机械毕业设计1402推移式割草机设计说明书.docx

1、机械毕业设计1402推移式割草机设计说明书推移式割草机设 摘 要：割草机是标准服务农业的一种常用机械,但是适用面积小、形状不规则或地形复杂的地段且操作使用便捷、灵活的小型推移式割草机却很少见。因此,在研究我国广泛应用的一些割草机技术的基础上,设计了实用简单的推移式割草机,其特点是结构简单、轻便、工作头前伸和支架高度可调;本文介绍了,推移式割草机的总体结构、工作原理、电机选择及传动比的计算相关机构的校核。实验结果表明,该机具有操作简便、使用和携带方便、转向灵活等点,能有效降低劳动强度。关键词：割草机；设计；推移式；The Design of Lawn Mower Goes On Type Stu

2、dent:He FanTutor:Xin Jihong(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 ea

3、sy 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

4、 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 a

5、mount of labour. Key words: Mowing Machine；Design；Hand-push1 前言1.1 割草机的发展历史 在割问草机世之前，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

6、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

7、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【1】。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。

8、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。以动力划分可以分为机动和人推两类。机动的

9、又分为柴油机、汽油机和电动机三类驱动。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

10、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

11、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

12、原因有以下几个方面。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

13、发能力和生产制造工艺水平低的关键所在。1.3 推移式割草机的使用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。本次设计的推移式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

14、等场合【2】。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，

15、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】。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68km/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1012km/h。往复

16、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816km/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

17、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【3】。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）割草机质量好，故障少，节省燃料、效率高。5）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【4】。2.3 推移式割草机的结构特点本次设计的推移式割草机由汽油机、行走轮、支架、扶手架和割草机构组成，割草机构是一种

18、割刀动力旋转工作头，它是在形似两个淋浴莲蓬头对合而成的a、b壳体内，由连接螺栓作为中心死轴，轴上装带有深沟球轴承的双面圆弧锥齿轮副；一面为齿轮副I，同轴安装在壳体a内，齿轴与小型汽油机的驱动轴花键连接，壳体端口连接支承管；另一面为齿轮副II，同轴安装在壳体b内，齿轴伸出端口外；圆盘割刀由开有花键槽的托盘和压盘夹住，套装在齿轴上，用螺母逼紧固定，头部装上割刀【5】。2.4 推移式割草机的工作原理割草机以移动式汽油机作为动力，由汽油机驱动传动齿轮和割草装置。行走机构采用手推车架。汽油机转动带动长轴，长轴转动传递到弧形齿轮，两个呈角度的弧形齿轮改变转动的方向，最后转动传递到割草装置，割草装置通过安装

19、在轴上的割刀盘带动割刀旋转完成割草作业。下面结合附A0图纸对本割草机进行更详细的描述：工作时，使用者首先根据自身身高调节车架（3）高度，使工作时处于一个舒适的状态，然后手扶车架最上部，启动动力汽油机（4），汽油机的转动将会带动长轴（11）转动，长轴的转动传递到弧齿锥齿轮1（23），此时与弧齿锥齿轮1啮合的弧齿锥齿轮2（17）也会进行转动，弧齿锥齿轮2的转动传递到轴1（22），从而带动被托盘（19）和压盘（21）夹住的刀片（5）进行旋转割草工作，调节调节轮（1），可以改变割草高度，从而达到预期的割草目的。本设计方案的特点是：（1）操作容易、使用和携带方便；（2）转向灵活,能有效降低劳动强度；（3

20、）整机重量较低。（4）传动部分结构简单，维护方便。（5）割草动作没有撕扯，对草坪更有益。（6）割草高度可进行调整，实用范围广。图 1 割草部件Fig 1 Cutting grass parts 图 2 整体示意图Fig 2 Overall schemes3 割草机的总体方案设计和动力机的选择3.1 总体方案设计推移式割草机是由人手推动的。查阅人机工程手册，人步行速度约为35千米/时，即4864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。确定割草机的各项技术规模参数： （1）修剪幅宽0.4m,修剪高(离地)5-10cm 修剪草高20cm以下；修剪效率200m

21、/小时。 （2）修剪机重量：15kg；扶把高度1.2-1.5m可调【6】。 3.2 动力机的选择选用的汽油机1E139F参数如下：汽油机型号 1E139F 汽油机型式 单缸、风冷二冲程 最大功率 1.4/6500kw/r/min 噪声 101dB(A) 最高稳定转速 9000r/min 排量 33.6cc 油箱容积 1.0L 点火方式 无触点 化油器型式 膜片式 起动方式 反冲起动 传动轴型式 硬轴 背带型式 双肩背带 净重 7.7kg 汽油机包装箱尺寸（mm）3303023004 割草机传动部分设计本次设计的推移式割草机的传动部分主要是长轴带动锥齿轮转动，锥齿轮带动另一锥齿轮转动并且改变方向

22、，最后传到到割刀转动，将草坪上多余高度的草割断。传动部分的设计主要是对齿轮的设计。4.1 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且封闭严密

23、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。本次设计的推移式割草机割草总成部分尺寸比较小，传动齿轮尺寸和质量比较小，转速比较高，且没有防护罩，如果选用开式容易损坏其寿命，因此齿轮传动选用闭式传动【7】。4.2 锥齿轮的计算4.2.1 选定齿轮的类型、精度等级，材料及齿数 1）按传动方案简图所示传动方案，选用锥齿圆柱齿轮传动。2）割草机为一般工作机器，速度、精度要求不高，故选用8级精度。3）材料选择。由机械设计原理表10-1选择小齿轮材料为40Cr硬度为280HBS,大齿轮材料为45号钢，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40

24、HBS。 4）选小齿轮齿数Z1=24,则大齿轮齿数取Z2=52。4.2.2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算， 即 （1） 确定公式内的各计算数值:1）试选载荷系数2）由机械设计基础图10-30选取区域系数3）由机械设计基础图10-26查得。4）许用接触应力 其余参数与齿轮相同。4.2.3 计算参数 1）试算小齿轮分度圆直径d1t,由计算公式（1）得 2）计算圆周速度v 3）计算齿宽b 4）计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 b/h=57.62/5.24=10.99 5）计算载荷系数根据V=0.4m/s，7级精度，由机械设计基础图10-8查得动载荷系数1.02，表10-3查得，表10

25、-2查得使用系数，表10-4查得锥齿轮与直齿轮的计算公式相同，故 将数据代入后得由b/h=10.99，Khp=1.323查图10-13得Khp=1.3;故载荷系数 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 7）计算模数m 4.2.4 按齿根弯曲强度计算 由机械设计基础式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 （2） 计算式中各参数： 1）计算载荷系数K： 2）根据纵向重和度可得螺旋角影响系数 3）计算当量齿数 4）查取齿形系数由表查得 5）查取应力校正系数 由表可查得 6）计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。由公式（2）设计计算： 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度

26、计算的法面模数mn大于由齿根弯曲强度计算的模数， 取mn=2,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳算得的分度圆直径 d1=57.62来计算应有的齿数。于是有:，取大齿轮齿数，取Z2=60。 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费【8】。4.2.5 几何尺寸计算1）计算中心距将中心距圆整为91mm。 2）按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数等不必修正。计算大、小齿轮的分度圆直径=58mm=125mm计算齿轮宽度4.3 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

27、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

28、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【9】。 由于本次设计的推移式割草机的齿轮传动属闭式传动且属于高速传动的硬齿面，因此需按齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。4.4 齿轮的材料选择及其热处理 齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。齿轮传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命长。在

29、机械零件产品的设计与制造过程中，不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。如果齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早损伤，甚至失效。因此如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作【10】。为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种： 1) 表面淬

30、火 常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为4055HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好。由于齿心部末淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。 2) 渗碳淬火 常用于低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。 3) 渗氮 渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于

31、内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、铜、铅等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAlA。4) 调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为220280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。5) 正火 正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理【11】。 一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。为了减小胶合的可能性，并使配对的大小齿轮寿命相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30-50HBS。这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄，强度低于大齿轮。为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。综上所述，选择大小齿轮材料均为20CrMnTi，渗碳后淬火处理，强度极限为1100Mpa，屈服极限为850Mpa，齿芯部硬度为300HBS。4.5 按齿根弯曲疲劳强度进行设计齿坯基本参数的确定：1）轴交角与传动比i，是根据齿轮