剪草机设计.docx

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剪草机设计

本科毕业设计（论文）

手推割草机设计

DesignofHand-PushReelMower

学院：

机械工程

专业班级：

机械设计制造及其自动化机械051

学生姓名：

边卫亮

学号：

010519101

指导教师：

周建来（副教授）

2009年6月

毕业设计（论文）中文摘要

手推割草机设计

摘要：

本次设计的手推滚刀式割草机主要由连接成框形的行走轮、支架、扶手架和割草机构组成，行走轮的内圈具有齿轮，割草机构由滚刀和定刀构成。

滚刀的轴架于支架上，该轴的两端分别装置有与行走轮的内圈齿轮相啮合形成行星轮系的小齿轮，定刀固定于支架上，定刀的刃部与滚刀的刃部相切。

滚刀刀片其刀刃为扭曲弧度形固定于刀架上，且在刀刃的前后设有切削角度，这样当割草时，刀刃与草形成一定角度，有力的提高了刀片与草之间的切削力，从而减小了滚刀片在切割草的同时撕拉草筋而损伤草根的程度，有效地提高了割草机的割草效率，对草坪更有益。

本次设计的手推割草机适于家庭庭院及私人花园等小型草地使用，不需电力或柴油为动力，无废气及噪音等污染，符合环保要求。

人们在漫步中割草，既锻炼身体又可实现修整草坪的目的。

关键词：

割草机；草坪；环保

毕业设计（论文）外文摘要

DesignofHand-PushReelMower

Abstract:

Thedesignofhandpushreelmowerconsistsmainlyofwalkingwheels,frame,handrailframeandcuttingsubassembly,walkingwheelshavetheinnerringgears,cuttingsubassemblymakeupofthehobandfixedknife.Theshaftofhobrestsontheframe;atbothendsoftheshafthavethepiniongearsthatmeshwiththeinnerringgears.Thefixedknifeinstallsontheframe,thecuttingedgeoffixedknifeistangenttothehob’sblade.Hobtwistedbladesfixonthetoolcarrier,andwiththebladecuttingangleonthefrontandrear.Thebevelanglesofcuttingedgecanenhancethecuttingforceswhenmowthelawn,andincreaseworkefficiency.Themowerdesignedforhomeandprivategardenandsmalllawnuse,withoutelectricityordiesel-powered,noairandnoisepollution,accordwiththerequirementsofenvironmentalprotection.Peoplewalkthroughthegrassfornotonlyphysicalexercisebutalsorealizationofthepurposeoftrimmingthelawn.

Keywords:

reelmower；lawn；environmentalprotection

1绪论………………………………………………………………………………1

1.1割草机的发展历史……………………………………………………………1

1.2我国割草机的发展……………………………………………………………2

1.3手推割草机的使用……………………………………………………………3

2割草机概述……………………………………………………………………5

2.1割草机的分类…………………………………………………………………5

2.2割草机割草的基本要求………………………………………………………5

2.3割草机的结构特点……………………………………………………………5

3割草机的总体方案设计…………………………………………………………7

4割草机传动部分设计…………………………………………………………10

4.1割草机齿轮设计………………………………………………………………10

4.2割草机行走轮设计……………………………………………………………15

5割草机割草机构设计…………………………………………………………18

5.1刀片材料选择…………………………………………………………………18

5.2滚刀刀片设计…………………………………………………………………18

6滚刀轴设计……………………………………………………………………21

6.1轴的概述………………………………………………………………………21

6.2轴的设计………………………………………………………………………21

6.3轴材料选择……………………………………………………………………22

6.4轴的计算………………………………………………………………………22

7轴承的选择……………………………………………………………………26

7.1轴承材料………………………………………………………………………26

7.2轴瓦结构………………………………………………………………………27

7.3滑动轴承润滑剂的选用………………………………………………………27

7.4径向滑动轴承的计算…………………………………………………………28

结论…………………………………………………………………………………30

致谢…………………………………………………………………………………31

参考文献……………………………………………………………………………32

1绪论

1.1割草机的发展历史

在割草机问世之前，草坪的修剪主要工具是镰刀，放牧牛羊也是保持草地平整的重要方法。

随着高尔夫球、网球及足球等运动的兴起，人们拥有平整美观的草地做运动场地的要求越来越迫切。

1805年英国人普拉克内特发明了第一台收割谷物并能切割杂草的机器，由人推动机器，通过齿轮传动带动旋刀割草，这就是旋刀割草机的雏形。

1830年，英国纺织工程师比尔.布丁取得了滚筒割草机的专利，1832年兰赛姆斯农机公司开始批量生产滚筒割草机，1902年英国人伦敦恩斯制造了内燃机做动力的滚筒式割草机，其原理至今还在使用。

在西方发达国家，20世纪初期，割草机就得到了快速的发展。

随着社会的进步和经济的发展，人们对生存环境的要求也越来越高，城市环境的保护得到越来越多的重视。

我国草坪建设也得到了迅速的发展。

草坪美化环境，固土护坡，净化空气多种功能已经成为人们的共识。

从第一台滚刀式割草机的问世，到现在已经过了100多年了，原来主要应用于牧场的机械已经发展成为有几十个品种，适用于不同场合的割草机。

我国生产割草机起步较晚，生产企业的规模普遍较小，产品用途较为单一，均没有形成规模批量，所以长期以来，割草机均以进口为主。

据统计，到1999年底我国有各种园林机械10万台，1999年的割草机销售量在3万台左右，其中80%为进口。

我国割草机进口主要来自于日本、美国、意大利、瑞典等国家，进口价格在0.38万元到5.8万元。

改革开放以来，我国的草坪业由兴起到长足发展，只有十几年的时间，却为草坪机械业的发展带来了勃勃生机。

首先是机械先进，90%以上为进口产品，其次外从草坪建植到养护生产环节机械配套齐全，基本上实现了全程机械化，其三是产品品种多、系列化程度高。

而在草坪机械中割草机发展最快，我国引进使用的割草机有美国和日本等十几个国家的几十种机型，我国也已经开始生产割草机，目前国内外所用的割草机种类繁多，其分类方法也多样化。

我国目前生产的割草机以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。

滚刀式割草机由带有刀片的滚筒和和不动的床刀组成。

它较旋刀式割草机有更好的修剪质量，是高质量草坪最常用的割草机型。

适用于草高3-80毫米的草坪，其问题主要是价格贵，维修保养要求严格。

而旋刀式割草机是由横向悬挂在直立轴上的刀片高速旋转打切草的上部叶片，它适合于在25-80毫米范围内的剪草。

由于其价格低廉，保养、维修方便、使用灵活，只要将刀片磨快，剪草效果还是可以的。

因此，一般要求的草坪都选用它，成为目前国内外最流行的割草机。

以动力划分可以分为机动和人推两类。

人推的主要是滚刀式，小巧灵活，适于家庭庭院中小型草坪使用。

机动的又分为柴油机、汽油机和电动机三类驱动。

其中以小型汽油机作为动力的较为普遍，而柴油机多用于大型的割草机械，如牧场的割草机。

1.2我国割草机的发展

1.2.1发展状况

据调查，国内生产割草机的厂家大约有50家左右。

多数为园艺系统的公司以及转产割草机的机械厂。

市场上草坪修剪机的品牌很多，有进口的产品，也有国内制造和中外合资的，从功率2.6-1.2千瓦，剪幅从43.2-127厘米。

国内的生产厂家主要有：

中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司，生产立特牌-NEAT草坪割草机，占国内市场的50%，现年产5000台。

目前正着手进行年产5万台割草机的技术改造，其动力选用日本本田发动机。

南通机床厂为转产生产割草机的厂家。

其产品为地草王系列产品；56厘米自走式草坪割草机（4.5千瓦），84厘米随进式割草机（7.8千瓦），84厘米电启动式割草机（7.8千瓦），122厘米坐骑式割草机（13.4千瓦）。

该厂生产除发动机以外的零部件，发动机多选用美国产品，1999年已经有产品出口美国。

山东省莱州市仲院宇峰铡草机厂研制出全新微型电动铡草机，该机以0.75-1.1kW单相照明电为动力，无电地区或停电时用165、175、180等型号柴油机为动力，适宜铡切玉米秸、麦秸、稻草及青贮饲料，每小时铡草量300-400kg，切草长度为1.5-2cm。

整机结构紧凑，体积小，重量轻，全机重仅32kg，移动方便，并具有切碎均匀、出料顺畅、扬程远、噪音低等特点。

目前，我国已经研制开发出来草坪割草机试验台，草坪割草机为现代城市绿化的重要设备，目前市场上国产的机器均有一定的市场，但质量参差不齐。

对于草坪割草机的安全指标，仅有检测方法，没有现成的撞击试验专用设备。

为了对其进行科学的测试，北京市农机试验鉴定推广站研制成功草坪割草机专用试验台。

该试验台自动化程度高，采用了气动传动技术、机－电安全锁定机构及气动调速技术，可对国内各型草坪割草机进行安全性能试验，能够完成草坪机的撞击试验和刀片护罩强度试验。

试验结果表明，该专用试验台达到国内先进水平，检测快捷，安全性高。

1.2.2存在问题

国内割草机械市场发展缓慢，我国草坪机械产品全线接受检验，应用中暴露出―些质量问题。

对此，有关专家认为，当前我国畜牧机械产品质量水平低的原因有以下几个方面。

目前草地草坪业投入始终严重不足，相对支持力度减缓甚至下降，使得许多割草机械制造企业纷纷转产或停产，再加上我国与欧美等发达国家存在着技术、制造手段、工艺等方面的差距，制造能力和水平进一步拉大了距离。

如现有割草机械生产制造企业的产品质量低，使用故障多、可靠性差。

往复式割草机工作半天即需刃磨，使用可靠性不到80％。

国外割草机工作400公顷，故障率仅为4％左右，而我国的产品在同样的作业量其故障率为25％左右。

在相同作业情况下，我国的割草机完成的工作量仅是国外同类机型的一半。

产品品种不全，成套性差。

美国约翰迪尔公司的割草机械有13个品种49个机型；纽荷兰公司现生产12个品种25个机型，可供各种经营规模的用户选择。

我国的用户不能根据自己的经营规模选择合适的机具，机具使用效益不高。

产品技术水平低。

割草机械产品技术水平高低是衡量该行业整体科学技术水平的重要标志之一。

一段时间内，由于资金投入严重不足，技术创新的原动力、研发能力、技术模仿步伐放缓甚至停顿。

我国已定型的割草机械大部分属国外上世纪的技术水平，20多年来基本没有什么大的改进与创新。

缺乏应有的售后服务体系。

专家分析认为，造成割草机械产品质量水平低的原因有多方面，但缺乏资金投入和人才短缺是造成研发能力和生产制造工艺水平低的关键所在。

1.3手推割草机的使用

1.3.1设计用途

目前，大型生态园的绿地设计已是房地产开发团中一个重要环节，草地是绿化的一种重要形式。

目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油机作动力，采用尼龙绳甩打草叶；或者是使用电动、柴油机的割草机，这种割草机体积大、噪音大，适用于空旷大草坪，易夹草出故障，遇到石块可能使刀片断裂，发生事故。

随着国内人们生活水平的提高，人们对居住的绿化水平要求越来越高，尤其带花园的别墅不断增加，更需要开发一种适合小面积草地、无噪音的手推式割草机。

本次设计的手推割草机是专为家庭庭院及私人花园设计的，不适用于公共设施、公园、运动场、道路、农场和林场等场合。

1.3.2注意事项

（1）不可以将手动割草机用于割除攀藤植物、屋顶或阳台上的青草等，那样有可能伤害到身体。

（2）每次使用之前都需要进行一次检查，确认所有的螺栓、螺母、工具都没有磨损或损坏，对于磨钝或损坏了的刀片应当更换。

（3）再检查一下要割草的草坪表面，要清除干净石头、木块、电线等其他坚硬的物体，这些物品碰到刀具时会飞甩出去而无法控制。

（4）旁边有人，尤其是儿童和动物的时候，不要使用该割草机。

（5）割草时一定要穿用防滑底做成的结实靴子。

（6）旋转的刀片转筒可能会造成人身伤害，刀片转筒和操作人员之间的安全距离是通过导杆隔开的，一定要一直保持这个安全距离。

在堤岸或斜坡上割草时尤其要注意，一定要顺着斜坡的方向割。

（7）当后退拉动割草机时要特别小心，有绊倒的危险。

（8）任何时候都不要将手或脚放在运动部件的上方或下方。

（9）如果刀具或割草机遇到障碍或坚硬的物体时，一定要适当全面地检查割草机。

（10）只有在能见度好，视野清晰的时候才可以进行工作。

2割草机概述

2.1割草机的分类

按切割器类型可以分为旋刀式、往复式、滚刀式、甩刀式、甩绳式。

其中，应用最多的是滚刀式割草机和往复式割草机。

往复式割草机割茬低而整齐，草坪损失少，单位割幅的金属用量和功率消耗低，因而成本较低。

它的作业速度一般为6—8km/h。

提高割刀的往复次数并解决割刀的全平衡问题后，作业速度可以提高到10—12km/h。

往复式割草机适用于切割直立而生长密度不过分高的草坪。

旋转式割草机工作平稳，对草坪的适应性强，特别适用于稠密、倒伏、缠连的牧草，能以8—16km/h的作业速度工作，生产率高。

但是结构复杂，价格高，单位割幅功率消耗大。

按配套动力和作业方式分可以分为：

为手推式、手扶随行式、手扶自行式、坐骑式和拖拉机悬挂式割草机。

按动力驱动方式主要分为人畜力驱动、发动机驱动和电力驱动三种形式割草机。

其中，以发动机驱动的割草机最多，发动机多为单缸汽油机。

太阳能割草机虽然已有生产，但应用较少。

动力驱动的割草机按牵引方式或悬挂方式可分为前置式、侧置式、后置式、中置式割草机。

目前，也有旋刀式手推随行式割草机，大部分采用中置悬挂，而滚刀手推随行式割草机多采用前置式挂接，大型的割草机则采用混合牵引方式。

2.2割草机割草的基本要求

不论是哪一种类型的割草机对草坪修剪的基本要求是一样的：

（1）割草高度可根据要求调整，适应高度调整范围大，当草坪要求修剪很低能达到要求。

（2）割草整齐、平整，同一行程前后割草高度一致，两次作业行程衔接平滑、无接茬。

（3）对地形的适应能力强，仿行能力强，随地形变化前后剪草高度一致。

（4）割草机对草坪碾压轻、伤害少。

（5）草屑收集干净，或被切割部分细碎性能好（草屑撒在草坪中当肥料时），以便于洒落在草坪下及时腐烂。

（6）割草机质量好，故障少，节省燃料、效率高。

（7）易于操作、轻便灵活、维修调试方便，零部件通用性和互换性好。

（8）正确掌握修剪草坪的时间并且制定科学的修剪高度和修剪频率。

2.3手推滚刀式割草机的结构特点

（1）本次设计的手推滚刀式割草机主要由连接成框形的行走轮、支架、扶手架和割草机构组成，行走轮的内圈具有齿轮，割草机构由滚刀和定刀构成，滚刀的轴架于支架上，该轴的两端分别装置有与行走轮的内圈齿轮相啮合形成行星轮系的小齿轮，定刀固定于支架上，定刀的刃部与滚刀的刃部相切。

（2）手推滚刀式割草机的工作原理

当推动扶手架使割草机在草地上前行时，行走轮的内齿轮带动小齿轮旋转，使得滚刀也一起转动，通过滚刀刃与定刀刃形成的剪切动作，将草坪上多余高度的草割断。

（3）本设计方案的特点是：

1）用人力作为动力，具有节省能源、无污染的特点.

2）其传动部分结构简单，维护方便。

3）体积小、重量轻、结构简单、操作方便、保养方便、成本低廉，且采用人的推力为动力，无废气及噪音等污染。

4）割草动作没有撕扯，对草坪更有益。

3割草机的总体方案设计

手推式割草机的动力是来源于行走轮驱动，即靠人的推力来驱动。

查阅《人机工程手册》，人步行速度约为3—5千米/时，即48—64米/分，考虑到要推动割草机进行切割，选取人的步行速度为48米/分，即0.8米/秒。

查阅《机械设计手册》得到以下数据：

成年男性身高：

18—25周岁1554—1830毫米

26—35周岁1545—1851毫米

36—60周岁1553—1798毫米

平均身高：

18—60周岁1543—1814毫米

成年女性身高：

18—25周岁1457—1709毫米

26—35周岁1449—1698毫米

36—60周岁1445—1683毫米

平均身高：

18—60周岁1449—1697毫米

成年男性臂长：

18—25周岁279—350毫米

26—35周岁280—349毫米

36—60周岁278—348毫米

平均臂长：

18—60周岁279—349毫米

成年女性臂长：

18—25周岁253—319毫米

26—35周岁253—320毫米

36—60周岁251—317毫米

平均臂长：

18—60周岁252—319毫米

立姿工作岗位工作高度：

男性：

950—1050—1150毫米

1050—1200—1300毫米

女性：

850—950—1050毫米

1000—1100—1200毫米

综合以上因素，设计扶手以及支架的尺寸，并且根据不同性别和不同年龄将扶手的高度和倾斜角度设计成可以调节的。

站立工作时操作的有关尺寸，以及人体需要的可能活动空间.

由《人机工程手册》查得，人体身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。

因此，推杆距地面的高度取为1000毫米,且可在850-1300毫米之间调节，符合人体作业适应度。

设计原则：

工作场地的高度取决于作用力、操作者的身高、操作者操作物件的尺寸、以及视野范围。

A：

精密工作，靠肘支撑工作。

（设计尺寸针对男性：

105—115毫米针对女性：

100—110毫米）

B：

虎钳固定在工作台上的高度：

113毫米

C：

轻手工工作。

（男性：

95—100毫米女性：

90—95毫米）

D：

用劲大的工作。

（男性：

80—95毫米女性：

75—90毫米）

本设计属于D范围内的设计。

又因为该割草机是手推式的，动力来源于人的行走以及推力。

应考虑到其结构尺寸方面的因素，因而行走轮直径不宜过大。

其切割速度要求要大于0.8m/s,如果小于这个速度,那么草将被撕裂和扯断,而不是被切割了;如果轮子直径过小,则推行比较费力,不能达到设计要求,要满足人的推力在200N左右都能推动这部割草机才行。

初步选取外轮直径

=260mm,由公式n=v/D

得：

外轮的转速n=48

103/260

3.14

58r/min。

由《人机工程手册》查得，人体身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。

因此，推杆距地面的高度取为100cm,且可在100-140cm之间调节，符合人体作业适应度。

由以上分析确定割草机的各项参数：

割草机的整体宽度：

648mm

割草机的割幅：

400mm

割草高度：

12~42mm

滚刀的直径：

d=160mm

行走轮直径：

=260mm

行走轮的转速：

n=48

103/260

3.14

58r/min

传动比：

i12=1/5.3

滚刀的转速：

n2=58

5.3=307.4r/min

滚刀的切割速度：

=2.57m/s

切割速度大于0.8m/s，合适。

人的持续推力为15~20kg，取F=20

10=200N

则p=F

v=200

0.8=0.16kW

集草类型：

就地洒落

4割草机传动部分设计

本次设计的手推滚刀式割草机的传动部分由行走轮及滚刀轴的两端分别设置的与行走轮的内圈齿轮相啮合形成行星轮系的小齿轮组成。

当推动扶手架使割草机在草地上前行时，行走轮的内齿轮带动小齿轮旋转，使得滚刀也一起转动，通过滚刀刃与定刀刃形成的剪切动作，将草坪上多余高度的草割断。

4.1割草机齿轮的设计

4.1.1齿轮传动的类型      

齿轮传动就装置形式分：

（1）开式、半开式传动  在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。

这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，故只宜用于低速传动。

齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。

它工作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。

（2）闭式传动 而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体（机匣）的，这称为闭式齿轮传动（齿轮箱）。

它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。

本次设计的手推割草机属于农业机械，且是简易的机械设备，因此齿轮传动属于开式、半开式传动。

4.1.2齿轮的设计准则

齿轮传动是靠齿与齿的啮合进行工作的，轮齿是齿轮直接参与工作的部分，所以齿轮的失效主要发生在轮齿上。

主要的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等。

齿轮传动的失效形式不大可能同时发生，但却是互相影响的。

例如齿面的点蚀会加剧齿面的磨损，而严重的磨损又会导致轮齿折断。

在一定条件下，由于上述第一、二种失效形式是主要的，因此设计齿轮传动时，应根据实际工作条件分析其可能发生的主要失效形式，以确定相应的设计准则。

对于软齿面（硬度≤350HBS）的闭式齿轮传动，润滑条件良好，齿面点蚀将是主要的失效形式，在设计时，通常按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。

对于硬齿面（硬度>350HBS）的闭式齿轮传动，抗点蚀能力较强，轮齿折断的可能性大，在设计计算时，通常按齿根弯曲疲劳强度设计，再按齿面接触疲劳强度校核。

开式齿轮传动，主要失效形式是齿面磨损。

但由于磨损的机理比较复杂，目前尚无成熟的设计计算方法，故只能按齿根弯曲疲劳强度作为设计准则，为了延长开式、半开式齿轮传动的寿命，可用增大模数10％--20％的办法来考虑磨损的影响。

由于本次设计的手推割草机的齿轮传动属于开式、半开式传动，因此需按齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。

4.1.3齿轮的材料选择及其热处理

齿轮是现