人力手推式草坪割草機設(shè)計

1、學校代碼： 學 士 學 位 論 文人力手推式草坪割草機設(shè)計姓 名：學 號：指導教師：學 院：機電工程學院專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化完成日期：2015年 5月20日全套需要聯(lián)系qq：591689083 學 士 學 位 論 文人力手推式草坪割草機設(shè)計 姓 名：學 號：指導教師：學 院：機電工程學院專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化完成日期：2015年 5月 20日摘 要隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們對自己生活環(huán)境的質(zhì)量要求越來越高，環(huán)境的保護也越來越得到廣大人民的重視。與此同時，草坪業(yè)得到了巨大的發(fā)展，草坪機械也因此得到了快速的發(fā)展。通過調(diào)研，決定設(shè)計一種由人力驅(qū)動，無噪聲污染，剪草高度可調(diào)節(jié)，

2、輕便簡潔，操作方便并且適用于一般家庭用戶的草坪割草機械。此款割草機全部利用機械傳動的方式由割草機輪子的轉(zhuǎn)動通過直齒輪傳動、鏈傳動和錐齒輪傳動最終帶動刀具的旋轉(zhuǎn)，來達到割草的目的。其中主要對車架、直齒輪、錐齒輪、鏈輪以及承載它們的軸進行了設(shè)計與選擇。并對割草機主要零部件進行繪制和進行裝配最終形成割草機整體。關(guān)鍵詞：切割機；人工方式；無污染；機械傳動AbstractWith the development of economy and the progress of the society,people to own quality of the living environment of the

3、 demand is higher and higher,the protection of the environment is becoming more and more get the attention of the masses of the people.Lawn industry obtained the huge development ,at the same time,the lawn machinery also got rapid development.Through research,I decided to design a driven by the huma

4、n,no noise pollution,mowing height can be adjusted freely,lightweight,easy to operate and applicable to general home users of lawn mowing machine.The mower with mechanical transmission by mower wheel rotation through the straight gear drive,chain drive,and bevel gear transmission ultimately drives t

5、he cutter rotation,to cut the grass.One of the main frame,on the spur gear,bevel gear,sprocket and bearing their shaft design.And the main parts of the mower are drawn,and eventually formed the whole mower assembly.Key words:Cutting machine;Artificial way;No pollution;Mechanical transmissionii 目 錄第1

6、章 前言11.1 設(shè)計背景11.2 行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢11.3 設(shè)計目的和意義2第2章 設(shè)計方案分析32.1 Solidworks在割草機中的應(yīng)用32.2 設(shè)計的基本要求32.3 切割器的方案選擇42.3.1 方案一42.3.2 方案二4第3章 原理分析和傳動設(shè)計53.1 功能分析和原理設(shè)計53.2 設(shè)計要求53.3 傳動機構(gòu)53.3.1 驅(qū)動方式的選擇53.3.2 傳遞機構(gòu)的組成6第4章 關(guān)鍵零部件的設(shè)計與選擇74.1 直齒輪的設(shè)計74.2 鏈輪的設(shè)計114.3 軸的設(shè)計144.3.1 軸 I的設(shè)計144.3.2 軸II的設(shè)計164.3.3 軸III的設(shè)計174.3.4 軸IV的設(shè)計184.

7、4 錐齒輪的設(shè)計184.5 刀具的選擇224.6 軸承校核23第5章 其它部件選擇與設(shè)計255.1 后輪的設(shè)計255.2 前輪的設(shè)計255.3 整機的三維裝配圖26第6章 設(shè)計總結(jié)27附 錄28參考文獻30致 謝31II人力手推式草坪割草機設(shè)計第1章 前言1.1 設(shè)計背景草坪機械隨著草坪的出現(xiàn)而出現(xiàn)，隨著草坪的發(fā)展而發(fā)展。在割草機誕生之前，人們通過放牧牛羊來保持草地的平整，鐮刀也成為修剪草坪的重要工具；1805年，英國人普拉克內(nèi)特發(fā)明了第一臺切割雜草的機械，由人力推動，并通過齒輪傳動帶動旋刀割草，這就是旋刀割草機的雛形；1830年，英國紡織工程師比爾布丁獲得了滾筒割草機的專利1；1832年，蘭

8、賽姆斯農(nóng)機公司開始大批量生產(chǎn)滾筒割草機；1902年，英國人倫敦恩斯研發(fā)了內(nèi)燃機作動力的滾筒式割草機，其原理至今仍在使用。在西方發(fā)達國家，20世紀初期，割草機就得到了迅速的發(fā)展。中國草坪機械設(shè)備的發(fā)展始于20世紀70年代末期，發(fā)展較為緩慢，直到90年代中期才有較大的進展。國內(nèi)有部分林業(yè)機械廠開始生產(chǎn)草坪機械，并且部分開始出口，但直到21世紀初期，從歐美等國進口的草坪機械仍占主導地位，經(jīng)銷國外草坪機械的公司大量涌現(xiàn)，并且形成了全國性的經(jīng)銷網(wǎng)絡(luò)2。1.2 行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢首臺割草機的制造產(chǎn)生已經(jīng)大約經(jīng)過200年的時間了，現(xiàn)在用于草坪的機械已經(jīng)發(fā)展到幾十個品種，并且適用于不同的場合。我國的割草機產(chǎn)業(yè)

9、起步較晚，生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)品用途比較單一，因此割草機械均以進口為主。根據(jù)統(tǒng)計得知，到1999年底，我國的園林機械約為10萬臺，割草機的銷售量保持在3萬臺左右，其中的80%為進口。我國割草機的進口主要來自于美國、日本、意大利等發(fā)達國家，其價格在0.38萬元到5.8萬元不等。改革開放以來，我國草坪業(yè)由興起到飛速發(fā)展，僅僅30多年的時間，卻為草坪機械業(yè)帶來了勃勃生機3。割草機械出現(xiàn)暢銷勢頭的主要原因：一是草原生態(tài)建設(shè)和退耕還草的快速發(fā)展；二是國家對綠化投資的加大?，F(xiàn)代割草機械多在人口稠密地區(qū)作業(yè)，流動性較大。因此對機械的震動、噪聲、廢氣排放、質(zhì)量等指標要求都比較高?，F(xiàn)在的割草機械多使用內(nèi)燃機作動力，其

10、噪聲危害很大。美國EPA（美國環(huán)境保護局）及歐盟對割草機等發(fā)動機的排放標準均有法規(guī)；德國出臺了控制噪聲污染的藍色天使法規(guī)。1.3 設(shè)計目的和意義目前市場上的割草機大多需要動力引擎，會產(chǎn)生較大的噪聲，同時帶來環(huán)境污染。在辦公、學習、休息的場所，這些割草機非常不受歡迎。本著節(jié)能、環(huán)保、健身的宗旨，針對市場需求，經(jīng)過多方調(diào)研，綜合現(xiàn)有市場銷售割草機的優(yōu)缺點，設(shè)計了此款新型割草機。該割草機由人力驅(qū)動，具有不需要能源、無噪聲、無污染、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。隨著人們生活水平的提高和家庭式草坪的增加，該類型人力驅(qū)動草坪割草機將擁有更加廣闊的市場，并將成為對庭院式草坪進行修剪的理想工具4。第2章 設(shè)計方案分析2.1

11、 Solidworks在割草機中的應(yīng)用Solidworks簡介Solidworks為達索系統(tǒng)(Dassault Systemes S.A)下的子公司，專門負責研發(fā)和銷售機械設(shè)計軟件的產(chǎn)品。達索公司負責系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)需求，并且為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務(wù)。本軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)。良好的財務(wù)狀況和廣大用戶支持使Solidworks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術(shù)創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽5。此款軟件具有功能強大、易學易用和技術(shù)創(chuàng)新等特點，這使其成為主流的三維CAD解決方案。 能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤來提高產(chǎn)品質(zhì)量6。配置

12、管理是Solidworks軟件體系結(jié)構(gòu)中非常獨特的一部分，它涉及到零件設(shè)計、裝配設(shè)計和工程圖7。配置管理使得你能在CAD文檔中，通過對不同參數(shù)的變換組合，派生出不同的零件或裝配體。它提供了基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、特征、陣列等操作來實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計。通過對特征和草圖的修改，用拖拽的方式實現(xiàn)實時設(shè)計修改。 三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑8，或為管道、線和管線生成路徑。在割草機的設(shè)計過程中，借助本軟件繪制零部件，并將其進行調(diào)整調(diào)試，最后完成裝配。2.2 設(shè)計的基本要求 無論是哪一種割草機對草坪修剪的要求基本上都是一致的： 1.割草高度可根據(jù)要求調(diào)整。 2.割草整齊、平整。 3

13、.對地形適應(yīng)能力強。 4.割草機對草坪碾壓輕，傷害較少。5.割草機質(zhì)量好，故障少。6.割草機易于操作，輕便靈活，維修方便，易于更換零部件。 7.正確掌握修剪草坪的最佳時間并且制定科學的修剪高度和頻率。2.3 切割器的方案選擇 切割器是割草機重要的部件之一，它的功能是將草莖切斷。目前，廣泛使用的割草機的刀具形式主要有：往復式、回轉(zhuǎn)式、甩刀式、帶式等。2.3.1 方案一往復式切割器是目前國內(nèi)外稻麥收割機上應(yīng)用最廣的切割器9，現(xiàn)基本標準化。它由往復運動的割刀和固定不動的支撐部件組成。工作時，割刀作直線往復運動，割刀在運動中將草莖推向定刀進行切割。其作業(yè)速度低，往復慣性大，割臺震動和噪聲大。為了解決往

14、復式切割器慣性力較大的問題，日本久保田稻麥收割機將刀桿分為兩段，采用兩個曲柄連桿機構(gòu)雙邊驅(qū)動10，兩刀桿運動方向相反，可抵消部分慣性力。2.3.2 方案二回轉(zhuǎn)式切割器主要用于收獲牧草、青飼料等作物?；剞D(zhuǎn)式切割器具有慣性力易平衡，振動小，結(jié)構(gòu)簡單等特點。在小型水稻切割機上，多采用單盤和多盤式。在甘蔗收割機上多采用梯形或矩形刀片的單盤或雙盤式。第3章 原理分析和傳動設(shè)計3.1 功能分析和原理設(shè)計人力手推式草坪割草機適用于小范圍草坪的切割、護理。并且可以通過對前輪的調(diào)節(jié)控制割草高度。此款機械采用人力驅(qū)動，由割草機車輪的轉(zhuǎn)動經(jīng)由齒輪傳動等方式帶動刀具進行回轉(zhuǎn)運動，完成對草坪的修整。3.2 設(shè)計要求1.

15、鑄件不得有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。2.未注明鑄件圓角為R1R2.5。3.去毛刺,倒角。4.未標注形狀公差符合GB1184-80的要求。5.未標注長度尺寸允許偏差。6.規(guī)定擰緊力矩要求的緊固件，需采用力矩扳手，按規(guī)定的擰緊力矩緊固11。3.3 傳動機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)人力手推式草坪割草機割草功能的技術(shù)原理很多，但各有利弊，具體分析如下。3.3.1 驅(qū)動方式的選擇1. 腳驅(qū)動 用腳驅(qū)動時，操作者一般有都需要站在或坐在割草機上進行操作，因此割草機除了需要完成割草動作外，還需承受操作者的自重，并且還要有方向控制，使的機器結(jié)構(gòu)復雜、尺寸也較大，因此不適合小面積草坪的使用。2. 手驅(qū)動 用手驅(qū)動時可以避免用腳驅(qū)動

16、存在的一些問題，使得割草機小巧，靈活。因此選擇設(shè)計手動式割草機。手動驅(qū)動又有搖動式和推動式。機械較容易實現(xiàn)的是簡單的轉(zhuǎn)動，如果采用搖動式，由于割草機還要由人力推著向前行進，操作者要完成的動作較多，操作極不方便。操作者要想僅通過簡單的操作即可完成割草動作，可以由手推動割草機械向前行進，通過機械輪子的轉(zhuǎn)動帶動刀具的旋轉(zhuǎn)運動來完成割草工作。顯然易見，設(shè)計成手推式草坪割草機是合理可行的。3.3.2 傳遞機構(gòu)的組成為了在正常行走速度下操作，傳遞機構(gòu)傳遞出去的力應(yīng)通過增速機構(gòu)傳遞給執(zhí)行機構(gòu)。由于轉(zhuǎn)換機構(gòu)運動輸入構(gòu)件是定軸轉(zhuǎn)動，因此割草機動力輸入構(gòu)件輪子和執(zhí)行構(gòu)件之間可以采用鏈傳動。為了使設(shè)計的割草機結(jié)構(gòu)緊

17、湊，采用齒輪傳動。由于齒輪傳動傳動比不能太大，增速不明顯，所以可采用直齒輪加鏈輪傳動的組合方案。由于刀具旋轉(zhuǎn)方向與割草機傳力機構(gòu)旋轉(zhuǎn)方向垂直，因此采用錐齒輪調(diào)節(jié)，也可進一步擴大傳動系統(tǒng)的傳動比。機構(gòu)組成方案如下圖所示12。圖3-1 割草機機構(gòu)組成方案第4章 關(guān)鍵零部件的設(shè)計與選擇4.1 直齒輪的設(shè)計 4.2 鏈輪的設(shè)計4.3 軸的設(shè)計4.3.3 軸III的設(shè)計 圖4- 7 軸III4.3.4 軸IV的設(shè)計4.4 錐齒輪的設(shè)計 4.5 刀具的選擇4.6 軸承校核 根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動摩擦軸承和滾動摩擦軸承兩大類，滾動軸承摩擦系數(shù)小，已經(jīng)標準化，選用、潤滑和維護都很方便，因此

18、在一般機器中應(yīng)用較廣，而本機構(gòu)中軸承的主要作用是依靠元件間的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動的，與滾動軸承的作用一致，所以選用滾動軸承。對于滾動軸承可分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承三大類，割草機軸承主要承受徑向載荷，同時也承受較小的軸向載荷，最佳選擇為深溝球軸承20。并且，本軸承大量生產(chǎn)，價格較低。根據(jù)各個軸承的特點以及選用原則，可以確定初步選定的型號為6004深溝球軸承滿足要求。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖4- 12 軸承由于軸IV所承載的載荷最大，且軸IV的轉(zhuǎn)速最大，故軸IV上的軸承最危險。若此軸承壽命滿足要求，則其它軸承亦可滿足要求。所選6004深溝球軸承的基本額定動載荷C為9.38kN假設(shè)鏈傳動的效率

19、為0.9。 (4-6) 顯然，軸承壽命滿足要求。第5章 其它部件選擇與設(shè)計5.1 后輪的設(shè)計割草機后輪由內(nèi)輪和輪胎構(gòu)成，內(nèi)輪根據(jù)要求選擇45號鋼。輪胎不僅與內(nèi)齒輪形成配合，同時也與地面形成運動關(guān)系，因此輪胎應(yīng)與割草機整體之間緊密相連。輪胎的外徑設(shè)計為430mm，轉(zhuǎn)速約為0.64r/s。后輪結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖5-1 后輪5.2 前輪的設(shè)計 根據(jù)實際生產(chǎn)需要21和成本考慮選擇前輪直徑是140 mm，輪寬是30mm，割草高度可以通過調(diào)節(jié)前輪安裝高度進行小范圍的調(diào)節(jié)，前輪結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖5-2 前輪5.3 整機的三維裝配圖 圖5-3 割草機三維圖第6章 設(shè)計總結(jié)人力手推式草坪割草機的新穎之處在于由人

20、力驅(qū)動，并非市面上大多數(shù)割草機由汽油機驅(qū)動，此款割草機通過直齒輪、鏈輪和錐齒輪等一系列機械之間的相互配合運動最終帶動刀具的旋轉(zhuǎn)，來達到割草的目的。通過調(diào)節(jié)前輪的安裝高度能夠有效對割草高度進行設(shè)定，調(diào)節(jié)范圍為0100mm，并且由于割草機四輪著地更加穩(wěn)定，因此切割效果更加平整。割草機兩支架之間的距離為460mm，可以根據(jù)需要更換不同尺寸的刀具來改變切割面積。后輪直徑設(shè)計為430mm，能夠極大的減少割草機工作時的推力。割草機由于由人力驅(qū)動在有效地完成割草的任務(wù)同時也能夠為人們提供一個舒適的生活環(huán)境，減少噪聲污染，為環(huán)境保護做出了一定的貢獻。此款割草機結(jié)構(gòu)簡單，零件較多為標準件，極大降低了成本。全文對

21、人力手推式草坪割草機的結(jié)構(gòu)作了詳細分析，并通過仿真運動及理論計算最終確定此款割草機能夠確實可行。附 錄 圖1 軸I 圖2 軸II 圖3 軸III 圖4 軸IV 圖5 車架參考文獻1孫吉雄. 草坪學M.北京. 中國農(nóng)業(yè)出版社，1993. 2胡中華，劉師漢. 草坪與地被植物M.北京. 中國林業(yè)出版社，2009. 3徐秀英. 小型牧草收獲機械的設(shè)計D. 南京農(nóng)業(yè)大學，2004. 4張洪麗，張建華. 環(huán)境節(jié)能草坪修剪機的研發(fā)J. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2009. 5陳毅. 基于SolidWorks二次開發(fā)的齒輪參數(shù)化系統(tǒng)設(shè)計J. 機械制造與自動化,2009.6田文濤,賀小華. SolidWorks二次開發(fā)與應(yīng)用J. 計算機工程與科學,2009. 7平功輝,楊關(guān)良,歐陽清. 利用VB對SolidWorks的二次開發(fā)J. 機械設(shè)計與制造,2006 .8王曉麗,季忠. SolidWorks的二次開發(fā)方法比較J. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2006 .9東北農(nóng)學院主編. 畜牧業(yè)機械化M.北京農(nóng)業(yè)出版社，1980.10