代科學(xué)設(shè)計方法，設(shè)計出一款結(jié)構(gòu)比較簡單、操作狠方便、低噪音、高效率的旋刀式割草機。
在設(shè)計旋刀式草坪割草機整體結(jié)構(gòu)，主要由汽油發(fā)動機、工作軸、傳動軸、割草機機架、行走輪、旋刀刀片組成。
汽油發(fā)動機機為其提供動力，通過工作軸和傳動軸為旋刀裝置提供動力。旋刀裝置主要部件為刀片。
討論分析旋刀式割草機的基礎(chǔ)參數(shù)，參考現(xiàn)有旋刀式割草機的基本參數(shù)，既要保證工作的要求，又要求盡量的減小噪音污染并提高刀片使用壽命。根據(jù)選用的有關(guān)參數(shù)，由經(jīng)驗的公式計算旋刀式割草機所要的功率，根據(jù)該功率選擇合適的汽油發(fā)動機型號。
該課題的研究方法有：理論方面的設(shè)計、繪制模擬的樣機并實現(xiàn)仿真模擬。既要保證割草機的使用方面的要求，又要求減小噪音污染，并提高刀片的有效使用壽命。
1.4預(yù)期目標
（1）整機結(jié)構(gòu)比較簡單，維護很方便，質(zhì)量較輕，尺寸較小，機動性較好。
（2）汽油發(fā)動機為工作動力源，人作為行走動力，造價低、可靠性高、使用簡便，具有節(jié)省能源，降低污染的特點。
（3）適于一般草坪維護，成本低廉，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
2 整機總體設(shè)計方案
2.1設(shè)計原則
總體設(shè)計的一個旋轉(zhuǎn)刀式割草機設(shè)計遵循的原則
(1)第一個滿足農(nóng)藝要求和適應(yīng)情節(jié)草坪區(qū)、良好的指導(dǎo)和操作的靈活性。
(2)吸收的設(shè)施農(nóng)業(yè)機械在國內(nèi)外新技術(shù),采用新原理、新結(jié)構(gòu)和新工藝,設(shè)計合理,使用可靠,優(yōu)質(zhì)、廉價、可廣泛推廣。
(3)高度的零部件的通用化和標準化。
(4)機器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作簡單、維修方便,輕質(zhì)量,良好的流動性。
2.2 旋刀式割草機的設(shè)計方案
圖2-1旋刀式割草機實物圖
圖2-2旋刀式割草機簡圖
1.工業(yè)腳輪 2.工業(yè)腳輪架 3.下機架 4.上機架
5.發(fā)動機6.推桿7.工業(yè)走輪架 8.工業(yè)走輪9.工作軸 10.刀片
如圖2 - 2所示,旋轉(zhuǎn)刀式割草機工業(yè)腳輪,在框架下,引擎框架,推桿,工作軸,工業(yè)輪子和刀片,等。汽油發(fā)動機功率,輸出軸通過花鍵和配備刀片軸相連,驅(qū)動旋轉(zhuǎn)刀工作,使其實現(xiàn)割草,發(fā)動機油門控制旋鈕,旋轉(zhuǎn)旋鈕控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速和停止,從而實現(xiàn)控制工作速度,實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刀的控制工作。
手推割草機的權(quán)力是來自行走輪驅(qū)動,推力驅(qū)動的人。指“人機工程手冊》,人們步行速度約為3 ~ 5公里/小時,48 ~ 64米/分鐘,即考慮削減推割草機,選擇人步行速度48米/分鐘,0.8米/秒。
綜合以上因素,推桿的大小機械設(shè)計支持,并根據(jù)不同性別和年齡將推桿可以調(diào)整高度和角度的設(shè)計。站在大小的工作操作,以及人體需要活動空間。
由《人機工程手冊》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170 cm左右。因此，推桿距地面的高度取為1000毫米,且可在840~1300毫米之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。
設(shè)計原則:工作場所的高度取決于力量,運營商的高度的操作對象的大小,以及視野。
精密加工,使用肘部的支持。(設(shè)計大小男人:105 ~ 115 mm的女性:100 ~ 100毫米)
B:副固定在工作臺高度:113毫米
C:輕體力勞動。(男:95 ~ 100毫米女人:90 ~ 90毫米)
D:辛勤工作。(男:80 ~ 95毫米女人:75 ~ 75毫米)
這個設(shè)計屬于D范圍內(nèi)的設(shè)計。
因為一只手推式割草機,力量來自人步行和推力。應(yīng)考慮的因素、結(jié)構(gòu)尺寸和行走輪直徑不宜太大。旋轉(zhuǎn)刀片速度需求71 ~ 97米/秒,速度范圍可以選擇旋轉(zhuǎn)到一個合理水平的噪音,并能正常工作。
如果車輪直徑太大,會使機器底盤,影響整個機器的協(xié)調(diào),如果車輪直徑太小,很難,不能滿足設(shè)計要求,以滿足人們的推力約為200 N可以推割草機。
初步選擇外輪D = 80毫米直徑,
由理查德·人機工程手冊,人體身高大小在170厘米(男性)。因此,把離地面高度為100厘米,100 ~ 100厘米之間,可以調(diào)整,符合人體健康。
能耗計算
割草的功耗割草機的設(shè)計功耗,電源提供的,不包括在計算。旋轉(zhuǎn)刀剪草坪割草機上平地消耗功率的計算公式,
式——機速度(米/秒);
B -機械切削副(m);
——伐區(qū)的莖每平方米需要功率,通常需要= 200 ~ 300。
所需的割草機權(quán)力。
選擇1.5馬力的發(fā)動機。
通過上述分析的割草機的各種參數(shù):
割草機的總體寬度:495毫米;
割草機切割長度:400毫米;
割草高度:25 ~ 50 mm;
旋轉(zhuǎn)葉片寬度:B = 58毫米;
螺旋刀厚度:l = 3毫米;
底盤高度從地面:h = 350毫米;
發(fā)動機轉(zhuǎn)速:n = 3600 r / min;
螺旋刀的速度:n = 3600 r / min = 75.4米/秒;
螺旋刀片速度:v = 71 ~ 71米/秒;
切削速度之間71 ~ 97毫秒,適當;
人們繼續(xù)推動15 ~ 20公斤,F = 200 n;
P =陣線= 200 * 0.8 = 0.16;
設(shè)置草地類型:原位。
本田GX35汽油發(fā)動機,它的主要技術(shù)參數(shù)如表2 - 1所示:
3 旋刀式割草機主要部件的設(shè)計與計算
3.1割草機工作部分設(shè)計
圖3-1刀組結(jié)構(gòu)圖
表2-1 本田GX35汽油機技術(shù)參數(shù)
項目
技術(shù)參數(shù)
汽油機型號
GX35
汽油機型式
單缸、四沖程
氣缸直徑（mm）
39.0
活塞直徑（mm）
30.0
排量（mL）
31
標定轉(zhuǎn)速(r/min)
3600
最大功率（ps）
4
旋轉(zhuǎn)方向
逆時針方向（面向輸出軸）
化油器型式
膜片式
點火系統(tǒng)
晶體化，無觸點
火花塞編號
GMR5H(NGK)
起動方式
手拉反沖起動
外形尺寸（長×寬×高）（mm）
198×234×240
調(diào)速器型式
離心重錘式
燃油箱容量（L）
1
凈重（kg）
3.4
如圖3 - 1所示:旋轉(zhuǎn)刀螺紋圓柱銷定位螺母固定在工作軸,通過花鍵軸與發(fā)動機輸出軸,軸上的軸向定位打開11毫米深孔和兩個螺紋圓柱銷的位置。工作部件組成一組這樣的機構(gòu),旋轉(zhuǎn)刀可以隨時改變。
圖3-1旋刀
圖3-2旋刀結(jié)構(gòu)圖
旋轉(zhuǎn)葉片結(jié)構(gòu)圖如圖3 - 2所示,材料是65 mn鋼等溫淬火后的硬度42 ~ 50,。
3.1.2傳動軸的設(shè)計
材料是40 MNB合金結(jié)構(gòu)鋼、調(diào)質(zhì)處理、硬度的,28日
內(nèi)部花鍵軸端,結(jié)構(gòu)如圖3 - 3所示。
圖3-3傳動軸圖
（1）軸徑的初步計算
根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強度條件 ,式中：
——扭轉(zhuǎn)相應(yīng)切力，；
——軸所受的扭矩，；
——軸的抗扭截面系數(shù)，；
——軸的轉(zhuǎn)速，；
——軸傳遞的功率，；
——計算截面處軸的直徑，。
已知。其中，
得，
對于空心軸，，式中為空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取=0.5~0.6。
已知P =1.25，n=3600 r/min，軸的材料選用 40MnB， 。
將其代入式中，得實心軸軸徑；
空心軸軸徑。
故輸出軸的實心部分最小軸徑要大于7.73mm，空心部分最小軸徑要大于7.90mm，
（2） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖3-4傳動結(jié)構(gòu)軸
傳動軸的結(jié)構(gòu)簡圖如上圖3-4，一有內(nèi)花鍵，另一端直接與發(fā)動機的輸出軸相連；通過花鍵連接將動力傳導(dǎo)至工作軸。
3.1.3 工作軸的設(shè)計
材料是合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28HRC，,
，,軸上一端為外花鍵，結(jié)構(gòu)如下圖3-5。
圖3-5工作軸
軸徑的初步計算同上，工作軸最小軸徑要大于7.90mm。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖3-6工作軸結(jié)構(gòu)圖
工作軸的結(jié)構(gòu)簡圖如上圖3-6，一端有加工有外花鍵，與傳動軸相連，另一端連接旋刀，帶動旋刀進行割草作業(yè)。
3.1.4傳動機構(gòu)設(shè)計
傳動軸和工作軸通過花鍵連接，以此調(diào)整旋刀離地的高度，實現(xiàn)對割草高度的調(diào)節(jié)。
圖3-7傳動機構(gòu)
3.2推桿的設(shè)計
材料是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的鋼管，有推桿和推桿套兩部分組成，可伸縮滿足不同身高的人對割草機的操縱，結(jié)構(gòu)如下3-8。
圖3-8推桿結(jié)構(gòu)圖
3.3機架的設(shè)計
3.3.1萬向輪的設(shè)計
割草機的行走輪，采用工業(yè)腳輪和工業(yè)車輪的設(shè)計理念，充分考慮割草機低速行駛的特點，行走輪材料采用聚甲醛POM，材料選擇依據(jù)：聚甲醛耐磨性和剛性高于尼龍，尤其是彈性模量高、硬度高，這事其他塑料所不能比的；聚甲醛自潤滑性能好，耐磨性好，摩擦因數(shù)為0.15~0.35，極限值為；聚甲醛有較小的蠕變性和吸濕性，故其尺寸穩(wěn)定性好；長期使用溫度為-40～100℃；用聚四氟乙烯填充的聚甲醛，可顯著降低米擦因數(shù)，提高耐磨性極限值。因此聚甲醛聚甲醛常被用來制作相對強度有一定要求的一般結(jié)構(gòu)零件，適用于在輕載荷、霧潤滑或少潤滑條件下工作的各種耐磨受力傳動零件，以及制作間摩擦自潤滑零件。
走輪的大小尺寸應(yīng)與割草機的整體形狀和尺寸緊緊相連。根據(jù)機具整體設(shè)計方案并參考GB/T 14688-1993等相關(guān)國標數(shù)據(jù)，割草機的前輪采用萬向輪，以方便割草機的轉(zhuǎn)向，以實現(xiàn)機動靈活的割草作業(yè)，后輪采用腳輪形式。
萬向輪的外徑是，其具體形狀參照《機械設(shè)計手冊》中工業(yè)腳輪的形狀和尺寸。結(jié)構(gòu)采用萬向輪支架裝配，萬向輪支架材料選用HT200，并將支架焊接在割草機機架上。由公式得：外輪的轉(zhuǎn)速
萬向輪結(jié)構(gòu)如圖3-9。
圖3-9萬向輪結(jié)構(gòu)圖
3.3.2 腳輪的設(shè)計
輪子材料是聚甲醛POM，支架材料為HT200，由于萬向輪和腳輪的支架結(jié)構(gòu)尺寸不相同，為了是機架在平地上保持水平，取腳輪的外徑為170mm，其具體形狀參照《機械設(shè)計手冊》中工業(yè)車輪的形狀和尺寸。結(jié)構(gòu)采用腳輪支架裝配，同樣焊接在割草機底部底部。結(jié)構(gòu)如圖3-10。
圖3-10腳輪結(jié)構(gòu)圖
3.3.3 機架的設(shè)計
（1）機架材料是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼，由下機架和上機架兩部分組成，可通過調(diào)節(jié)銷軸實現(xiàn)對機架高度的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對旋刀離地高度的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對割草高度的調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)如下3-11。
圖3-11機架結(jié)構(gòu)圖
（2）銷軸的選擇
銷主要分為用于固定零件之間相對位置的定位銷，用于連接的連接銷和用于安全裝置中的過載剪斷元件的安全銷。本設(shè)計中上機架和下機架的鉸接處用銷軸連接。銷軸材料選用35鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28~38HRC，表面氧化。根據(jù)具體的情況要求以及方便操作的要求，選用銷軸（GB/T 882-2000），開口銷（GB/T 91-2000）?？紤]到割草機工作時對銷軸有一些沖擊，故取許用剪切應(yīng)力，許用壓應(yīng)力，抗拉強度。
發(fā)動機的質(zhì)量為3.4kg,燃油箱容量為1L，裝滿燃油時燃油質(zhì)量為0.725kg，上機架材料采用16Mn。其質(zhì)量為1.6kg。故作用在每個銷軸上的力為
銷軸工作面的擠壓應(yīng)力 ，
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
銷軸的剪切應(yīng)力 。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
銷軸的彎曲應(yīng)力 。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
3.4.4刀殼的設(shè)計
外殼材料選用HT100，選用依據(jù)是HT100有一定的強度，抗壓強度非常高，有良好的吸振性、減振性和潤滑性，有良好的切削加工性與鑄造性，可用于制造外罩、手把等形狀簡單、對強度無要求的零件。
圖3-12外殼結(jié)構(gòu)圖
外殼的外形上方下圓，外殼的頂部有四個孔，可使用螺釘將其固定在機架底部。起到安全防護和收集草屑的作用。在外殼的一端有延伸的排草口。因為旋刀結(jié)構(gòu)設(shè)計上，在兩端有刃口和翼片，當旋刀旋轉(zhuǎn)割草作業(yè)時，翼片可將刀殼內(nèi)的空氣排出，這時刀殼內(nèi)形成負壓，當草長的較高，割草機前進時，刀殼前部下緣會把草按倒；當草長得茂盛而發(fā)生倒伏時，刀殼外的空氣刀殼內(nèi)時，可對倒伏的草起到提升的作用。翼片旋轉(zhuǎn)形成的氣流可將刀刃切下的草屑懸浮到氣流中，經(jīng)排草口排除刀殼，就地灑落。從而避免出現(xiàn)草屑在刀殼內(nèi)堵塞的現(xiàn)象。
4 旋刀式割草機傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算
本次設(shè)計的手推旋刀式割草機的傳動部分采用花鍵連接的軸組成。當發(fā)動機工作使得輸出軸轉(zhuǎn)動時，通過花鍵連接的工作軸旋轉(zhuǎn)，使得旋刀也一起轉(zhuǎn)動，通過旋刀的高速旋轉(zhuǎn)動作，將草坪上多余高度的草割斷。
4.1動力傳遞方案
動力傳動方案如圖4-1所示：
圖4-1動力傳動方案
4.2傳動比的計算
電動機的轉(zhuǎn)速為3600r/min，用n表示，旋耕刀的轉(zhuǎn)速為 3600 r/min，用表示，則割草機的傳動比。
4.3傳動系統(tǒng)計算與工作軸設(shè)計
割草機的傳動軸和輸出軸之間用花鍵連接，花鍵連接有外花鍵和內(nèi)花鍵組成，花鍵連接具有受力均勻、可承受較大載荷、對中性好、導(dǎo)向性好等特點，花鍵連接的齒數(shù)尺寸、配合等均按標準選取。本設(shè)計采用定心精度越高，定心的穩(wěn)定性好的矩形花鍵，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。
4.3.1載荷計算
輸入轉(zhuǎn)矩
名義切向力
單位載荷
4.3.2齒面接觸強度計算
齒面壓應(yīng)力
取。
齒面許用壓應(yīng)力
。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
4.3.3齒根彎曲強度計算
齒根彎曲應(yīng)力,取,
。
齒根許用彎曲應(yīng)力
。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
4.3.4齒根剪切強度計算
。
應(yīng)力集中系數(shù)
剪切應(yīng)力 。
齒根最大剪切應(yīng)力 。
許用剪切應(yīng)力 。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
4.3.5齒面耐磨能力計算
齒面壓應(yīng)力
齒面磨損許用壓應(yīng)力。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
花鍵副長期工作無磨損時耐磨損能力計算
齒面壓應(yīng)力
齒面磨損許用壓應(yīng)力（查表5-3-38）。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
外花鍵的扭轉(zhuǎn)與彎曲強度計算
彎矩，
彎曲應(yīng)力 。
當量應(yīng)力 。
許用壓應(yīng)力
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
5主要部件的強度分析
軸的校核
對工作軸進行扭轉(zhuǎn)剛度校核計算
對工作軸進行受力分析，其受力分析圖如下：軸材料選用合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB。,，。
圖5-1工作軸的受力圖
圖5-2工作軸扭矩圖
工作軸所受扭矩 ，
軸的扭轉(zhuǎn)變形角用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示，階梯軸的扭轉(zhuǎn)角的計算公式為
。
式中：——階梯軸第i段上所受的扭矩，。
——軸的材料的剪切彈性模量，，對于鋼材，。
——階梯軸第i段幾面的極慣性矩，，對于圓軸，。
——階梯軸第i段的長度，。
——階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。
工作軸的扭轉(zhuǎn)角為
。
軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為，為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用場合有關(guān)。對于一般傳動軸，可??；對于精密傳動軸，可取；對于精度要求不高的軸，。在割草機工作軸的傳動中，因為是一般傳動，所以取。
計算結(jié)果：滿足強度條件，安全。
6總結(jié)
（1）本文分析了目前草坪割草機械的現(xiàn)狀及存在問題，研究了普通草坪的狀況，為旋刀式割草機參數(shù)提供依據(jù)。
（2）針對當前國內(nèi)草坪面積不大卻形狀各異、要求割草靈活方便的問題，結(jié)合草坪修剪及方便實用和農(nóng)藝特點，吸收了JUS-420旋刀式剪草機及其它經(jīng)典機型的設(shè)計理念，提出旋刀式割草機的改進設(shè)計的設(shè)計思路。
（3）在整機設(shè)計中，以汽油發(fā)動機作為動力，體積小、成本低、工作可靠、。采用裝配式機架，汽油發(fā)動機輸出動力帶動旋刀工作，發(fā)動機固定在機架上方，使整機結(jié)構(gòu)簡單緊湊又可根據(jù)不同工作環(huán)境以及工作要求調(diào)整機架。行走輪與機架直接固定，通過操向桿實行轉(zhuǎn)向。其他零部件經(jīng)過計算校核后，盡可能采用通用件或標準件，體現(xiàn)了經(jīng)濟、實用、操作簡易、維護簡單、成本低廉的設(shè)計原則。
致 謝
對于這次畢業(yè)設(shè)計的完成，首先感謝母校江西農(nóng)業(yè)大學(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機會，使我學(xué)到了許多新的知識、知道知識的可貴與獲取知識的辛勤。
在我的設(shè)計過程中，還得到了眾多學(xué)生的支持和幫助，在此，我對這些同學(xué)表示我衷心的感謝和永遠的祝福！
對于這次的畢業(yè)設(shè)計，還有許多美好的設(shè)想由于時間和自身因素?zé)o法得以實現(xiàn)，這不能不說是本次設(shè)計的遺憾之處。不過，至少它啟發(fā)了我的的思維，提高了我的動手能力，豐富了我為人處世的經(jīng)驗，進一步鞏固了所學(xué)知識，這為我在以后的學(xué)習(xí)過程當中奠定了堅實的基礎(chǔ) 。也為以后在自己的工作崗位上發(fā)揮才能奠定了堅實的基礎(chǔ)。
最后，再一次衷心的感謝贈與我知識、給予我?guī)椭乃欣蠋煟銈儌鬟f的知識使我受用一生，你們的恩情我會永生難忘！雖然說謝謝二字不足以表達我的感情，但是仍然對你們說聲“謝謝你們啊”，“桃李不言，下子成溪”！
參 考 文 獻
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[17]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊（第 3 卷）[M].機械工業(yè)出版社,2004.8:22-157.
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旋刀式割草機的設(shè)計
目 錄
1國內(nèi)外旋刀式割草機的發(fā)展狀況 3
1.1割草機的分類 3
1.2割草機割草的基本要求及注意事項 3
1.3研究的內(nèi)容和方法 4
1.4預(yù)期目標 4
2 整機總體設(shè)計方案 4
2.1 設(shè)計原則 4
2.2 旋刀式割草機的設(shè)計方案 5
3 旋刀式割草機主要部件的設(shè)計與計算 7
3.1割草機工作部分設(shè)計 8
3.2推桿的設(shè)計 11
3.3機架的設(shè)計 11
4 旋刀式割草機傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算 15
4.1動力傳遞方案 15
4.2傳動比的計算 15
5主要部件的強度分析 16
6總結(jié) 17
致謝 19
參考文獻 20
?
摘??要
本次我設(shè)計的手推旋刀式割草機主要由框型連接成的行走輪、支架、和割草機構(gòu)組成，行走輪的內(nèi)圈設(shè)計有齒輪，割草機構(gòu)由滾刀構(gòu)成。滾刀的軸架放置于支架上，該軸的兩端分別裝有與行走輪的內(nèi)圈齒輪相嚙合形成行星輪系的小齒輪，滾刀刀片其刀刃為扭曲弧度形固定于刀架上，且在刀刃的前后設(shè)有切削角度，這樣當割草機工作時，刀刃與草形成一定合適的角度，有力的提高了刀片與草之間的切削力，從而盡量的減小了滾刀片在切割草的同時撕拉草筋而損傷草根的程度，有效地提高了割草機的割草效率，對草坪的長遠發(fā)展更有好處。本次設(shè)計的手推割草機適于家里庭院及私人花園等草地使用，不需要電力或柴油為動力，無噪音及雜物等污染，符合現(xiàn)代環(huán)保要求。人們在割草工作中，既可以鍛煉身體又可以達到修整草坪的目的。??
關(guān)鍵詞：割草機；環(huán)保；割草
?
Abstract
?The?design?of?hand?push?reel?mower?consists?mainly?of?walking?wheels,?frame,?handrail?frame?and?cutting?subassembly,?walking?wheels?have?the?inner?ring?gears,?cutting?subassembly?make?up?of?the?hob?and?fixed?knife.?The?shaft?of?hob?rests?on?the?frame;?at?both?ends?of?the?shaft?have?the?pinion?gears?that?mesh?with?the?inner?ring?gears.?The?fixed?knife?installs?on?the?frame,?the?cutting?edge?of?fixed?knife is tangent?to?the?ho ’s?blade.?Hob?twisted?blades?fix?on?the?tool?carrier,?and?with?the?blade?cutting?angle?on?the?front?and?rear.?The?bevel?angles?of?cutting?edge?can?enhance?the?cutting?forces?when?mow?the?lawn,?and?increase?work?efficiency.?The?mower?designed?for?home?and?private?garden?and?small?lawn?use,?without?electricity?or?diesel-powered,?no?air?and?noise?pollution,?accord?with?the?requirements?of?environmental?protection.?People?walk?through?the?grass?for?not?only?physical?exercise?but?also?realization?of?the?purpose?of?trimming?the?lawn.??
Keywords:?reel?mower；lawn；environmental?protection?
1國內(nèi)外旋刀式割草機的發(fā)展狀況
1.1割草機的分類
按切割器類型可以分為旋刀式、往復(fù)式、滾刀式等。其中，應(yīng)用最多的是旋刀式割草機、滾刀式割草機和往復(fù)式割草機。
往復(fù)式割草機割茬低而整齊，草坪損失少，單位割幅的金屬用量和功率消耗低，從而達到成本低的效果。它的工作速度一般為4~5km/h。旋刀式割草機是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)打切草上部的葉片，它適于35~75mm范圍內(nèi)割草。由于其工作中低廉，維修方便，使用靈活，只要將刀磨得鋒利，就能達到較為理想的割草效果。因而，市場上的草坪大都使用旋刀式割草機作業(yè)，從而使旋刀式割草機稱為國內(nèi)外最流行的割草機。
按配套動力和作業(yè)方式分可以分為：手推式、手扶自行式、和拖拉機懸掛式割草機。
按動力驅(qū)動方式主要分為人力驅(qū)動、電力驅(qū)動和發(fā)動機驅(qū)動三種形式。其中，以各種發(fā)動機驅(qū)動的割草機最多，發(fā)動機多使用單缸汽油機。
動力驅(qū)動的割草機按牽引方式或懸掛方式可分為前置的、側(cè)置的、后置的、中置的割草機。當今，也存在著旋刀式手推隨行式割草機，大部分采用中置式懸掛，而滾刀手推隨行式割草機大多采用了前置的掛接，大型割草機則會采用混合牽引方式。
1.2割草機割草的基本要求及注意事項
1.2.1基本要求
（1）割草高度可根據(jù)實際要求來調(diào)整，適應(yīng)的高度調(diào)整范圍較大，當草坪要求修剪比較低能夠達到要求。
（2）割草平整、整齊，同一個往返中割草高度要求一致，兩次作業(yè)行程銜接較為平滑、沒有接茬。
（3）對不同的地形適應(yīng)能力較為強，行走能力強，隨地形不同變化剪草高度較為一致。
（4）割草機對草坪碾壓較為輕、傷害比較少。
（5）草屑等得收集要求干凈，被切割細碎性能好，有利于灑落在草坪下及時的腐爛。
（6）割草機的整體質(zhì)量較好，故障較少，節(jié)省有用燃料、效率較為高。
（7）方便于操作、靈活輕便、維修方便，零部件互換性和通用性較好。
（8）正確的掌握修剪草坪時間同時制定科學(xué)的修剪頻率和修剪高度。
1.2.2注意事項
（1）不可以將手推式割草機用于割攀藤植物、屋頂或陽臺上的雜草，那樣會有可能傷害到自己身體。
（2）每次在使用之前都必須仔細的進行檢查，確認螺栓、螺母、工具等都沒有磨損或破壞，對于磨損或破壞了的刀片應(yīng)當及時的進行更換。
（3）檢查一下要割草草坪表面，要及時清除干凈石頭等堅硬的物體，這些物品碰到刀片時有可能會飛甩出去而沒辦法控制。
（4）如果旁邊有人，特別是兒童和婦女的時候，不應(yīng)該使用這種割草機。
（5）割草時一定要穿防滑底靴子。
（6）旋轉(zhuǎn)的刀片有可能會造成傷害，刀片轉(zhuǎn)筒和操作人員之間的安全距離要通過導(dǎo)桿分隔開的，一定要保持這個安全距離。在斜坡上割草時尤其要注意這點，一定要科學(xué)的順著斜坡的方向割草。
（7）當后退拉動割草機時要小心，有可能會有絆倒的危險。
（8）任何時候都不能將手或者腳放在運動的部件的上方或下方。
（9）如果刀具遇到障礙或者堅硬的物體時，一定要適當?shù)厝鏅z查割草機。
（10）只能在能見度較好，視野比較清晰的時候才能進行正常工作。
1.3研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)目前我國割草機的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題和人們草坪割草機的高要求，對現(xiàn)在有的割草機進行不同程度地改進。在旋刀式割草機基礎(chǔ)上，通過對它進行做減噪處理和刀片的強化處理，利用現(xiàn)代科學(xué)設(shè)計方法，設(shè)計出一款結(jié)構(gòu)比較簡單、操作狠方便、低噪音、高效率的旋刀式割草機。
在設(shè)計旋刀式草坪割草機整體結(jié)構(gòu)，主要由汽油發(fā)動機、工作軸、傳動軸、割草機機架、行走輪、旋刀刀片組成。
汽油發(fā)動機機為其提供動力，通過工作軸和傳動軸為旋刀裝置提供動力。旋刀裝置主要部件為刀片。
討論分析旋刀式割草機的基礎(chǔ)參數(shù)，參考現(xiàn)有旋刀式割草機的基本參數(shù)，既要保證工作的要求，又要求盡量的減小噪音污染并提高刀片使用壽命。根據(jù)選用的有關(guān)參數(shù)，由經(jīng)驗的公式計算旋刀式割草機所要的功率，根據(jù)該功率選擇合適的汽油發(fā)動機型號。
該課題的研究方法有：理論方面的設(shè)計、繪制模擬的樣機并實現(xiàn)仿真模擬。既要保證割草機的使用方面的要求，又要求減小噪音污染，并提高刀片的有效使用壽命。
1.4預(yù)期目標
（1）整機結(jié)構(gòu)比較簡單，維護很方便，質(zhì)量較輕，尺寸較小，機動性較好。
（2）汽油發(fā)動機為工作動力源，人作為行走動力，造價低、可靠性高、使用簡便，具有節(jié)省能源，降低污染的特點。
（3）適于一般草坪維護，成本低廉，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
2 整機總體設(shè)計方案
2.1設(shè)計原則
總體設(shè)計的一個旋轉(zhuǎn)刀式割草機設(shè)計遵循的原則
(1)第一個滿足農(nóng)藝要求和適應(yīng)情節(jié)草坪區(qū)、良好的指導(dǎo)和操作的靈活性。
(2)吸收的設(shè)施農(nóng)業(yè)機械在國內(nèi)外新技術(shù),采用新原理、新結(jié)構(gòu)和新工藝,設(shè)計合理,使用可靠,優(yōu)質(zhì)、廉價、可廣泛推廣。
(3)高度的零部件的通用化和標準化。
(4)機器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作簡單、維修方便,輕質(zhì)量,良好的流動性。
2.2 旋刀式割草機的設(shè)計方案
圖2-1旋刀式割草機實物圖
圖2-2旋刀式割草機簡圖
1.工業(yè)腳輪 2.工業(yè)腳輪架 3.下機架 4.上機架
5.發(fā)動機6.推桿7.工業(yè)走輪架 8.工業(yè)走輪9.工作軸 10.刀片
如圖2 - 2所示,旋轉(zhuǎn)刀式割草機工業(yè)腳輪,在框架下,引擎框架,推桿,工作軸,工業(yè)輪子和刀片,等。汽油發(fā)動機功率,輸出軸通過花鍵和配備刀片軸相連,驅(qū)動旋轉(zhuǎn)刀工作,使其實現(xiàn)割草,發(fā)動機油門控制旋鈕,旋轉(zhuǎn)旋鈕控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速和停止,從而實現(xiàn)控制工作速度,實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刀的控制工作。
手推割草機的權(quán)力是來自行走輪驅(qū)動,推力驅(qū)動的人。指“人機工程手冊》,人們步行速度約為3 ~ 5公里/小時,48 ~ 64米/分鐘,即考慮削減推割草機,選擇人步行速度48米/分鐘,0.8米/秒。
綜合以上因素,推桿的大小機械設(shè)計支持,并根據(jù)不同性別和年齡將推桿可以調(diào)整高度和角度的設(shè)計。站在大小的工作操作,以及人體需要活動空間。
由《人機工程手冊》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170 cm左右。因此，推桿距地面的高度取為1000毫米,且可在840~1300毫米之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。
設(shè)計原則:工作場所的高度取決于力量,運營商的高度的操作對象的大小,以及視野。
精密加工,使用肘部的支持。(設(shè)計大小男人:105 ~ 115 mm的女性:100 ~ 100毫米)
B:副固定在工作臺高度:113毫米
C:輕體力勞動。(男:95 ~ 100毫米女人:90 ~ 90毫米)
D:辛勤工作。(男:80 ~ 95毫米女人:75 ~ 75毫米)
這個設(shè)計屬于D范圍內(nèi)的設(shè)計。
因為一只手推式割草機,力量來自人步行和推力。應(yīng)考慮的因素、結(jié)構(gòu)尺寸和行走輪直徑不宜太大。旋轉(zhuǎn)刀片速度需求71 ~ 97米/秒,速度范圍可以選擇旋轉(zhuǎn)到一個合理水平的噪音,并能正常工作。
如果車輪直徑太大,會使機器底盤,影響整個機器的協(xié)調(diào),如果車輪直徑太小,很難,不能滿足設(shè)計要求,以滿足人們的推力約為200 N可以推割草機。
初步選擇外輪D = 80毫米直徑,
由理查德·人機工程手冊,人體身高大小在170厘米(男性)。因此,把離地面高度為100厘米,100 ~ 100厘米之間,可以調(diào)整,符合人體健康。
能耗計算
割草的功耗割草機的設(shè)計功耗,電源提供的,不包括在計算。旋轉(zhuǎn)刀剪草坪割草機上平地消耗功率的計算公式,
式——機速度(米/秒);
B -機械切削副(m);
——伐區(qū)的莖每平方米需要功率,通常需要= 200 ~ 300。
所需的割草機權(quán)力。
選擇1.5馬力的發(fā)動機。
通過上述分析的割草機的各種參數(shù):
割草機的總體寬度:495毫米;
割草機切割長度:400毫米;
割草高度:25 ~ 50 mm;
旋轉(zhuǎn)葉片寬度:B = 58毫米;
螺旋刀厚度:l = 3毫米;
底盤高度從地面:h = 350毫米;
發(fā)動機轉(zhuǎn)速:n = 3600 r / min;
螺旋刀的速度:n = 3600 r / min = 75.4米/秒;
螺旋刀片速度:v = 71 ~ 71米/秒;
切削速度之間71 ~ 97毫秒,適當;
人們繼續(xù)推動15 ~ 20公斤,F = 200 n;
P =陣線= 200 * 0.8 = 0.16;
設(shè)置草地類型:原位。
本田GX35汽油發(fā)動機,它的主要技術(shù)參數(shù)如表2 - 1所示:
3 旋刀式割草機主要部件的設(shè)計與計算
3.1割草機工作部分設(shè)計
圖3-1刀組結(jié)構(gòu)圖
表2-1 本田GX35汽油機技術(shù)參數(shù)
項目
技術(shù)參數(shù)
汽油機型號
GX35
汽油機型式
單缸、四沖程
氣缸直徑（mm）
39.0
活塞直徑（mm）
30.0
排量（mL）
31
標定轉(zhuǎn)速(r/min)
3600
最大功率（ps）
4
旋轉(zhuǎn)方向
逆時針方向（面向輸出軸）
化油器型式
膜片式
點火系統(tǒng)
晶體化，無觸點
火花塞編號
GMR5H(NGK)
起動方式
手拉反沖起動
外形尺寸（長×寬×高）（mm）
198×234×240
調(diào)速器型式
離心重錘式
燃油箱容量（L）
1
凈重（kg）
3.4
如圖3 - 1所示:旋轉(zhuǎn)刀螺紋圓柱銷定位螺母固定在工作軸,通過花鍵軸與發(fā)動機輸出軸,軸上的軸向定位打開11毫米深孔和兩個螺紋圓柱銷的位置。工作部件組成一組這樣的機構(gòu),旋轉(zhuǎn)刀可以隨時改變。
圖3-1旋刀
圖3-2旋刀結(jié)構(gòu)圖
旋轉(zhuǎn)葉片結(jié)構(gòu)圖如圖3 - 2所示,材料是65 mn鋼等溫淬火后的硬度42 ~ 50,。
3.1.2傳動軸的設(shè)計
材料是40 MNB合金結(jié)構(gòu)鋼、調(diào)質(zhì)處理、硬度的,28日
內(nèi)部花鍵軸端,結(jié)構(gòu)如圖3 - 3所示。
圖3-3傳動軸圖
（1）軸徑的初步計算
根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強度條件 ,式中：
——扭轉(zhuǎn)相應(yīng)切力，；
——軸所受的扭矩，；
——軸的抗扭截面系數(shù)，；
——軸的轉(zhuǎn)速，；
——軸傳遞的功率，；
——計算截面處軸的直徑，。
已知。其中，
得，
對于空心軸，，式中為空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取=0.5~0.6。
已知P =1.25，n=3600 r/min，軸的材料選用 40MnB， 。
將其代入式中，得實心軸軸徑；
空心軸軸徑。
故輸出軸的實心部分最小軸徑要大于7.73mm，空心部分最小軸徑要大于7.90mm，
（2） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖3-4傳動結(jié)構(gòu)軸
傳動軸的結(jié)構(gòu)簡圖如上圖3-4，一有內(nèi)花鍵，另一端直接與發(fā)動機的輸出軸相連；通過花鍵連接將動力傳導(dǎo)至工作軸。
3.1.3 工作軸的設(shè)計
材料是合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28HRC，,
，,軸上一端為外花鍵，結(jié)構(gòu)如下圖3-5。
圖3-5工作軸
軸徑的初步計算同上，工作軸最小軸徑要大于7.90mm。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖3-6工作軸結(jié)構(gòu)圖
工作軸的結(jié)構(gòu)簡圖如上圖3-6，一端有加工有外花鍵，與傳動軸相連，另一端連接旋刀，帶動旋刀進行割草作業(yè)。
3.1.4傳動機構(gòu)設(shè)計
傳動軸和工作軸通過花鍵連接，以此調(diào)整旋刀離地的高度，實現(xiàn)對割草高度的調(diào)節(jié)。
圖3-7傳動機構(gòu)
3.2推桿的設(shè)計
材料是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的鋼管，有推桿和推桿套兩部分組成，可伸縮滿足不同身高的人對割草機的操縱，結(jié)構(gòu)如下3-8。
圖3-8推桿結(jié)構(gòu)圖
3.3機架的設(shè)計
3.3.1萬向輪的設(shè)計
割草機的行走輪，采用工業(yè)腳輪和工業(yè)車輪的設(shè)計理念，充分考慮割草機低速行駛的特點，行走輪材料采用聚甲醛POM，材料選擇依據(jù)：聚甲醛耐磨性和剛性高于尼龍，尤其是彈性模量高、硬度高，這事其他塑料所不能比的；聚甲醛自潤滑性能好，耐磨性好，摩擦因數(shù)為0.15~0.35，極限值為；聚甲醛有較小的蠕變性和吸濕性，故其尺寸穩(wěn)定性好；長期使用溫度為-40～100℃；用聚四氟乙烯填充的聚甲醛，可顯著降低米擦因數(shù)，提高耐磨性極限值。因此聚甲醛聚甲醛常被用來制作相對強度有一定要求的一般結(jié)構(gòu)零件，適用于在輕載荷、霧潤滑或少潤滑條件下工作的各種耐磨受力傳動零件，以及制作間摩擦自潤滑零件。
走輪的大小尺寸應(yīng)與割草機的整體形狀和尺寸緊緊相連。根據(jù)機具整體設(shè)計方案并參考GB/T 14688-1993等相關(guān)國標數(shù)據(jù)，割草機的前輪采用萬向輪，以方便割草機的轉(zhuǎn)向，以實現(xiàn)機動靈活的割草作業(yè)，后輪采用腳輪形式。
萬向輪的外徑是，其具體形狀參照《機械設(shè)計手冊》中工業(yè)腳輪的形狀和尺寸。結(jié)構(gòu)采用萬向輪支架裝配，萬向輪支架材料選用HT200，并將支架焊接在割草機機架上。由公式得：外輪的轉(zhuǎn)速
萬向輪結(jié)構(gòu)如圖3-9。
圖3-9萬向輪結(jié)構(gòu)圖
3.3.2 腳輪的設(shè)計
輪子材料是聚甲醛POM，支架材料為HT200，由于萬向輪和腳輪的支架結(jié)構(gòu)尺寸不相同，為了是機架在平地上保持水平，取腳輪的外徑為170mm，其具體形狀參照《機械設(shè)計手冊》中工業(yè)車輪的形狀和尺寸。結(jié)構(gòu)采用腳輪支架裝配，同樣焊接在割草機底部底部。結(jié)構(gòu)如圖3-10。
圖3-10腳輪結(jié)構(gòu)圖
3.3.3 機架的設(shè)計
（1）機架材料是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼，由下機架和上機架兩部分組成，可通過調(diào)節(jié)銷軸實現(xiàn)對機架高度的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對旋刀離地高度的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對割草高度的調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)如下3-11。
圖3-11機架結(jié)構(gòu)圖
（2）銷軸的選擇
銷主要分為用于固定零件之間相對位置的定位銷，用于連接的連接銷和用于安全裝置中的過載剪斷元件的安全銷。本設(shè)計中上機架和下機架的鉸接處用銷軸連接。銷軸材料選用35鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28~38HRC，表面氧化。根據(jù)具體的情況要求以及方便操作的要求，選用銷軸（GB/T 882-2000），開口銷（GB/T 91-2000）?？紤]到割草機工作時對銷軸有一些沖擊，故取許用剪切應(yīng)力，許用壓應(yīng)力，抗拉強度。
發(fā)動機的質(zhì)量為3.4kg,燃油箱容量為1L，裝滿燃油時燃油質(zhì)量為0.725kg，上機架材料采用16Mn。其質(zhì)量為1.6kg。故作用在每個銷軸上的力為
銷軸工作面的擠壓應(yīng)力 ，
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
銷軸的剪切應(yīng)力 。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
銷軸的彎曲應(yīng)力 。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
3.4.4刀殼的設(shè)計
外殼材料選用HT100，選用依據(jù)是HT100有一定的強度，抗壓強度非常高，有良好的吸振性、減振性和潤滑性，有良好的切削加工性與鑄造性，可用于制造外罩、手把等形狀簡單、對強度無要求的零件。
圖3-12外殼結(jié)構(gòu)圖
外殼的外形上方下圓，外殼的頂部有四個孔，可使用螺釘將其固定在機架底部。起到安全防護和收集草屑的作用。在外殼的一端有延伸的排草口。因為旋刀結(jié)構(gòu)設(shè)計上，在兩端有刃口和翼片，當旋刀旋轉(zhuǎn)割草作業(yè)時，翼片可將刀殼內(nèi)的空氣排出，這時刀殼內(nèi)形成負壓，當草長的較高，割草機前進時，刀殼前部下緣會把草按倒；當草長得茂盛而發(fā)生倒伏時，刀殼外的空氣刀殼內(nèi)時，可對倒伏的草起到提升的作用。翼片旋轉(zhuǎn)形成的氣流可將刀刃切下的草屑懸浮到氣流中，經(jīng)排草口排除刀殼，就地灑落。從而避免出現(xiàn)草屑在刀殼內(nèi)堵塞的現(xiàn)象。
4 旋刀式割草機傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算
本次設(shè)計的手推旋刀式割草機的傳動部分采用花鍵連接的軸組成。當發(fā)動機工作使得輸出軸轉(zhuǎn)動時，通過花鍵連接的工作軸旋轉(zhuǎn)，使得旋刀也一起轉(zhuǎn)動，通過旋刀的高速旋轉(zhuǎn)動作，將草坪上多余高度的草割斷。
4.1動力傳遞方案
動力傳動方案如圖4-1所示：
圖4-1動力傳動方案
4.2傳動比的計算
電動機的轉(zhuǎn)速為3600r/min，用n表示，旋耕刀的轉(zhuǎn)速為 3600 r/min，用表示，則割草機的傳動比。
4.3傳動系統(tǒng)計算與工作軸設(shè)計
割草機的傳動軸和輸出軸之間用花鍵連接，花鍵連接有外花鍵和內(nèi)花鍵組成，花鍵連接具有受力均勻、可承受較大載荷、對中性好、導(dǎo)向性好等特點，花鍵連接的齒數(shù)尺寸、配合等均按標準選取。本設(shè)計采用定心精度越高，定心的穩(wěn)定性好的矩形花鍵，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。
4.3.1載荷計算
輸入轉(zhuǎn)矩
名義切向力
單位載荷
4.3.2齒面接觸強度計算
齒面壓應(yīng)力
取。
齒面許用壓應(yīng)力
。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
4.3.3齒根彎曲強度計算
齒根彎曲應(yīng)力,取,
。
齒根許用彎曲應(yīng)力
。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
4.3.4齒根剪切強度計算
。
應(yīng)力集中系數(shù)
剪切應(yīng)力 。
齒根最大剪切應(yīng)力 。
許用剪切應(yīng)力 。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
4.3.5齒面耐磨能力計算
齒面壓應(yīng)力
齒面磨損許用壓應(yīng)力。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
花鍵副長期工作無磨損時耐磨損能力計算
齒面壓應(yīng)力
齒面磨損許用壓應(yīng)力（查表5-3-38）。
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
外花鍵的扭轉(zhuǎn)與彎曲強度計算
彎矩，
彎曲應(yīng)力 。
當量應(yīng)力 。
許用壓應(yīng)力
計算結(jié)果：的強度條件，安全。
5主要部件的強度分析
軸的校核
對工作軸進行扭轉(zhuǎn)剛度校核計算
對工作軸進行受力分析，其受力分析圖如下：軸材料選用合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB。,，。
圖5-1工作軸的受力圖
圖5-2工作軸扭矩圖
工作軸所受扭矩 ，
軸的扭轉(zhuǎn)變形角用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示，階梯軸的扭轉(zhuǎn)角的計算公式為
。
式中：——階梯軸第i段上所受的扭矩，。
——軸的材料的剪切彈性模量，，對于鋼材，。
——階梯軸第i段幾面的極慣性矩，，對于圓軸，。
——階梯軸第i段的長度，。
——階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。
工作軸的扭轉(zhuǎn)角為
。
軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為，為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用場合有關(guān)。對于一般傳動軸，可?。粚τ诰軅鲃虞S，可??；對于精度要求不高的軸，。在割草機工作軸的傳動中，因為是一般傳動，所以取。
計算結(jié)果：滿足強度條件，安全。
6總結(jié)
（1）本文分析了目前草坪割草機械的現(xiàn)狀及存在問題，研究了普通草坪的狀況，為旋刀式割草機參數(shù)提供依據(jù)。
（2）針對當前國內(nèi)草坪面積不大卻形狀各異、要求割草靈活方便的問題，結(jié)合草坪修剪及方便實用和農(nóng)藝特點，吸收了JUS-420旋刀式剪草機及其它經(jīng)典機型的設(shè)計理念，提出旋刀式割草機的改進設(shè)計的設(shè)計思路。
（3）在整機設(shè)計中，以汽油發(fā)動機作為動力，體積小、成本低、工作可靠、。采用裝配式機架，汽油發(fā)動機輸出動力帶動旋刀工作，發(fā)動機固定在機架上方，使整機結(jié)構(gòu)簡單緊湊又可根據(jù)不同工作環(huán)境以及工作要求調(diào)整機架。行走輪與機架直接固定，通過操向桿實行轉(zhuǎn)向。其他零部件經(jīng)過計算校核后，盡可能采用通用件或標準件，體現(xiàn)了經(jīng)濟、實用、操作簡易、維護簡單、成本低廉的設(shè)計原則。
致 謝
對于這次畢業(yè)設(shè)計的完成，首先感謝母校江西農(nóng)業(yè)大學(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機會，使我學(xué)到了許多新的知識、知道知識的可貴與獲取知識的辛勤。
在我的設(shè)計過程中，還得到了眾多學(xué)生的支持和幫助，在此，我對這些同學(xué)表示我衷心的感謝和永遠的祝福！
對于這次的畢業(yè)設(shè)計，還有許多美好的設(shè)想由于時間和自身因素?zé)o法得以實現(xiàn)，這不能不說是本次設(shè)計的遺憾之處。不過，至少它啟發(fā)了我的的思維，提高了我的動手能力，豐富了我為人處世的經(jīng)驗，進一步鞏固了所學(xué)知識，這為我在以后的學(xué)習(xí)過程當中奠定了堅實的基礎(chǔ) 。也為以后在自己的工作崗位上發(fā)揮才能奠定了堅實的基礎(chǔ)。
最后，再一次衷心的感謝贈與我知識、給予我?guī)椭乃欣蠋?，你們傳遞的知識使我受用一生，你們的恩情我會永生難忘！雖然說謝謝二字不足以表達我的感情，但是仍然對你們說聲“謝謝你們啊”，“桃李不言，下子成溪”！
參 考 文 獻
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