推移式割草機(jī)設(shè)計(jì),推移式割草機(jī)設(shè)計(jì),推移,割草機(jī),設(shè)計(jì) 推移式割草機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： (湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙 410128) 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)用簡單的推移式割草機(jī),其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、輕便、工作頭前伸和支架高度可調(diào);本文介紹了,推移式割草機(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。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該機(jī)具有操作簡便、使用和攜帶方便、轉(zhuǎn)向靈活等點(diǎn),能有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞：割草機(jī)；設(shè)計(jì)；推移式； The Design of Lawn Mower Goes On Type Student: Tutor: (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) 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 前言 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)場地的要求越來越迫切。1805年英國人普拉克內(nèi)特發(fā)明了第一臺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。 隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)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(hù)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(hù)坡，凈化空氣多種功能已經(jīng)成為人們的共識。 從第一臺滾刀式割草機(jī)的問世，到現(xiàn)在已經(jīng)過了100多年了，原來主要應(yīng)用于牧場的機(jī)械已經(jīng)發(fā)展成為有幾十個(gè)品種，適用于不同場合的割草機(jī)。我國生產(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，所以長期以來，割草機(jī)均以進(jìn)口為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1999年底我國有各種園林機(jī)械10萬臺，1999年的割草機(jī)銷售量在3萬臺左右，其中80%為進(jìn)口。我國割草機(jī)進(jìn)口主要來自于日本、美國、意大利、瑞典等國家，進(jìn)口價(jià)格在0.38萬元到5.8萬元。 改革開放以來，我國的草坪業(yè)由興起到長足發(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，我國引進(jìn)使用的割草機(jī)有美國和日本等十幾個(gè)國家的幾十種機(jī)型，我國也已經(jīng)開始生產(chǎn)割草機(jī)，目前國內(nèi)外所用的割草機(jī)種類繁多，其分類方法也多樣化【1】。 我國目前生產(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 我國割草機(jī)的發(fā)展 1.2.1 發(fā)展?fàn)顩r 據(jù)調(diào)查，國內(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。市場上草坪修剪機(jī)的品牌很多，有進(jìn)口的產(chǎn)品，也有國內(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)，占國內(nèi)市場的50%，現(xiàn)年產(chǎn)5000臺。目前正著手進(jìn)行年產(chǎn)5萬臺割草機(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)多選用美國產(chǎn)品，1999年已經(jīng)有產(chǎn)品出口美國。 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，無電地區(qū)或停電時(shí)用165、175、180等型號柴油機(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，我國已經(jīng)研制開發(fā)出來草坪割草機(jī)試驗(yàn)臺，草坪割草機(jī)為現(xiàn)代城市綠化的重要設(shè)備，目前市場上國產(chǎn)的機(jī)器均有一定的市場，但質(zhì)量參差不齊。對于草坪割草機(jī)的安全指標(biāo)，僅有檢測方法，沒有現(xiàn)成的撞擊試驗(yàn)專用設(shè)備。為了對其進(jìn)行科學(xué)的測試，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。該試驗(yàn)臺自動(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)，可對國內(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)臺達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，檢測快捷，安全性高。 1.2.2 存在問題 國內(nèi)割草機(jī)械市場發(fā)展緩慢，我國草坪機(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。對此，有關(guān)專家認(rèn)為，當(dāng)前我國畜牧機(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)營規(guī)模的用戶選擇。我國的用戶不能根據(jù)自己的經(jīng)營規(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。我國已定型的割草機(jī)械大部分屬國外上世紀(jì)的技術(shù)水平，20多年來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。隨著國內(nèi)人們生活水平的提高，人們對居住的綠化水平要求越來越高，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、道路、農(nóng)場和林場等場合【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、屋頂或陽臺上的青草等，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)會飛甩出去而無法控制。 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 割草機(jī)概述 2.1 割草機(jī)的分類 按切割器類型可以分為旋刀式、往復(fù)式、滾刀式、甩刀式、甩繩式。其中，應(yīng)用最多的是滾刀式割草機(jī)和往復(fù)式割草機(jī)。 往復(fù)式割草機(jī)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，因而成本較低。它的作業(yè)速度一般為6—8km/h。提高割刀的往復(fù)次數(shù)并解決割刀的全平衡 問題后，作業(yè)速度可以提高到10—12km/h。往復(fù)式割草機(jī)適用于切割直立而生長密度不過分高的草坪。 旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)工作平穩(wěn)，對草坪的適應(yīng)性強(qiáng)，特別適用于稠密、倒伏、纏連的牧草，能以8—16km/h的作業(yè)速度工作，生產(chǎn)率高。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，單位割幅功率消耗大。 按配套動(dòng)力和作業(yè)方式分可以分為：為手推式、手扶隨行式、手扶自行式、坐騎式和拖拉機(jī)懸掛式割草機(jī)。 按動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式主要分為人畜力驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)三種形式割草機(jī)。其中，以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的割草機(jī)最多，發(fā)動(dòng)機(jī)多為單缸汽油機(jī)。太陽能割草機(jī)雖然已有生產(chǎn)，但應(yīng)用較少。 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的割草機(jī)按牽引方式或懸掛方式可分為前置式、側(cè)置式、后置式、中置式割草機(jī)。目前，也有旋刀式手推隨行式割草機(jī)，大部分采用中置懸掛，而滾刀手推隨行式割草機(jī)多采用前置式掛接，大型的割草機(jī)則采用混合牽引方式【3】。 2.2 割草機(jī)割草的基本要求 不論是哪一種類型的割草機(jī)對草坪修剪的基本要求是一樣的： 1）割草高度可根據(jù)要求調(diào)整，適應(yīng)高度調(diào)整范圍大，當(dāng)草坪要求修剪很低能達(dá)到要求。 2）割草整齊、平整，同一行程前后割草高度一致，兩次作業(yè)行程銜接平滑、無接茬。 3）對地形的適應(yīng)能力強(qiáng)，仿行能力強(qiáng)，隨地形變化前后剪草高度一致。 4）割草機(jī)質(zhì)量好，故障少，節(jié)省燃料、效率高。 5）易于操作、輕便靈活、維修調(diào)試方便，零部件通用性和互換性好【4】。 2.3 推移式割草機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 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【5】。 2.4 推移式割草機(jī)的工作原理 割草機(jī)以移動(dòng)式汽油機(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)長軸，長軸轉(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)將會帶動(dòng)長軸（11）轉(zhuǎn)動(dòng)，長軸的轉(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)簡單，維護(hù)方便。 （5）割草動(dòng)作沒有撕扯，對草坪更有益。 （6）割草高度可進(jìn)行調(diào)整，實(shí)用范圍廣。 圖 1 割草部件 Fig 1 Cutting grass parts 圖 2 整體示意圖 Fig 2 Overall schemes 3 割草機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)和動(dòng)力機(jī)的選擇 3.1 總體方案設(shè)計(jì) 推移式割草機(jī)是由人手推動(dòng)的。查閱《人機(jī)工程手冊》，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)【6】。 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 1E139F 汽油機(jī)型式 單缸、風(fēng)冷二沖程 最大功率 1.4/6500kw/r/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)的推移式割草機(jī)的傳動(dòng)部分主要是長軸帶動(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，潤滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場合。 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，材料及齒數(shù) 1）按傳動(dòng)方案簡圖所示傳動(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)蝕會加劇齒面的磨損，而嚴(yán)重的磨損又會導(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。 對于軟齒面(硬度≤350HBS)的閉式齒輪傳動(dòng)，潤滑條件良好，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。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)來選取。 對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）。弧齒錐齒輪的外端模數(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。可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表格來選取適當(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; (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》中驅(qū)動(dòng)輪的形狀尺寸，外圈材料為橡膠。【12】 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 Fig 3 Wheel 材料選擇依據(jù)： 45號鋼為優(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。可用調(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)備的功率越來越大,轉(zhuǎn)速越來越快,振動(dòng)和噪聲的危害也越來越突出。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)割草機(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 Fig 4 blade 圖5 托盤壓盤 Fig5 Tray pressure plate 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)募庸すに嚕色@得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能【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)，就會失去穩(wěn)定而彎折。 利用工具所施加的壓力來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【15】。 6.2 割刀軸的設(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 Figure 6 Cuts the cutter bar structure drawing 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》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)算簡圖（即力學(xué)模型） 軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計(jì)算時(shí)，常將軸上的分布載荷簡化為集中力，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)力亦為對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取α=1； 對于直徑為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—對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力；查表選取； 軸主要是承受是扭矩，承受很少的彎矩，受力簡圖如下圖7所示 圖7 軸受力簡圖 Figure 7 Axis stress diagram 根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖8與扭矩圖9： 圖8 彎矩圖 Figure 8 Bending-moment diagram 圖9 扭矩圖 Figure 9 Torque chart 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 長軸的校核 長軸只受到扭轉(zhuǎn)的作用，因此需按扭轉(zhuǎn)應(yīng)力來校核軸的強(qiáng)度。 長軸的扭矩： 由強(qiáng)度條件， （13） 最小截面為邊長為5的正方形截面。查《材料力學(xué)》P96表得a=0.208 對于鋼材來說，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》P770表得40Cr的δb=750Mpa 計(jì)算得： ，滿足強(qiáng)度條件。 故長軸安全。 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，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)簡單，使用方便。主要用來承受徑向載荷，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頁表16-5、6、7取取。 求相對軸向載荷對應(yīng)的e值與Y值 按《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表13-5注1，對深溝球軸承取=11.3，則相對軸向載荷為 ，在表中介于0.172~0.345之間，對應(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【19】。 8 結(jié)論 隨著當(dāng)代社會的進(jìn)步與發(fā)展，人們對生存環(huán)境的要求也越來越高，城市綠化的保護(hù)也越將得到重視。我國草坪建設(shè)也得到了迅速的發(fā)展。草坪美化環(huán)境，凈化空氣多種功能已經(jīng)成為人們的共識。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、無噪音的手推式割草機(jī)。而我國這方面割草機(jī)的發(fā)展還不是很發(fā)達(dá)，類型不豐富，所以，本人選擇了本課題作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，通過老師的直到和自己的努力設(shè)計(jì)了以上實(shí)用可靠的設(shè)計(jì)方案。由于本人知識水平方面有限，只設(shè)計(jì)考慮到以上相關(guān)方面，但是我有理由相信此款推移式割草機(jī)一定會有很大的應(yīng)用前景，并且值得繼續(xù)深究與完善【20】。 參考文獻(xiàn) [1] 趙平.農(nóng)業(yè)機(jī)械歷史與前景展望[M].北京：林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，1999：85～94 [2] 陳傳強(qiáng).草坪機(jī)械使用與維護(hù)手冊[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002：25～80 [3] 丁玉蘭.人機(jī)工程手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：76～88 [4] 周忠旺.草坪割草機(jī)的設(shè)計(jì)與割草質(zhì)量[M].北京：林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2002：125～142 [5] 劉美玲.雷振德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2005：35～38 [6] 劉鴻文.材料力學(xué).第四版[M].北京：高等教育出版社，2004：121～135 [7] 孫玉芹，孟兆新.機(jī)械精度設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2003：55～90 [8] 朱龍根.簡明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997：71～95 [9] 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Transform Methods With Application to Engineering and Operation.1999：88～105 致 謝 首先，我要感謝我的導(dǎo)師辛繼紅老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，給了起到了指明燈的作用；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，讓我很快就感受到了設(shè)計(jì)的快樂并融入其中。其次我要感謝同學(xué)們對我的幫助和指點(diǎn)，沒有他們的幫助和提供資料，沒有他們的鼓勵(lì)和加油，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)就不會如此的順利進(jìn)行。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)三個(gè)月，是我大學(xué)學(xué)習(xí)中遇到過的時(shí)段最長、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次設(shè)計(jì)。用辛老師的一句話概括就是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)相當(dāng)如是把以前的小課程設(shè)計(jì)綜合在一起的過程，只要把握住每個(gè)小課設(shè)的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強(qiáng)邏輯，那么這次的任務(wù)也就不難了。我此次的任務(wù)是做一個(gè)推移式割草機(jī)的設(shè)計(jì)。雖說老師說的話讓此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)看起來不是那么的可怕，但是當(dāng)我真的開始著手時(shí)，還的確是困難重重。 俗話說的好，“磨刀不誤砍柴工”，當(dāng)每次遇到不懂得問題時(shí)，我都會第一時(shí)間請教老師和同學(xué)們，他們對于我提出來的問題都一一解答，從來都不會因?yàn)槲业膯栴}稍過簡單加以責(zé)備，而是一再的告誡我做設(shè)計(jì)該注意的地方，從課題的選擇到設(shè)計(jì)的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，他們真正起到了“傳道授業(yè)解惑疑”的作用，讓人油然而生的敬佩。多少個(gè)日日夜夜，老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩老師們的專業(yè)水平外，他們的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向辛繼紅老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 在