小型手持式草坪割草机毕业论文.docx
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小型手持式草坪割草机毕业论文
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摘要
草坪割草机是用来维护生态平衡、美化多数花草园林草坪的工具。
对于任何园地草坪都适合。
同时,为改善城市和减少城市噪音污染提供更好的效果。
草坪要永久装饰和保持整洁,必须定期维护与修剪。
修剪的过程要靠剪草机来完成。
本文详细介绍了割草机驱动装置、传动装置、动刀装置和其他特定装置。
传动系统的轴和齿轮的基本尺寸主要强度计算和确认,也相应计算了各标准零件和非标准零件选择。
本文设计的割草机适用于家庭花园、私人花园、高尔夫球场和其他小草坪。
割草时,它保证了简单方便的使用,美化环境,低污染,满足环境保护的要求。
关键词割草机;驱动装置设计;传动装置设计;动刀装置设计;强度计算;
Abstract
regularly.Pruningprocessistobecompletedbylawnmower.
Inthispaper,thelawnmowerdrivingdevice,transmissiondevice,cuttingdevice,suchas
material,lowcost,littlepollution,meetenvironmentalrequirements.
KeywordsTheglasscuttingmachine;Drivedesign;Transmissiondevicedesign;Theknifedevicedesign;Strengthcalculation[ClickhereandinputkeywordsinEnglish]小四字TimesNewRoman体
1论绪
1.1引言
花园的所有用具中使用割草机的概率最大、适用性最高。
锯或灌溉机械、挖掘机等概率较低。
所以使用次数越多消耗就越多,意味着对其磨损就越大,故障率就越高。
以下是对割草机的分类、使用方法和维护的概要。
1、草坪割草机的分类
割草机的种类有很多,大体按动力类型割草机可分为以汽油燃烧为动力、以电为动力;自走式、非自走手推式的则按行走方式分类;以刀片数量分类,则分为单刀片式、双刀片式及复合刀片式。
2、割草机的使用方法
割草机开始工作之前,必须首先清理收割区域内的相关杂货,要查看汽油镜是否清晰和机油量是否达到要求,确保空气过滤器的过滤性能良好无故障、螺丝的是否松动、叶片是否紧固和锋利。
割草机处于冷机时,首先关闭空气门,然后按下润滑器3次以上,在最大范围内踩下油门。
割草机打开后,正确打开减震器。
割草过程中,根据割高,操作分阶段和分阶段进行。
最高的高度,截断草总高度的1/3。
目的是防止割草后草坪变黄。
割草机在割草机埋入土壤,从低地地形向上方切割时,为了防止对机械造成损伤,必须遵循从高到低的割草顺序。
倾斜角超过40度时,割草机无法继续修理或切断操作。
如果割草机需要在非常大的区域内工作,割草机不能长时间工作,最长时间不能超过四小时。
3、使用之后的维护与故障处理
机械使用完成后,需要进行综合性清扫,确认所有螺钉是固定,刀片是否磨损,并对高压盖等进行检修。
确认机器的油位是否满足必要的标准,空气过滤器是否脏污等。
最后,根据设备的相关适用设备标准,改善脆弱部件的检查,进行定期的维护和修理。
2.割草机的概述
割草机是用于修剪割草坪和植被的一种机械工具。
它由刀头、发动机、行走车轮、行走机构、刀刃、扶手以及控制部分组成。
随着人们生活水平的提高。
产生了各种体育场的草坪和家庭花园草坪等花草园林。
因为人们必须使用修剪工具来维持整洁美丽的草坪,因此诞生了各种各样的割草工具。
从1805年英国的奥普拉温弗利发明了第一台收割谷物并剪除杂草的机器开始,经过两百多年的发展和改进。
割草机的功能已经得到了优化和完善。
现在,割草机的种类层出不穷,形形色色,有的已经走向智能,无疑为人们提供了便捷省力的生活。
但无论怎样变化,割草机的功能始终是为了修剪和美化草坪,而修剪是草坪维护的基本任务之一。
所以选择合适的割草机是确保收割质量的前提,而选择的割草机种类取决于草坪的功能。
在19世纪的50年间,用于生产的往复式割草机是由动物驱动的,20世纪发展为拖拉机驱动割草机,1930年代出现了由拖拉机悬挂的往复式割草机。
割草的原理是通过割草机的运动和固定刀刃的相对剪切运动进行的,具有整齐的修剪、低功耗。
但对牧草地的适应性差、容易堵塞的特征,适用于普通平坦的天然牧草地及人工牧草地的操作。
20世纪70年代中期,旋转式割草机开始生产和使用。
用快刀片惊人的割草。
它的特征是稳定的工作以及对牧草地的强烈适应性。
它可以适用于很多类型的牧场,但是它有着不规则的切割、大量的再切割和很大的能耗。
由于割草的密度大,往复式割草机的平均切割速度必须为1.6至2.0m/s或更高。
最小切割速度也必须至少为2.15米/秒。
这种往复式割草机成本低,因为割草是平的,对草坪的损害小,并且减少了单位割草宽度的金属量和功耗。
行驶速度通常为6-8公里/小时。
在增加工具往返次数和解决工具和数量的整体平衡问题后,运行速度可提高到10-12公里/小时。
往复式割草机适用于站立切割和高生长的草坪。
旋转式割草机效率高,对草坪适应性强,特别适用于复杂、倒置、缠绕的牧场,工作速度为8-16公里/小时。
但是,生产复杂,生产成本高,单位割幅功耗大。
大多数割草机,切割机是一个标准的1209-1213-86型。
护刀器选择单体类型,上部上扬,与护刀器梁成一体,并与沉头螺栓连接。
刀片分为固定的和移动的,固定的刀片为齿刃,移动刀片为齿刃和光刃。
移动刀片在使用光刃刀片时割茬是平的,功耗低,但需要经常打磨刀片。
如果动刀片是齿刃,生产很复杂,功耗大,但没有必要一直研磨刀片。
因草坪厚,生长密集,水分含量高,所需割茬切割非常低,切割速度高,供应距离小。
一般刀具为1.6m/s以上,供给距离为59~74mm。
所以,该设计选择了往复式I型刀具。
其满足的基本要求为:
1.可以根据剪修要求来调整剪草高度,以满足草坪收割要求非常低的情况下的要求。
2.割草很整齐,割草前后的高度相同,两个工作行程连接顺畅。
3.有很强的适应性,满足大多数地势的地形变化。
4.割草机不能损害草坪。
5能很好的把割的草屑收集起来分撒在草坪上做肥料。
确保在草坪下及时腐化。
6.具有断草故障低、良好的机械质量、节约燃料及高效率。
7.割草机应该操作方便,灵活便携,维护和调试方便,
8.合理掌握割草时间和开发科学割草高度和割草频率。
其需要注意的安全事项为:
(1)作业时,必须穿工作鞋。
一般来说,必须穿工作服和工作服。
(2)首先要了解工作环境和熟悉工作机械的工作流程,
(3)请确保草地上没有石头、钢丝和其他碎片,以防止割草机的刀刃把它们扔出去伤害人们。
(4)使用前,请仔细检查所有部件,确认机械刀片是否牢固地连接在割草机上。
整体更换磨损的刀片和损坏的刀片和螺钉,以防止机械性能变得不稳定。
损坏的刀刃和螺钉非常危险。
(5)作业工序中,将割草机慢慢向前推出,不要太快。
(6)切割斜场上的草时,必须确保较高的稳定性。
在调整斜面的方向时,需要特别注意,陡坡为30度时,不能作业。
(7)在作业时,不能抬起割草机。
3.割草机总体方案的设计
根据《人机工程手册》,人的行走速度大约是每小时3到5公里,也就是说,每分钟48-64米,因为要推动割草机才能切割,因为人的行走速度为每秒0.8米,所以根据人的行走速度。
再参考《机械设计手册》获取以下数据:
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
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
综上所述,根据不同的年龄和不同性别的人去设计合适的割草机。
设计原则:
工作环境的高度取决于工作人员的高度、工作人员操作对象的作用点和视野。
A:
精密工作,使用肘的支撑。
(针对男性的设计尺寸:
105—115mm针对女性的设计尺寸:
100—110mm)
B:
虎钳固定于工作台上的高度:
113mm
C:
光手作业。
(男性:
95—100mm女性:
90—95mm)
D:
劳动强度大的工作。
(男性:
80—95mm女性:
75—90mm)这个设计属于D范围内的设计。
此设计的草坪割草机的动力是来源于工作人员的推力,所以如果设计不合理,那就是非常费力的。
经查阅资料,再根据此设计的结构尺寸等方面的因素考虑。
外轮直径不能过大或过小。
如果加入轮子直径很大,速度需要达到很快,必须要超过0.8米/秒的速度,如果速度没有这么块,那么草皮将被撕裂和扯断,而不是被切割了;如果轮子直径过小,人要达到200N才可以推动该机器,就很费力,不能满足设计要求。
3.1设计要求
1.驱动装置0.8——1.8千瓦的汽油机
2.割幅50——75厘米
3.割茬高度3——5厘米
4.牧草合适高度25——60厘米
5.机器重量25千克左右
3.2整体结构
1.离合器与主动轴连接装置2.轴承3.主动轴4.下箱体5.切割装置
6.偏心轮7.联轴器8.从动轴9.大齿轮10.轴承11.上箱体图1小型割草机工作示意图
因为动力往复式割草机比旋转式割草机要少,所以本机是往复式的。
考虑到割草机需要的高工作效率,而单刀收割机只有一个切割速度慢、作业稳定性差的动刀。
双刀收割机是可根据它切割装置分为往复式割草机和回转式割草机两类。
两组刀片以简单的操作、速度块和良好的动态平衡在彼此相反的方向上移动。
所以,此割草机设计为双动往复式类型。
驱动装置、传动装置和切割装置是此割草机的主要构成。
4.驱动装置设计
此小型割草机用汽油驱动。
因割草机工作所消耗的功率由空转功率Pk和切割茎杆的功率Pg两部分组成,即
其中Pg=vmBPi
1000
(kw)
式中
vm——设备进速度(米/秒),本机为0.73米/秒
B——割设幅(米),本机为0.75米备
Pi——切割每平方米面积的作物茎杆消耗的功率(N⋅m
m2),取200-
300N⋅mm2
空转功率Pk的大小和切割器的安装调整技术相关联,一般每前进1米所需空转功率为0.6-1.1kw。
取
所以Pw=Pg+Pk
=0.93kw
汽油机所需输出功率
P0=Pwη
η为汽油机到工作部位的总效率,有一对离合器ηc=0.99,两对轴承
η=0.995
η'=0.99
r,一对齿轮η=0.95p
=0.8kw,一对联轴器c。
η=η⋅η2⋅η⋅η'=0.92
则crgc
P0=Pwη=0.930.92=1.01kw
因此,取输出功率P0=1.5kw的汽油机,该机器转速在3000-6000r/min范围内,取作业转速n=4000r/min。
5.传动装置设计
5.1传动装置运动和动力参数计算
1)计算传动装置的总传动比
由汽油机满载时转速与工作转速,可以计算出传动装置的总传动比i=4,总传动比一般很少用一级传动。
2)计算传动装置的运动和动力参数
(1)各轴转速
nI=ni0I=4000r
min
n∏=nI
iI∏=40004=1000r
min
(2)各轴输入功率
PI=P0⋅ηc=1.5⨯0.99=1.485kw
P∏=PI⋅ηr⋅ηg
=1.485⨯0.995⨯0.95=1.404kw
P=P⋅η⋅η'
=1.404⨯0.995⨯0.99=1.39kw
w∏rc
(3)各轴输入转矩
TI=9550⋅PITI=9550⋅P∏Tw=9550⋅Pw
nI=3.548N⋅mn∏=13.4N⋅mnw=13.27N⋅m
由以上计算得参数列表如下表:
表1传动装置运动和动力参数
(1)
参数
汽油机轴
Ⅰ轴
Ⅱ轴
工作轴
转速n
(r/min)
4000
4000
1000
1000
功率P
(kw)
1.5
1.484
1.404
1.39
表2传动装置运动和动力参数
(2)
参数
汽油机轴与Ⅰ轴
Ⅰ轴与Ⅱ轴
Ⅱ轴与工作轴
转矩T
(N·m)
3.545
13.4
13.27
传动比i
1
4
1
效率η
0.99
0.945
0.985
5.2减速器齿轮设计
5.2.1材料选择
1)查阅资料选用齿轮材料为:
小齿轮:
40Cr,表面淬火,HRC=48-55大齿轮:
45钢,调质,HB=217-255
2)按HRC=51,查阅资料可知小齿轮疲劳极限为σHlim1=1170Mpa
按HB=236,查阅资料可知大齿轮疲劳极限为σHlim2=565Mpa
3)查阅资料得最小安全系数SHlim=1
4)
计算各齿轮的许用应力
[σ]H1=σHlim1
[σ]H2=σHlim2
SHlim=1170MpaSHlim=565Mpa
5.2.2主要尺寸设计
1)由上面计算可知小齿轮所需传递的转矩TI=3.548N⋅m
2)查资料选定载荷系数K=1.8
3)查资料得齿宽系数Φd
=0.6
4)确定小齿轮分度圆直径d1
d1≥768⨯
=768
=16.36mm
取d1=18mm
5)计算齿轮模数m
a=d1(1+i)
2=18⨯(1+4)
2=45
m=(0.007~0.02)a=0.315~0.9
按标准取m=1
6)确定齿轮齿数z1z2
z1=d1
m=18
z2=iz1=4⨯18=72
7)确定齿轮的主要尺寸及齿轮分度圆直径:
d1=mz1=1⨯18=18mmd2=mz2=4⨯18=72mm
齿顶圆直径:
a
da1
=d1
+2h*m=20mm
a
da2
=d2
+2h*m=74mm
齿根圆直径:
a
df1
=d1
-2(h*+c*)m=15.5mm
a
df2
=d2
-2(h*+c*)m=69.5mm
齿轮传动的中心距:
a=(d1+d2)
2=(18+72)
2=45mm
齿轮宽度:
b2=Φd⋅d1=0.6⨯18=10.8mm
取b2=10mm
b1=10+5=15mm
5.2.3精度等级及公差值确定
图2齿轮结构图
1)计算齿轮精度等级
计算齿轮圆周速度v并选择齿轮精度
v=πd1n1
60⨯1000=3.14⨯18⨯400060⨯1000=3.768ms
由齿轮工作条件可知,工作平稳是齿轮的基本要求,并根据计算查阅资料可以确定齿轮第Ⅱ公差组精度等级为8级,第Ⅲ公差组精度等级为8级,所以选用第Ⅰ公差组精度等级为9级,
2)齿厚公差的确定
根据公差等级确定齿厚公差齿厚上偏差:
Ess=Ess1=Ess2=-80um
齿厚下偏差:
Est1=-120umEst2=-160um
齿厚公差:
Ts1=Ess1-Est1=40umTs2=Ess2-Est2=80um
5.2.4弯曲强度校核
查资料可知齿轮的许用弯曲应力[σ]F1=358MPa
[σ]F2=220MPa
两齿轮齿形系数
YF1=2.89
YF2=2.25
比较YF
[σ]F
的值:
YF1
[σ]F1=0.0081 [σ]F2=0.01,因此按大齿轮来计 算,计算大齿轮齿根的弯曲应力为: σF2 =2000KYF2 bm2z =2000⨯1.8⨯13.4⨯2.2510⨯1⨯72 =150<[σ]F1=358 根据计算可知,该齿轮弯曲强度满足要求。 5.3减速器轴设计 5.3.1从动轴设计 1)选择轴的材料 轴的材料主要有碳素钢和合金钢。 钢轴的毛坯多数用扎制圆钢和锻件。 碳钢有价格低和敏感性的低应力集中,耐磨损性和耐疲劳强度也可通过热处理和化学处理得到改善优点,因此碳钢尤其广泛应用,而45钢最常用的轴的制造中。 合金钢的优点有: 具有比碳钢更高的机械特性及更高的淬火特性,强度更高、塑形韧性更好,耐腐蚀更强。 并且冷热压力加工性能好。 因此在高温和低温下工作的轴常采用合金钢。 高强度铸铁和球墨铸铁容易形成复杂形状,成本低,耐磨性好,对应力集中灵敏度低,也可用于复杂形状的轴的制造。 根据数据轴的材料,选择40Cr进行调制。 2)按钮转强度计算轴外伸端的直径查资料取C=102 d≥C =102⨯ =11.42mm,取d=12mm 3)轴的结构设计 轴设计的两个主要方面: 结构设计和工作能力计算。 轴上零件的安装、定位和工艺等方面是轴结构设计的要求,如果设计不合理,会影响轴的性能和轴上零件的工作性能,还会影响其制造成本和安装困难等。 所以设计合理的轴结构是非常必要的。 轴结构设计的主要要求: 对于制造安装,要满足要求,要便于加工和装拆;零件的定位要满足要求,轴和轴上零件工作位置要准确,各零件要牢固和准确;改善受力情况,应力集中要减少等。 4)确定轴上零件的位置和固定方式 齿轮应该根据减速器的结构设置在两个轴承之间。 必须将零件沿轴向固定是为了防止零件在操作过程中沿轴向移动,左轴承通过轴肩和轴承盖位于轴轴上,右轴承通过套筒和轴承盖位于轴眼上。 轴上的零件必须与轴圆周固定为了传递运动和扭矩。 针对齿轮和轴的旋转位置选择销轴安装和干涉适配(H7/r6),两端的轴承的周位位置选择过渡配合(k6)。 5)确定轴的各段直径 根据计算扭转强度时的最小直径,从轴的末端开始逐步确定每个轴段的直径,同时考虑轴上零件的轴向定位和拆装。 每个轴段的长度主要取决于每个部件的轴向尺寸和部件与轴对准部分之间所需的轴向距离。 根据工艺和强度的要求,轴的设计是阶梯形的,外伸端直径d=12mm毫米,考虑到联轴器的轴向定位,轴肩到轴,所以取轴肩圆角r=1毫米,轴承盖直径为14毫米,右端轴颈直径为15毫米,以滚动轴承为基准,连接齿轮的轴头直径为20毫米,颜色直径为25毫米。 宽度为4毫米,宽度为4毫米,左轴颈直径与右轴颈直径相同,即15毫米,考虑到轴承的定位,左轴承与轴环之间的轴向直径为18毫米。 图3传动轴结构图 6)确定轴各段长度 齿轮宽度为10mm,由齿轮宽度,轴头的长度为9mm,套筒和轮毂的端面要确保套紧,为了实现该要求。 102轴承宽度为10mm,因此左端的轴颈为10mm,将齿轮端面、轴承端面、箱主体的内壁保持一定的距离。 套筒宽度为8mm,穿过轴承罩部长的轴为10mm,与联轴器尺寸对应的轴延长端长度为24mm。 根据轴的结构草图,两个轴承的跨距为34mm。 7)轴强度校核[8] (1)画轴的受力图(图2) 从动轴上的转矩T=9550P 齿轮上的圆周力Ft2=2000T n2=9550⨯1.01000=9.55N⋅md2=2000⨯9.5572=530N 径向力Fr2=Ft2⨯tanα=530⨯tan20=193N (2)作水平面弯矩图(b) 支座反力RRA=RRB=Ft2 2=265N C截面处的弯矩MHC=RRA⨯0.0412=5.30N⋅m (3)作垂直面弯矩图(c) 支座反力RVA=RVB=Fr2 2=96.5N C截面处的弯矩MVC =RVA⨯0.0412=1.93N⋅m (4) 作合成弯矩图(d) MC= =5.64N⋅m (5)作扭矩图 T=9.55N⋅m 图4从动轴受力图 8)校核轴强度 由轴的危险截面分析显示得出,因截面C处扭矩和弯矩是最大的,,因为是单方向传动,扭矩可以认为: 按脉动周期而变化,故取校正系数α=0.6。 危险截面上的最大当量弯矩Me= =8.04N⋅m 查得40Cr调制的σB =750MPa,许用应力[σ-1]b=70MPa d≥103 Me]=10.4mm 轴的危险截面上所需直径为: 0.1[σ-1b 考虑到键槽在该截面上开有,故将轴颈增大5%到d=10.92≤20mm(设计尺度) 因此该强度足够,设计结构尺寸合理。 5.3.2主动轴设计 1)材料选择 主动轴的设计是齿轮轴,根据资料选择40Cr,调质处理。 2)按扭转强度计算轴伸长端的直径 取C=102,则 d≥C =102⨯ =7.34mm 取d=8mm 3)轴的结构设计 (1)确定轴上零件的位置和固定方式 齿轮要放置在双轴之间是根据减速器的结构要求的,运行期间,为了防止部件沿轴向旋转,部件必须沿轴向固定左轴承的轴肩和轴承盖,右轴承的轴肩和轴承盖必须沿轴向定位,相差不大的是齿底圆直径与轴颈,这三个是为一体的: 齿轮轴与齿轮和轴承。 (2)确定轴的各端直径 按阶梯形状制成轴,是根据工艺要求的。 直径d=8mm是扩展端部的直径,根据这个直径,考虑轴向位置的联轴装置,轴上轴的肩部,肩部的圆角r=1mm。 因此,直径为10mm就是轴承盖的直径,按照轧制轴标准右端轴颈的直径为12mm,轴头带齿轮为20mm,根据左轴颈的直径与右径相同,即12mm的轴承位置,左轴承与轴环之间的轴段直径为15mm。 (3)确定轴各段长度 因为齿轮的宽带为15毫米,轴承宽度为8毫米,齿轮端面和壳体内壁之间的距离为了保持不变,端面到齿轮端面的距离为5.5毫米,离合器和主轴的外伸端长度为连接部分数据的24毫米。 基于轴的结构,两个轴承跨度都被绘制为34毫米。 5.4减速器箱体设计 图5主动轴结构图 1)材料选择 根据资料选择材料HT2002)结构设计 箱体是很重要的部分,支撑、固定减速机、确保传动件啮合精度是它的功能。 所以它对对减速器的性能
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