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編號(hào)
無(wú)錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 手推式割草機(jī)設(shè)計(jì)
機(jī)電工程 學(xué)院 機(jī)械工程 專業(yè)
學(xué) 號(hào)： 11423018
學(xué)生姓名： 高 禹
指導(dǎo)教師： 馮鮮 （職稱：講師 ）
（職稱： ）
2018年5月27日
II
無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠(chéng) 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 手推式割草機(jī)設(shè)計(jì)是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級(jí)： 機(jī)械1401
學(xué) 號(hào)： 1423018
作者姓名：
2018 年 5 月 27 日
摘 要
割草機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)農(nóng)業(yè)的一種常用機(jī)械,但是適用面積小、形狀不規(guī)則或地形復(fù)雜的地段且操作使用便捷、靈活的小型推移式割草機(jī)卻很少見。因此,在研究我國(guó)廣泛應(yīng)用的一些割草機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了實(shí)用簡(jiǎn)單的手推式割草機(jī),其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、工作頭前伸和支架高度可調(diào);本文介紹了手移式割草機(jī)的總體結(jié)構(gòu)、工作原理、電機(jī)選擇及傳動(dòng)比的計(jì)算相關(guān)機(jī)構(gòu)的校核。本次設(shè)計(jì)的手推式割草機(jī)具有操作簡(jiǎn)便、使用和攜帶方便、轉(zhuǎn)向靈活等優(yōu)點(diǎn),可以有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；運(yùn)動(dòng)仿真；手推式割草機(jī)；
Abstract
Mowing - machine is a type of machine in normal service agriculture. But hand-push minimowing - machine which is suited close - quarter or irregularity area or complex land form and easy application is absence. Based on technic of mowing- machine which extensive used at our country, a type of simple and utility portable hand-push mowing - machine was designed. The features are simple structure and lightweight and protrusive working parts and adjustable support element. This paper explanted gross structure of hand-push minimowing - machine and operating principle and selecting motor and calculation drive ration and design cutting knife. The result of testing indicate that hand-push minimowing - machine operated easy and transported convenience and turned quickly, decreased amount of labour.
Key words: Mowing Machine；Design；Hand-push
1 緒論
1.1 割草機(jī)的發(fā)展歷史
在割問草機(jī)世之前，草坪的修剪主要工具是鐮刀，放牧牛羊也是保持草地平整的重要方法。隨著高爾夫球、網(wǎng)球及足球等運(yùn)動(dòng)的興起，人們擁有平整美觀的草地做運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地的要求越來(lái)越迫切。1805年英國(guó)人普拉克內(nèi)特發(fā)明了第一臺(tái)收割谷物并能切割雜草的機(jī)器，由人推動(dòng)機(jī)器，通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)旋刀割草，這就是旋刀割草機(jī)的雛形。1830年，英國(guó)紡織工程師比爾.布丁取得了滾筒割草機(jī)的專利，1832年蘭賽姆斯農(nóng)機(jī)公司開始批量生產(chǎn)滾筒割草機(jī)，1902年英國(guó)人倫敦恩斯制造了內(nèi)燃機(jī)做動(dòng)力的滾筒式割草機(jī)，其原理至今還在使用。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，20世紀(jì)初期，割草機(jī)就得到了快速的發(fā)展。
隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生存環(huán)境的要求也越來(lái)越高，城市環(huán)境的保護(hù)得到越來(lái)越多的重視。我國(guó)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(hù)坡，凈化空氣多種功能已經(jīng)成為人們的共識(shí)。
從第一臺(tái)滾刀式割草機(jī)的問世，到現(xiàn)在已經(jīng)過了100多年了，原來(lái)主要應(yīng)用于牧場(chǎng)的機(jī)械已經(jīng)發(fā)展成為有幾十個(gè)品種，適用于不同場(chǎng)合的割草機(jī)。我國(guó)生產(chǎn)割草機(jī)起步較晚，生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模普遍較小，產(chǎn)品用途較為單一，均沒有形成規(guī)模批量，所以長(zhǎng)期以來(lái)，割草機(jī)均以進(jìn)口為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1999年底我國(guó)有各種園林機(jī)械10萬(wàn)臺(tái)，1999年的割草機(jī)銷售量在3萬(wàn)臺(tái)左右，其中80%為進(jìn)口。我國(guó)割草機(jī)進(jìn)口主要來(lái)自于日本、美國(guó)、意大利、瑞典等國(guó)家，進(jìn)口價(jià)格在0.38萬(wàn)元到5.8萬(wàn)元。
改革開放以來(lái)，我國(guó)的草坪業(yè)由興起到長(zhǎng)足發(fā)展，只有十幾年的時(shí)間，卻為草坪機(jī)械業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了勃勃生機(jī) 。首先是機(jī)械先進(jìn)，90%以上為進(jìn)口產(chǎn)品，其次外從草坪建植到養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)機(jī)械配套齊全，基本上實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化，其三是產(chǎn)品品種多、系列化程度高。而在草坪機(jī)械中割草機(jī)發(fā)展最快，我國(guó)引進(jìn)使用的割草機(jī)有美國(guó)和日本等十幾個(gè)國(guó)家的幾十種機(jī)型，我國(guó)也已經(jīng)開始生產(chǎn)割草機(jī)，目前國(guó)內(nèi)外所用的割草機(jī)種類繁多，其分類方法也多樣化。
我國(guó)目前生產(chǎn)的割草機(jī)以刀具類型可分為滾刀式和旋刀式兩大類。滾刀式割草機(jī)由帶有刀片的滾筒和和不動(dòng)的床刀組成。它較旋刀式割草機(jī)有更好的修剪質(zhì)量，是高質(zhì)量草坪最常用的割草機(jī)型。適用于草高3-80毫米的草坪，其問題主要是價(jià)格貴，維修保養(yǎng)要求嚴(yán)格。而旋刀式割草機(jī)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，它適合于在25-80毫米范圍內(nèi)的剪草。由于其價(jià)格低廉，保養(yǎng)、維修方便、使用靈活，只要將刀片磨快，剪草效果還是可以的。因此，一般要求的草坪都選用它，成為目前國(guó)內(nèi)外最流行的割草機(jī)。
以動(dòng)力劃分可以分為機(jī)動(dòng)和人推兩類。人推的主要是滾刀式，小巧靈活，適于家庭庭院中小型草坪使用。機(jī)動(dòng)的又分為柴油機(jī)、汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)三類驅(qū)動(dòng)。以動(dòng)力劃分可以分為機(jī)動(dòng)和人推兩類。機(jī)動(dòng)的又分為柴油機(jī)、汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)三類驅(qū)動(dòng)。
1.2 我國(guó)割草機(jī)的發(fā)展
1.2.1 發(fā)展?fàn)顩r
據(jù)調(diào)查，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)割草機(jī)的廠家大約有50家左右。多數(shù)為園藝系統(tǒng)的公司以及轉(zhuǎn)產(chǎn)割草機(jī)的機(jī)械廠。市場(chǎng)上草坪修剪機(jī)的品牌很多，有進(jìn)口的產(chǎn)品，也有國(guó)內(nèi)制造和中外合資的，從功率2.6-1.2千瓦，剪幅從43.2-127厘米。
國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家主要有：中美合資江蘇淮陰泛亞園林機(jī)械有限公司，生產(chǎn)立特牌-NEAT草坪割草機(jī)，占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的50%，現(xiàn)年產(chǎn)5000臺(tái)。目前正著手進(jìn)行年產(chǎn)5萬(wàn)臺(tái)割草機(jī)的技術(shù)改造，其動(dòng)力選用日本本田發(fā)動(dòng)機(jī)。
南通機(jī)床廠為轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)割草機(jī)的廠家。其產(chǎn)品為地草王系列產(chǎn)品；56厘米自走式草坪割草機(jī)（4.5千瓦），84厘米隨進(jìn)式割草機(jī)（7.8千瓦），84厘米電啟動(dòng)式割草機(jī)（7.8千瓦），122厘米坐騎式割草機(jī)（13.4千瓦）。該廠生產(chǎn)除發(fā)動(dòng)機(jī)以外的零部件，發(fā)動(dòng)機(jī)多選用美國(guó)產(chǎn)品，1999年已經(jīng)有產(chǎn)品出口美國(guó)。 山東省萊州市仲院宇峰鍘草機(jī)廠研制出全新微型電動(dòng)鍘草機(jī)，該機(jī)以0.75-1.1kW單相照明電為動(dòng)力，無(wú)電地區(qū)或停電時(shí)用165、175、180等型號(hào)柴油機(jī)為動(dòng)力，適宜鍘切玉米秸、麥秸、稻草及青貯飼料，每小時(shí)鍘草量300-400kg，切草長(zhǎng)度為1.5-2cm。整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，全機(jī)重僅32kg，移動(dòng)方便，并具有切碎均勻、出料順暢、揚(yáng)程遠(yuǎn)、噪音低等特點(diǎn)。
目前，我國(guó)已經(jīng)研制開發(fā)出來(lái)草坪割草機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，草坪割草機(jī)為現(xiàn)代城市綠化的重要設(shè)備，目前市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)的機(jī)器均有一定的市場(chǎng)，但質(zhì)量參差不齊。對(duì)于草坪割草機(jī)的安全指標(biāo)，僅有檢測(cè)方法，沒有現(xiàn)成的撞擊試驗(yàn)專用設(shè)備。為了對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的測(cè)試，北京市農(nóng)機(jī)試驗(yàn)鑒定推廣站研制成功草坪割草機(jī)專用試驗(yàn)臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化程度高，采用了氣動(dòng)傳動(dòng)技術(shù)、機(jī)－電安全鎖定機(jī)構(gòu)及氣動(dòng)調(diào)速技術(shù)，可對(duì)國(guó)內(nèi)各型草坪割草機(jī)進(jìn)行安全性能試驗(yàn)，能夠完成草坪機(jī)的撞擊試驗(yàn)和刀片護(hù)罩強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該專用試驗(yàn)臺(tái)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，檢測(cè)快捷，安全性高。
1.2.2 存在問題
國(guó)內(nèi)割草機(jī)械市場(chǎng)發(fā)展緩慢，我國(guó)草坪機(jī)械產(chǎn)品全線接受檢驗(yàn)，應(yīng)用中暴露出―些質(zhì)量問題。對(duì)此，有關(guān)專家認(rèn)為，當(dāng)前我國(guó)畜牧機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量水平低的原因有以下幾個(gè)方面。
產(chǎn)品品種不全，成套性差。美國(guó)約翰迪爾公司的割草機(jī)械有13個(gè)品種49個(gè)機(jī)型；紐荷蘭公司現(xiàn)生產(chǎn)12個(gè)品種25個(gè)機(jī)型，可供各種經(jīng)營(yíng)規(guī)模的用戶選擇。我國(guó)的用戶不能根據(jù)自己的經(jīng)營(yíng)規(guī)模選擇合適的機(jī)具，機(jī)具使用效益不高。
產(chǎn)品技術(shù)水平低。割草機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)水平高低是衡量該行業(yè)整體科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。一段時(shí)間內(nèi)，由于資金投入嚴(yán)重不足，技術(shù)創(chuàng)新的原動(dòng)力、研發(fā)能力、技術(shù)模仿步伐放緩甚至停頓。我國(guó)已定型的割草機(jī)械大部分屬國(guó)外上世紀(jì)的技術(shù)水平，20多年來(lái)基本沒有什么大的改進(jìn)與創(chuàng)新。缺乏應(yīng)有的售后服務(wù)體系。 專家分析認(rèn)為，造成割草機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量水平低的原因有多方面，但缺乏資金投入和人才短缺是造成研發(fā)能力和生產(chǎn)制造工藝水平低的關(guān)鍵所在。
1.3 推移式割草機(jī)的使用
1.3.1 設(shè)計(jì)用途
目前，大型生態(tài)園的綠地設(shè)計(jì)已是房地產(chǎn)開發(fā)團(tuán)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，草地是綠化的一種重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油機(jī)作動(dòng)力，采用尼龍繩甩打草葉；或者是使用電動(dòng)、柴油機(jī)的割草機(jī)，這種割草機(jī)體積大、噪音大，適用于空曠大草坪，易夾草出故障，遇到石塊可能使刀片斷裂，發(fā)生事故。隨著國(guó)內(nèi)人們生活水平的提高，人們對(duì)居住的綠化水平要求越來(lái)越高，尤其帶花園的別墅不斷增加，更需要開發(fā)一種適合小面積草地、無(wú)噪音的手推式割草機(jī)。
本次設(shè)計(jì)的推移式割草機(jī)是專為家庭庭院及私人花園設(shè)計(jì)的，不適用于公共設(shè)施、公園、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、道路、農(nóng)場(chǎng)和林場(chǎng)等場(chǎng)合【2】。
1.3.2 注意事項(xiàng)
1）不可以將手動(dòng)割草機(jī)用于割除攀藤植物、屋頂或陽(yáng)臺(tái)上的青草等，那樣有可能傷害到身體。
2）每次使用之前都需要進(jìn)行一次檢查，確認(rèn)所有的螺栓、螺母、工具都沒有磨損或損壞，對(duì)于磨鈍或損壞了的刀片應(yīng)當(dāng)更換。
3）再檢查一下要割草的草坪表面，要清除干凈石頭、木塊、電線等其他堅(jiān)硬的物體，這些物品碰到刀具時(shí)會(huì)飛甩出去而無(wú)法控制。
4）旁邊有人，尤其是兒童和動(dòng)物的時(shí)候，不要使用該割草機(jī)。
5）割草時(shí)一定要穿用防滑底做成的結(jié)實(shí)靴子。
6）旋轉(zhuǎn)的刀片轉(zhuǎn)筒可能會(huì)造成人身傷害，刀片轉(zhuǎn)筒和操作人員之間的安全距離是通過導(dǎo)桿隔開的，一定要一直保持這個(gè)安全距離。在堤岸或斜坡上割草時(shí)尤其要注意，一定要順著斜坡的方向割。
7）當(dāng)后退拉動(dòng)割草機(jī)時(shí)要特別小心，有絆倒的危險(xiǎn)。
8）任何時(shí)候都不要將手或腳放在運(yùn)動(dòng)部件的上方或下方。
9）如果刀具或割草機(jī)遇障礙或堅(jiān)硬的物體時(shí)，一定要適當(dāng)全面地檢查割草機(jī)。
10）只有在能見度好，視野清晰的時(shí)候才可以進(jìn)行工作【2】。
2 總體方案設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的推移式割草機(jī)由汽油機(jī)、行走輪、支架、扶手架和割草機(jī)構(gòu)組成，割草機(jī)構(gòu)是一種割刀動(dòng)力旋轉(zhuǎn)工作頭，它是在形似兩個(gè)淋浴蓮蓬頭對(duì)合而成的a、b殼體內(nèi)，由連接螺栓作為中心死軸，軸上裝帶有深溝球軸承的雙面圓弧錐齒輪副；一面為齒輪副I，同軸安裝在殼體a內(nèi)，齒軸與小型汽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸花鍵連接，殼體端口連接支承管；另一面為齒輪副II，同軸安裝在殼體b內(nèi)，齒軸伸出端口外；圓盤割刀由開有花鍵槽的托盤和壓盤夾住，套裝在齒軸上，用螺母逼緊固定，頭部裝上割刀。
2.1 手推式割草機(jī)的工作原理
本次設(shè)計(jì)的手推式割草機(jī)以汽油機(jī)作為動(dòng)力，由汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪和割草裝置。行走機(jī)構(gòu)采用手推車架。汽油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)長(zhǎng)軸，長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到弧形齒輪，兩個(gè)呈角度的弧形齒輪改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，最后轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到割草裝置，割草裝置通過安裝在軸上的割刀盤帶動(dòng)割刀旋轉(zhuǎn)完成割草作業(yè)。
下面結(jié)合附A0圖紙對(duì)本割草機(jī)進(jìn)行更詳細(xì)的描述：
工作時(shí)，使用者首先根據(jù)自身身高調(diào)節(jié)車架（3）高度，使工作時(shí)處于一個(gè)舒適的狀態(tài)，然后手扶車架最上部，啟動(dòng)動(dòng)力汽油機(jī)（4），汽油機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將會(huì)帶動(dòng)長(zhǎng)軸（11）轉(zhuǎn)動(dòng)，長(zhǎng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到弧齒錐齒輪1（23），此時(shí)與弧齒錐齒輪1嚙合的弧齒錐齒輪2（17）也會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，弧齒錐齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到軸1（22），從而帶動(dòng)被托盤（19）和壓盤（21）夾住的刀片（5）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)割草工作，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)輪（1），可以改變割草高度，從而達(dá)到預(yù)期的割草目的。
本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是：
（1）操作容易、使用和攜帶方便；
（2）轉(zhuǎn)向靈活,能有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度；
（3）整機(jī)重量較低。
（4）傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。
（5）割草動(dòng)作沒有撕扯，對(duì)草坪更有益。
（6）割草高度可進(jìn)行調(diào)整，實(shí)用范圍廣。
圖 1 割草部件
圖 2 整體示意圖
本次設(shè)計(jì)的手推式割草機(jī)是由人手推動(dòng)的。查閱《人機(jī)工程手冊(cè)》，人步行速度約為3—5千米/時(shí)，即48—64米/分，考慮到要推動(dòng)割草機(jī)進(jìn)行切割，選取人的步行速度為48米/分，即0.8米/秒。
確定割草機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)規(guī)模參數(shù)：
（1）修剪幅寬0.4m,修剪高(離地)5-10cm 修剪草高20cm以下；修剪效率200m2/小時(shí)。
（2）修剪機(jī)重量：15kg；扶把高度1.2-1.5m可調(diào)。
3.2 動(dòng)力機(jī)的選擇
選用的汽油機(jī)1E139F
參數(shù)如下：
汽油機(jī)型號(hào) 1E139F 汽油機(jī)型式 單缸、風(fēng)冷二沖程
最大功率 1.4KW/6500r/min 噪聲 101dB(A)
最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 9000r/min 排量 33.6cc
油箱容積 1.0L 點(diǎn)火方式 無(wú)觸點(diǎn)
化油器型式 膜片式 起動(dòng)方式 反沖起動(dòng)
傳動(dòng)軸型式 硬軸 背帶型式 雙肩背帶
凈重? 7.7kg 汽油機(jī)包裝箱尺寸（mm）330×302×300
4 割草機(jī)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的手推式割草機(jī)的傳動(dòng)部分主要是長(zhǎng)軸帶動(dòng)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，錐齒輪帶動(dòng)另一錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)并且改變方向，最后傳到到割刀轉(zhuǎn)動(dòng)，將草坪上多余高度的草割斷。傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)主要是對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)。
4.1 齒輪傳動(dòng)的類型
齒輪傳動(dòng)就裝置形式分：
1）開式、半開式傳動(dòng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械以及簡(jiǎn)易的機(jī)械設(shè)備中，有一些齒輪傳動(dòng)沒有防塵罩或機(jī)殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動(dòng)。這種傳動(dòng)不僅外界雜物極易侵入，而且潤(rùn)滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損，故只宜用于低速傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)裝有簡(jiǎn)單的防護(hù)罩，有時(shí)還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動(dòng)。它工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴(yán)密防止外界雜物侵入，潤(rùn)滑條件也不算最好。
2）閉式傳動(dòng)而汽車、機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等所用的齒輪傳動(dòng)，都是裝在經(jīng)過精確加工且封閉嚴(yán)密的箱體(機(jī)匣)的，這稱為閉式齒輪傳動(dòng)(齒輪箱)。它與開式或半開式的相比，潤(rùn)滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場(chǎng)合。
本次設(shè)計(jì)的推移式割草機(jī)割草總成部分尺寸比較小，傳動(dòng)齒輪尺寸和質(zhì)量比較小，轉(zhuǎn)速比較高，且沒有防護(hù)罩，如果選用開式容易損壞其壽命，因此齒輪傳動(dòng)選用閉式傳動(dòng)【7】。
4.2 錐齒輪的計(jì)算
4.2.1 選定齒輪的類型、精度等級(jí)，材料及齒數(shù)
1）按傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖所示傳動(dòng)方案，選用錐齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
2）割草機(jī)為一般工作機(jī)器，速度、精度要求不高，故選用8級(jí)精度。
3）材料選擇。由機(jī)械設(shè)計(jì)原理表10-1選擇小齒輪材料為40Cr硬度為280HBS,大齒輪材料為45號(hào)鋼，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
4）選小齒輪齒數(shù)Z1=24,則大齒輪齒數(shù)
取Z2=52。
4.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算， 即
（1）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值:
1）試選載荷系數(shù)
2）由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖10-30選取區(qū)域系數(shù)
3）由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖10-26查得。
4）許用接觸應(yīng)力
其余參數(shù)與齒輪相同。
4.2.3 計(jì)算參數(shù)
1）試算小齒輪分度圓直徑d1t,由計(jì)算公式（1）得
2）計(jì)算圓周速度v
3）計(jì)算齒寬b
4）計(jì)算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
b/h=57.62/5.24=10.99
5）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)V=0.4m/s，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)1.02，表10-3查得，表10-2查得使用系數(shù)，表10-4查得錐齒輪與直齒輪的計(jì)算公式相同，故
將數(shù)據(jù)代入后得
由b/h=10.99，Khp=1.323查圖10-13得Khp=1.3;故載荷系數(shù)
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得
7）計(jì)算模數(shù)m
4.2.4 按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
（2）
計(jì)算式中各參數(shù)：
1）計(jì)算載荷系數(shù)K：
2）根據(jù)縱向重和度可得螺旋角影響系數(shù)
3）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
4）查取齒形系數(shù)
由表查得
5）查取應(yīng)力校正系數(shù)
由表可查得
6）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值大。由公式（2）設(shè)計(jì)計(jì)算：
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)mn大于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)， 取mn=2,已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞算得的分度圓直徑 d1=57.62來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有:
，取
大齒輪齒數(shù) ，取Z2=60。
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)【8】。
4.2.5 幾何尺寸計(jì)算
1）計(jì)算中心距
將中心距圓整為91mm。
2）按圓整后的中心距修正螺旋角
因β值改變不多，故參數(shù)等不必修正。計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
=58mm
=125mm
計(jì)算齒輪寬度
4.3 齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
齒輪傳動(dòng)是靠齒與齒的嚙合進(jìn)行工作的，輪齒是齒輪直接參與工作的部分，所以齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損、齒面膠合以及塑性變形等。
齒輪傳動(dòng)的失效形式不大可能同時(shí)發(fā)生，但卻是互相影響的。例如齒面的點(diǎn)蝕會(huì)加劇齒面的磨損，而嚴(yán)重的磨損又會(huì)導(dǎo)致輪齒折斷。在一定條件下，由于上述第一、二種失效形式是主要的，因此設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作條件分析其可能發(fā)生的主要失效形式，以確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
對(duì)于軟齒面(硬度≤350HBS)的閉式齒輪傳動(dòng)，潤(rùn)滑條件良好，齒面點(diǎn)蝕將是主要的失效形式，在設(shè)計(jì)時(shí)，通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。
對(duì)于硬齒面(硬度>350HBS)的閉式齒輪傳動(dòng)，抗點(diǎn)蝕能力較強(qiáng)，輪齒折斷的可能性大，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。
開式齒輪傳動(dòng)，主要失效形式是齒面磨損。但由于磨損的機(jī)理比較復(fù)雜，目前尚無(wú)成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，故只能按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，為了延長(zhǎng)開式、半開式齒輪傳動(dòng)的壽命，可用增大模數(shù)10％--20％的辦法來(lái)考慮磨損的影響【9】。
由于本次設(shè)計(jì)的推移式割草機(jī)的齒輪傳動(dòng)屬閉式傳動(dòng)且屬于高速傳動(dòng)的硬齒面，因此需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
4.4 齒輪的材料選擇及其熱處理
齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)零件。齒輪傳動(dòng)通過輪齒互相嚙合來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可以改變運(yùn)動(dòng)的形式和速度。齒輪傳動(dòng)使用范圍廣，傳動(dòng)比恒定，效率較高，使用壽命長(zhǎng)。在機(jī)械零件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟(jì)性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當(dāng)，則會(huì)出現(xiàn)零件的過早損傷，甚至失效。因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項(xiàng)十分重要的工作【10】。
為了保證齒輪工作的可靠性，提高其使用壽命，齒輪的材料及其熱處理應(yīng)根據(jù)工作條件和材料的特點(diǎn)來(lái)選取。
對(duì)齒輪材料的基本要求是：應(yīng)使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的韌性，以防止齒面的各種失效，同時(shí)應(yīng)具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達(dá)到齒輪的各種技術(shù)要求。
鋼制齒輪的熱處理方法主要有以下幾種：
1) 表面淬火 常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般為40～55HRC。特點(diǎn)是抗疲勞點(diǎn)蝕、抗膠合能力高，耐磨性好。由于齒心部末淬硬，齒輪仍有足夠的韌性，能承受不大的沖擊載荷。
2) 滲碳淬火 常用于低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr鋼等。滲碳淬火后齒面硬度可達(dá)56～62HRC，而齒心部仍保持較高的韌性，輪齒的執(zhí)彎強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性較好，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動(dòng)。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應(yīng)進(jìn)行磨齒。
3) 滲氮 滲氮是一種表面化學(xué)熱處理。滲氮后不需要進(jìn)行其他熱處理，齒面硬度可達(dá)700～900HV。由于滲氮處理后的齒輪硬度高，工藝溫度低，變形小，故適用于內(nèi)齒輪和難以磨削的齒輪，常用于含鉻、銅、鉛等合金元素的滲氮鋼，如38CrMoAlA。
4) 調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn鋼等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220～280HBS。因硬度不高，輪齒精加工可在熱處理后進(jìn)行。
5) 正火 正火能消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大直徑的齒輪可采用鑄鋼正火處理【11】。
一般要求的齒輪傳動(dòng)可采用軟齒面齒輪。為了減小膠合的可能性，并使配對(duì)的大小齒輪壽命相當(dāng)，通常使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面硬度高出30-50HBS。這是因?yàn)樾↓X輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強(qiáng)度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強(qiáng)度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。對(duì)于高速、重載或重要的齒輪傳動(dòng)，可采用硬齒面齒輪組合，齒面硬度可大致相同。
綜上所述，選擇大小齒輪材料均為20CrMnTi，滲碳后淬火處理，強(qiáng)度極限為1100Mpa，屈服極限為850Mpa，齒芯部硬度為300HBS。
4.5 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
齒坯基本參數(shù)的確定：
1）軸交角與傳動(dòng)比i，是根據(jù)齒輪副的傳動(dòng)要求確定的。
2）根據(jù)齒輪副所要傳遞的功率、扭矩，利用經(jīng)驗(yàn)公式或圖表確定小輪外端的節(jié)圓直徑d和小輪齒數(shù)z1（不小于5）?；↓X錐齒輪的外端模數(shù)m可以根據(jù)公式確定。
3）大輪的齒數(shù)Z=iz1計(jì)算后圓整，且大輪與小輪的齒數(shù)之和不小于90
4）齒面寬b的確定。查表，一般選擇為外錐距。
5）根據(jù)大輪和小輪的旋轉(zhuǎn)方向確定齒輪的旋向。齒輪的旋轉(zhuǎn)方向是根據(jù)傳動(dòng)要求確定的，它的選擇要保證齒輪副在嚙合的過程中有互相推開的軸向力。
6）為了保證齒輪副具有一定的重合度，應(yīng)選擇合適的螺旋角，一般選擇位35度?？梢愿鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)表格來(lái)選取適當(dāng)?shù)穆菪?，并可根?jù)公式計(jì)算相應(yīng)的重合度。B為齒寬，Re為外錐距，R為中點(diǎn)錐距，Ri為內(nèi)錐距，MF為端面重合度。
（3）
（4）
7）壓力角的確定。壓力角一般有16、19、20、21.5、22.5、25度等，弧齒錐齒輪一般用20度。壓力角太小減小了齒輪的強(qiáng)度，并容易發(fā)生根切，但柔性增大；壓力角太大容易使得齒頂變尖，降低重合度。小轎車為了降低噪聲、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，采用小壓力角。載重汽車一般用大的壓力角，以增大齒輪的強(qiáng)度。
8）齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)與側(cè)隙。查表，一般當(dāng)小輪齒數(shù)12時(shí)，齒頂高系數(shù)為0.85，頂隙為0.188，則工作齒高系數(shù)為1.7，全齒高系數(shù)為1.888。側(cè)隙查表選取。
9）變位系數(shù)的選擇。根據(jù)傳動(dòng)比與齒輪的齒數(shù)。
參數(shù)確定如下：
(1）選用弧齒錐齒輪傳動(dòng);齒輪精度為8級(jí);
(2）計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。
由于汽油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速n1=6500 r/min，根據(jù)傳動(dòng)比i=2.13，則小齒輪的轉(zhuǎn)速為n2=6500/2.13=3050r/min，大齒輪功率近似P=1.4kw。
4.6 割草機(jī)行走車輪設(shè)計(jì)
割草機(jī)的行走輪由內(nèi)齒輪和輪胎組成。內(nèi)齒輪根據(jù)前面的設(shè)計(jì)要求材料選取45鋼。輪胎在此不僅僅與內(nèi)齒輪輪配合，也是與地面抓合產(chǎn)生動(dòng)力的關(guān)鍵所在，因此輪胎的大小尺寸應(yīng)與割草機(jī)的整體形狀和尺寸緊緊相連。輪胎的外徑是=260mm,而其具體形狀是參照《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》中驅(qū)動(dòng)輪的形狀尺寸，外圈材料為橡膠?！?2】
選取外輪直徑：=260mm,由公式n=v/D得：外輪的轉(zhuǎn)速 n=48103/2603.1458r/min。
行走輪的具體結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖3:
圖3行走輪
齒輪的材料選擇依據(jù)：
45號(hào)鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼,硬度不高易切削加工,模具中常用來(lái)做模板、梢子、導(dǎo)柱等,但須熱處理。
調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨?？捎谜{(diào)質(zhì)＋表面淬火提高零件表面硬度。
隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,儀器設(shè)備的功率越來(lái)越大,轉(zhuǎn)速越來(lái)越快,振動(dòng)和噪聲的危害也越來(lái)越突出。振動(dòng)和噪聲不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量和操作精度、縮短產(chǎn)品壽命、危及安全性,而且污染環(huán)境，影響人身健康【13】。
因此,掌握振動(dòng)與噪聲控制技術(shù)是各國(guó)工業(yè)發(fā)展面臨的重大課題。消除振動(dòng)和噪聲的有效方法之一是減少振動(dòng)源的振動(dòng)和隔離振動(dòng)的傳遞。目前廣泛使用的方法是利用橡膠材料與骨架材料(如金屬、纖維、工程塑料等)復(fù)合制成的功能裝置或特殊的橡膠粘彈性高阻尼材料來(lái)消除振動(dòng)源的振動(dòng)沖擊和吸收噪聲。這種橡膠減震功能裝置已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、艦船、汽車、火車和建筑工程等方面以及儀器儀表的振動(dòng)隔離。
橡膠材料減震主要承受壓縮應(yīng)力、剪切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)力矩以及兩種或兩種以上應(yīng)力的復(fù)合作用,在保證機(jī)車的高速性、舒適性和安全性方面起著重要作用。
5 割草機(jī)各部分機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
推移式割草機(jī)的割草機(jī)構(gòu)如圖4和5所示
圖4 刀片
圖5 托盤壓盤
割草機(jī)割草機(jī)構(gòu)由壓盤、托盤和刀片組成，刀片在壓盤和托盤間由螺母扭緊固定。
5.1 刀片材料的選擇
割草機(jī)刀片必須采用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼材，經(jīng)過特殊熱處理工藝保證刀片有較高的強(qiáng)度、鋒利度、耐磨性、抗沖擊韌性。刀架及刀片外形應(yīng)該符合空氣動(dòng)力學(xué)要求，盡量減少運(yùn)動(dòng)時(shí)的空氣阻力，以降低功率消耗。裝配、調(diào)整刀具時(shí)，必須保證兩端力矩平衡，以減少振動(dòng)和噪聲。
刀片材料選用優(yōu)質(zhì)合金鋼。在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに?，可獲得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無(wú)磁性等特殊性能【14】。
5.2 刀片的切割過程
在刀片割草的過程中，刀片和草是一對(duì)矛盾。要弄清切割過程的實(shí)質(zhì)，必須先了解這兩方面的性質(zhì)和特點(diǎn)，才能進(jìn)一步分析它們的相互作用。
草的橫截面呈扁平或槽型。非均勻體在不同方向上的機(jī)械性能并不相同（稱為各向異性），這是與均勻材料（各向同性）顯著不同的特點(diǎn)。草的剛度很小，極易彎曲，到一定撓度時(shí)，就會(huì)失去穩(wěn)定而彎折。
利用工具所施加的壓力來(lái)破壞材料相互之間聯(lián)系使之分離的機(jī)械加工過程，都稱之為“切”。刀片的切割過程同刀具切削金屬的過程及沖模沖剪材料的過程本質(zhì)是不同的。刀片的斷面呈薄的楔形，前后兩個(gè)刃磨面組成的楔角的頂部就是刃口。刀片的“切割”過程同“切削”及“沖剪”之不同，在于前者是利用刃口對(duì)材料產(chǎn)生很大的單位應(yīng)力，使刃口穿透入被切材料之中來(lái)破壞材料。
齒刀片的切割過程是，刀片以齒尖刺穿草面，將其斷面分割開；隨著齒尖的繼續(xù)插入，由于草的強(qiáng)度各向異性的特點(diǎn)，纖維之間很容易沿橫向被撕開，因而受到削弱。草被齒尖刺入后也不會(huì)再沿刀刃向外滑出，所以被割斷。
6 軸的設(shè)計(jì)
6.1 軸的概述
軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞。因此，軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。
按照承受載荷的不同，軸可以分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類。工作中既能承受彎矩又能承受扭矩的稱為轉(zhuǎn)軸。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸。只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動(dòng)軸。還有很多種不同的分類方法，在此就不一一列出。
6.2 工作軸的設(shè)計(jì)
6.2.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
已知軸的最小直徑為：9.7mm將此值圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。取為10mm,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取軸承安端的直徑為10mm。具體尺寸如圖示：
圖6 割刀軸結(jié)構(gòu)圖
6.2.2 按軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算
這種方法是只按軸所承受的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果還受有不大的彎矩時(shí)，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法以考慮。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法以初步估算軸徑。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
（5）
式中：τT 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa；
T 軸所受的扭矩，單位N·mm；
WT 軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm3；
n 軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
p 軸傳遞的功率，單位為KW；
d 計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm；
[τT] 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa；
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得[τt]=155MP，由公式（5）得:
τt= =2.64MPa＜[τt]=155MP 軸的直徑合格
6.2.3 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算
通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。一般軸用這種方法計(jì)算即可。其計(jì)算步驟如下： 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型）
軸所受的載荷是從軸上零件傳來(lái)的。計(jì)算時(shí)，常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中心點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)，深溝球軸承支反力的作用點(diǎn)就在軸承的中心線上與軸垂直。
在作計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，應(yīng)先求出軸上受力零件的載荷（若為空間力系，應(yīng)把空間力分解為圓周力、徑向力和軸向力，然后把它們?nèi)哭D(zhuǎn)化到軸上），并將其分解為水平和垂直分力，然后求出各支承處的水平反力和垂直反力【16】。
a)作出彎矩圖
根據(jù)上述簡(jiǎn)圖，分別按水平和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果作出水平面上的彎矩MH圖和垂直面上的彎矩MV圖；然后按下式計(jì)算總彎矩并作出M圖；
(6)
b)作出扭矩圖
如下圖9所示
c)校核軸的強(qiáng)度
已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）作彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力 (7)
通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力σ是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭矩切應(yīng)力τ則常常不是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)α，則計(jì)算公式
(8)
式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力。當(dāng)扭矩切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取α=0.3；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取α=0.6；若扭矩切應(yīng)力亦為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取α=1；
對(duì)于直徑為D的圓軸，彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將σ和τ代入上式，則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為：
(9)
式中：σca—軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為MPa；
M—軸所承受的彎矩，單位為N·mm；
T—軸所受的扭矩，單位為N·mm；
W—軸的抗彎截面系數(shù)，單位為mm3；
σ-1—對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力；查表選?。?
軸主要是承受是扭矩，承受很少的彎矩，受力簡(jiǎn)圖如下圖7所示
圖7 軸受力簡(jiǎn)圖
根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖8與扭矩圖9：
圖8 彎矩圖
圖9 扭矩圖
Mmax=37.68N·mm
Tmax=140.52N·mm
6.2.4 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在彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度。根據(jù)上式（9）及上求數(shù)值，并取α=0.6，軸上的計(jì)算應(yīng)力
=52.52MPa＜[τ-1]
前已選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由書《機(jī)械制造基礎(chǔ)》表15-1查得σ-1=60MPa。故安全。
6.2.5 按軸的疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核
這種校核計(jì)算的實(shí)質(zhì)在于確定變應(yīng)力情況下軸的安全程度。在已知軸的外形、尺寸及載荷的基礎(chǔ)上，即可通過考慮分析確定出一個(gè)或幾個(gè)危險(xiǎn)截面（這時(shí)不僅要考慮彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的大小，而且要考慮應(yīng)力集中和絕對(duì)尺寸等因素的影響程度），求出計(jì)算全安系數(shù)Sca并應(yīng)使其稍大于或至少等于設(shè)計(jì)安全系數(shù)S，即 （10）
僅有法向應(yīng)力時(shí)，應(yīng)滿足:
（11）
僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時(shí)，應(yīng)滿足:
（12）
設(shè)計(jì)安全系數(shù)數(shù)值可按下述情況選取。
S=1.3～1.5，用于材料均勻，載荷與應(yīng)力計(jì)算精確時(shí)；
S=1.5～1.8，用于材料不夠均勻，計(jì)算精確度較低時(shí)；
S=1.8～2.5，用材料均勻性及計(jì)算精確度很低，或軸的直徑大于200mm時(shí)。
軸的直徑最小處在兩端裝齒輪和帶輪的地方，因?yàn)檩S的直徑最小所以最有可以成為危險(xiǎn)截面【17】。
第一個(gè)危險(xiǎn)截面處右側(cè)
抗彎截面系數(shù) ：W=0.1d3=0.1×253=1562.5mm3
抗扭截面系數(shù) ：W T=0.2d3=0.2×263=3125mm3
截面左側(cè)的彎矩為：M=37.68NM
截面上的扭矩為：T=140.52NM
按第三強(qiáng)度理論：
＜[σ-1]
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。σ-1=275Mpa σB=640Mpa τ-1=155MPa
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)ασ及ατ按《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附表3-2查取。因r/d=1/26=0.038 ,D/d=30/26=1.15,經(jīng)插值后可查得
ασ= 2.14 ατ= 1.7
又由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)這
qσ =0.6 qτ=0.65
故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式
由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附圖3-2得尺寸系數(shù)εσ =0.8 ；《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)ετ=0.95。
軸按精車加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為
βσ=βτ=0.8
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即βq=1，則按式得綜合系數(shù)值為
又得碳鋼的特性系數(shù)
ψσ=0.1 ψτ=0.05
于是計(jì)算安全系數(shù)Sca值按式則得
故其可以安全。
6.3 長(zhǎng)軸的校核
長(zhǎng)軸只受到扭轉(zhuǎn)的作用，因此需按扭轉(zhuǎn)應(yīng)力來(lái)校核軸的強(qiáng)度。
長(zhǎng)軸的扭矩：
由強(qiáng)度條件，
（13）
最小截面為邊長(zhǎng)為5的正方形截面。查《材料力學(xué)》P96表得a=0.208
對(duì)于鋼材來(lái)說(shuō)，許用剪應(yīng)力一般按（0.6--0.8）δb/n，n為安全系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》P770表得40Cr的δb=750Mpa
計(jì)算得：
，滿足強(qiáng)度條件。 故長(zhǎng)軸安全。
7 軸承的選擇及校核
7.1 軸承的選擇
根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小，功率消耗小，機(jī)械效率高，易起動(dòng)；尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，具有互換性，便于安裝拆卸，維修方便；精度高，轉(zhuǎn)速高，磨損小，使用壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在一般機(jī)器中應(yīng)用較廣，但滾動(dòng)軸承也有噪音大、徑向尺寸過大、軸承座的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、成本較高等缺點(diǎn)。
而且深溝球軸承是最常用的滾動(dòng)軸承。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。主要用來(lái)承受徑向載荷，但當(dāng)增大軸承徑向游隙時(shí)，具有一定的角接觸球軸承的性能，可以承受徑、軸向聯(lián)合載荷。在轉(zhuǎn)速較高又不宜采用推力球軸承時(shí)，也可用來(lái)承受純軸向載荷。與深溝球軸承規(guī)格尺寸相同的其它類型軸承比較，此類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高。但不耐沖擊，不適宜承受重載荷。但恰好推移式割草機(jī)割草時(shí)所受沖擊小，在這里用十分適合【18】。
7.2 軸承的校核
按照軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇6000 Q，其額定動(dòng)載荷=15.0kN, 額定靜載荷=10.0kN。軸承壽命可由式進(jìn)行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用，所以，查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》314頁(yè)表16-5、6、7取取。
求相對(duì)軸向載荷對(duì)應(yīng)的e值與Y值 按《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表13-5注1，對(duì)深溝球軸承取=11.3，則相對(duì)軸向載荷為 ，在表中介于0.172~0.345之間，對(duì)應(yīng)的e值為0.19~0.22，Y值為2.30~1.99。
用線性插值法求Y值：
Y=1.99+
故 X=0.56 Y=2.203
求當(dāng)量動(dòng)載荷P P= =
驗(yàn)算6200深溝球軸承的壽命，
因此所該軸承符合求。
運(yùn)動(dòng)仿真
UG 的發(fā)展與簡(jiǎn)介
UG NX軟件是美國(guó)電子數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)的CAD/CA/PDM/PLM集成軟件集成系統(tǒng)。現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于當(dāng)前模具設(shè)計(jì)和汽車制造中，具有比較好的操作環(huán)境，并且邏輯運(yùn)算功能非常強(qiáng)大，具有更全面的數(shù)據(jù)庫(kù)，因此使用非常普遍。
新建運(yùn)動(dòng)仿真
為了形成可移動(dòng)機(jī)構(gòu)，必須以一定的方式連接兩個(gè)相鄰的構(gòu)件（包括框架、移動(dòng)器和從動(dòng)件）。這種連接必須是可移動(dòng)的連接，而不是相對(duì)的連接。固定運(yùn)動(dòng)（如焊接或鉚接）。在保持某些相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，接觸兩個(gè)部件的任何可移動(dòng)連接稱為運(yùn)動(dòng)對(duì)。這兩個(gè)部件在給定連桿的特性后，可以通過一對(duì)運(yùn)動(dòng)連接起來(lái)，形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。關(guān)節(jié)的作用是將機(jī)構(gòu)中的連桿連接成一個(gè)有機(jī)整體，而不是表面靜態(tài)連接。為了使組織能夠采取必要的行動(dòng)，有必要利用體育惡習(xí)來(lái)連接和協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。在定義運(yùn)動(dòng)對(duì)之前，組織中的鏈接被懸掛在空間中，例如天空中的平面。在連桿上沒有約束，所以它可以在任何方向上在空間中移動(dòng)。UG的運(yùn)動(dòng)仿真模塊提供了15種不同自由度的運(yùn)動(dòng)副。這些都是無(wú)法提供驅(qū)動(dòng)程序的類型。根據(jù)是否有驅(qū)動(dòng)和使用頻率分為：驅(qū)動(dòng)：轉(zhuǎn)動(dòng)副、滑動(dòng)副、圓柱副、螺旋副、球面副、平面副、萬(wàn)向節(jié)對(duì)。不包含不常被驅(qū)動(dòng)的模型。在NX8內(nèi)的各種運(yùn)動(dòng)所建立的步驟幾乎是相同的。
創(chuàng)建一對(duì)運(yùn)動(dòng)的步驟分為三個(gè)步驟：選擇當(dāng)前運(yùn)動(dòng)對(duì)所需的鏈路。如果不是鏈接，則不能選擇鏈接。指定運(yùn)動(dòng)對(duì)的起源和方向。在運(yùn)動(dòng)對(duì)的第一個(gè)鏈接上設(shè)置相關(guān)參數(shù)之后，如果仍然需要與其他鏈接相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)，則可以選擇第二個(gè)鏈接來(lái)進(jìn)行咬合。設(shè)置運(yùn)動(dòng)對(duì)的驅(qū)動(dòng)器。
這一章解釋了用常用的旋轉(zhuǎn)對(duì)創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)對(duì)的步驟。
（1）啟動(dòng)NX80，打開1／BASE。Sim /移動(dòng)。
如果你想直接打開運(yùn)動(dòng)仿真文件，在打開文件時(shí)選擇仿真文件。SIM。
（2）首先創(chuàng)建一個(gè)鏈接。在菜單中單擊[插入] -[連接]，選擇齒輪作為鏈接對(duì)象，然后單擊“確定”按鈕。
首先選擇軟件菜單欄中的“應(yīng)用模塊”進(jìn)入“運(yùn)動(dòng)仿真”狀態(tài)。右鍵單擊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器中的程序集文件，命名為“手推割草機(jī)”，并創(chuàng)建一個(gè)新的運(yùn)動(dòng)仿真文件。選擇名為“環(huán)境”對(duì)話框中的“動(dòng)力學(xué)”按鈕，然后點(diǎn)擊“確定”按鈕。UG軟件默認(rèn)運(yùn)動(dòng)仿真文件的名稱是“MOTYSTY1”。
單擊彈出式“機(jī)器運(yùn)動(dòng)助理向?qū)А睂?duì)話框中的“取消”按鈕，然后手動(dòng)定義鏈接和動(dòng)作對(duì)。
定義連桿與運(yùn)動(dòng)副
結(jié)論與展望
結(jié)論
本次設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要功能和特點(diǎn)如下：手推式割草機(jī)采用固定刀片的剪切和活動(dòng)刀片相對(duì)滑動(dòng)的工作原理，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，噪音低，無(wú)污染，使用靈活方便。小面積草坪進(jìn)行切割作業(yè)，安全可靠，維護(hù)方便，具有良好的導(dǎo)向性。使割草機(jī)在車進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)容易轉(zhuǎn)動(dòng)，外觀美觀。滿足對(duì)于家庭用戶的審美要求，使用雙刀作往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，切割草坪的效果理想，而且成本較低。
這次設(shè)計(jì)的草坪割草機(jī)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是：它具有節(jié)能環(huán)保、切割時(shí)產(chǎn)生的噪音小、采用綠色設(shè)計(jì)，齒輪，軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以提高工作效率，并且解決了使用者的高負(fù)荷工作強(qiáng)度的問題。本次設(shè)計(jì)的外觀新穎，適合操作者使用。
本章介紹了手推式割草機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制。試驗(yàn)表明，本次設(shè)計(jì)的手推式割草機(jī)安全可靠，操作穩(wěn)定，重量輕，便于攜帶，操作方便。對(duì)于不同密度的草坪區(qū)，可以控制不同的刈割速度，以達(dá)到節(jié)約燃料的效果，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的目的。綜上所述，本次設(shè)計(jì)的手推式割草機(jī)在解決方案方面是可行的，在市場(chǎng)上也具有較高的推廣和推廣價(jià)值，值得深入研究和探索。
不足之處
由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間有限，相關(guān)知識(shí)的參考資料不足，本畢業(yè)設(shè)計(jì)存在一些不足。對(duì)于整機(jī)的結(jié)構(gòu)，在尺寸的確定方面還有改進(jìn)的余地，而外觀的設(shè)計(jì)更是優(yōu)化的空間，如用戶的舒適度、刀片切割時(shí)產(chǎn)生的噪聲、扶手的振動(dòng)等。值得更詳細(xì)的探索和研究。
未來(lái)展望
隨著我國(guó)人民物質(zhì)生活水平的提高，村鎮(zhèn)綠化建設(shè)逐漸受到人們的關(guān)注。取得了很大的進(jìn)步。人們?cè)絹?lái)越關(guān)注草坪美化、空氣凈化和環(huán)境保護(hù)。特別是隨著私家園林別墅數(shù)量的不斷增加，城市市民廣場(chǎng)的數(shù)量不斷增加，草坪綠地面積進(jìn)一步擴(kuò)大，因此開發(fā)一種低噪音、易操作的手推式割草機(jī)更是必要。然而，在中國(guó)的草坪割草機(jī)，目前的發(fā)展還不是很成熟。這種類型不夠豐富，所以這次選擇推式割草機(jī)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的主題。
目前市場(chǎng)上購(gòu)買手推割草機(jī)的要點(diǎn)是剪草和切高調(diào)整。然而，我認(rèn)為采集草料剪枝不僅是由于高速割草時(shí)刀片難以高速切割的草屑造成的。面包屑被收集起來(lái)，因?yàn)楦钕碌牟菪急旧硪彩且环N營(yíng)養(yǎng)增強(qiáng)的草坪肥料。所以我沒有安裝引導(dǎo)和收集設(shè)備。我剛在工作臺(tái)的前端安裝了一個(gè)草耙。對(duì)于刈割高度調(diào)整問題，我采用兩輪驅(qū)動(dòng)。使用者可以根據(jù)扶手伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度和長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整切割高度。這可以更靈活，針對(duì)手推車割草機(jī)今天市場(chǎng)上。就數(shù)量而言，我沒有考慮如何在停止時(shí)放置割草機(jī)。所以我使用了前輪輔助支架設(shè)計(jì)。使用可制動(dòng)的萬(wàn)向輪，可以順利地放置割草機(jī)。
今天，步行割草機(jī)逐漸取代了步行割草機(jī)。特別地，可以實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑，并且用戶可以容易地操作它。一種可使用的全液壓草坪拖拉機(jī)，深受用戶歡迎。預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)將會(huì)有更多的自動(dòng)和更舒適的草坪機(jī)械。但在二十一世紀(jì)，中國(guó)主要的割草機(jī)仍然走著割草機(jī)，這是在上世紀(jì)80年代，發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，這是一種產(chǎn)品，在國(guó)外已經(jīng)淘汰。
因此，我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和追隨西方園林機(jī)械發(fā)展的歷史，借鑒他們的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以縮小西方國(guó)家之間的差距，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新和本土化。
隨著進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)的除草機(jī)行業(yè)已經(jīng)連續(xù)多年保持快速增長(zhǎng)。自從中國(guó)加入WTO，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)除草劑行業(yè)的出口水平也是可喜可賀的，2在2008年，全球金融危機(jī)的爆發(fā)，中國(guó)的除草機(jī)行業(yè)的發(fā)展也遇到了狠毒困難，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的割草機(jī)需求一直在下降，出口產(chǎn)量也在不斷下降。割草行業(yè)普遍經(jīng)歷了商業(yè)的低迷。利潤(rùn)下降了很多