環(huán)保型手推式草坪剪草機設(shè)計說明書

環(huán)保型手推式草坪剪草機IID1摘要伴隨著人類的生活水平的提高，人們對綠化環(huán)境的要求也越來越高。通過市場調(diào)研，我們決定設(shè)計一種無引擎驅(qū)動，無噪音污染，剪草高度可調(diào)節(jié)，輕便簡潔，操作方便和美觀實用適用于一般用戶的草坪剪草機。手推式剪草機主要利用滾動的輪子帶動機械運動，結(jié)構(gòu)簡單，連接平穩(wěn)，噪音極小，并且操作十分容易，既給使用人帶來方便，也給周圍的人帶來舒適，安靜的環(huán)境。該產(chǎn)品主要用于家用，及面積不大的草坪修剪。無需引擎，可謂綠色環(huán)保的剪草機。對提倡環(huán)保的地域，是理想的剪草工具。關(guān)鍵詞:環(huán)保；手推式；剪草機關(guān)鍵詞:環(huán)保；手推式；剪草機EnvironmentallyfriendlyhandpushlawnmowerAbstractWiththeimprovementofhumanlife,Greenenvironmentpeopleareincreasinglyhighdemands.Throughmarketresearch,Wedecidedtodesignanon-enginedriven,nonoisepollution,grassheightadjustable,lightweightcompact,easyoperationandbeautifulandpracticalfortheaverageuserofthelawnmower.Hand-pushlawnmowerdrivenmainlyusethescrollwheelmechanicalmovement,simplestructure,stableconnection,thenoiseisextremelysmall,andtheoperationisveryeasy,notonlybringconveniencetotheusers,butalsotothepeoplearoundcomfort,quietenvironment.Theproductismainlyusedfordomestic,andsmalllawnarea.Noenginecanbedescribedasgreenlawnmower.Regioninpromotingenvironmentalprotection,isidealforgrass-cuttingtool.Keywords:environmentalprotection;handpush;lawnmowers1技術(shù)任務(wù)書1.1設(shè)計的依據(jù)剪草機械至今已有100多年的歷史，目前人們普遍使用的是電動剪草機械。由于剪草機械多在人口稠密的地區(qū)作業(yè)，流動性大，對機械的震動、噪音、廢氣排放、質(zhì)量等指標要求較高?，F(xiàn)在的剪草機多使用內(nèi)燃機作動力，排氣污染量相對于汽車的較少，但其噪聲危害卻很大。美國EPA（美國環(huán)境保護局）及歐盟對割草機等用發(fā)動機的排放均有相應(yīng)的法規(guī)；德國還出臺了控制噪聲污染的《蘭色天使》法規(guī)；歐洲一些城市推出過引導性計劃，通過稅收優(yōu)惠及獎勵等措施鼓勵“綠色經(jīng)營者”以加速環(huán)保技術(shù)的發(fā)展。手推式剪草機主要利用滾動的輪子帶動機械運動。手推式剪草機結(jié)構(gòu)簡單，連接平穩(wěn)，噪音極小，并且操作十分容易，既給使用人帶來方便，也給周圍的人帶來舒適，安靜的環(huán)境。1.2產(chǎn)品的用途及使用范圍目前市面上的剪草機大多需動力引擎，這會產(chǎn)生較大的噪音，帶來環(huán)境污染，在辦公和學習的地方，這種需動力引擎的剪草機就顯得非常不受歡迎。由于動力引擎剪草機有動力裝置，保養(yǎng)，維護費用較高；同時動力引擎剪草機主要依靠刀片的高速旋轉(zhuǎn)把草排出，因此，對整機的安全性要求較高，操作時也會給工作人員帶來強烈的震動，使操作很不舒適。雖然，動力引擎草坪剪草機剪草效率較高，剪草效果較好，但是，其價格也較昂貴，就目前來說，一般的用戶難以接受。通過市場調(diào)研，我們決定設(shè)計一種無引擎驅(qū)動，無噪音污染，剪草高度可調(diào)節(jié)，輕便簡潔，操作方便和美觀實用適用于一般用戶的草坪剪草機。該產(chǎn)品主要用于家用，及面積不大的草坪修剪。無需引擎，可謂綠色環(huán)保的剪草機。對提倡環(huán)保的地域，是理想的剪草工具。1.3主要技術(shù)指標和重要技術(shù)參數(shù)1.3.1該手推式剪草機的總體設(shè)計參數(shù)外形尺寸：586x369x200mm凈質(zhì)量：M<30kg變速要求：單級刀具，一固定刀片和一活動刀片相互運動單根剪草載荷：f=°?5N同時剪草量：N<500根1.4主要工作原理本次設(shè)計的手推式剪草機主要利用輪子運動傳動變速箱中的齒輪實現(xiàn)刀具的往復(fù)運動的功能。手推式剪草機由變速齒輪、端面齒輪、撥桿和剪刀等構(gòu)件組成，端面齒輪和撥桿是一對工作組合。端面齒輪通過自身的轉(zhuǎn)動將旋轉(zhuǎn)方向的力傳動給撥桿，引起水平方向的往復(fù)運動，從而使刀具自身往復(fù)運動。由于剪草機變速變矩范圍不夠大，因此在刀具的選擇上尤其注意以提高剪草機自身效率為重要原則。剪草機工作時由人推動機器行走，從而使剪草機的后輪1傳動，帶動與其同在一根軸上的大齒輪2傳動，通過齒輪2與齒輪3組成的增速機構(gòu)使速度得以提升，并帶動端面凸輪4（為了實現(xiàn)幾何形狀封閉和便于調(diào)整，采取兩個端面凸輪以背靠背形式裝配）回轉(zhuǎn)，端面凸輪4帶動撥桿5運動，通過端面凸輪4與撥桿5組成的轉(zhuǎn)換機構(gòu)將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€往復(fù)運動，使固定其上的活動刀片與固定在機架上的固定刀片形成相對交錯運動，完成剪草動作。如圖1—1所示：7（固定刀片）圖1—1機器的運動簡圖1.5國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.5.1國內(nèi)外發(fā)展概述19世紀中葉，大部分的草坪還在使用鐮刀來割草或放牧牛羊來保持草地的整齊性。隨著高爾夫球、網(wǎng)球及足球等運動的興起，保持完善的草地做運動場便成為當務(wù)之急。英國人EdwinBudding利用旋轉(zhuǎn)式機械工作的原理發(fā)明了滾刀式剪草機，該產(chǎn)品的問世在英國受到了廣泛的歡迎，隨后傳人美國。1868年，美國第一臺剪草機取得專利，美國的草坪業(yè)也由此起步。不過幾年，便有37項有關(guān)剪草機的發(fā)明獲得專利。到1881年，總共有4萬多臺剪草機被生產(chǎn)和銷售。最初的剪草機均為人力驅(qū)動；1890年，在英國開始設(shè)計有動力驅(qū)動的剪草機。從最初的蒸汽動力驅(qū)動發(fā)展到小型內(nèi)燃機動力驅(qū)動；1909年，美國科學家Leoni取得了動力型機械式剪草機專利，盡管剪草機由汽油機驅(qū)動，但整個裝置仍由馬拉行走。在草坪修剪機械發(fā)展的歷史上，第二次世界大戰(zhàn)是一個轉(zhuǎn)折點。在20世紀30年代前后，每年生產(chǎn)的各類剪草機數(shù)量約3萬臺左右。戰(zhàn)后，美國經(jīng)濟得到復(fù)興，允許現(xiàn)役軍人低價買房不付現(xiàn)金，大批建設(shè)房屋并出售，促使草坪修剪機械得到迅速發(fā)展，生產(chǎn)量急劇上升，1947年達36萬臺，1974年達700萬臺。20世紀70年代后期開始，剪草機的市場銷售量逐漸趨向飽和，但每年仍保持在500萬一600萬臺的銷量。剪草機在數(shù)量增加的同時，其性能也在不斷改進。1950年，美國第一臺無線電操縱的剪草機誕生；1978年，ClarenceNoke研制出了一種可進行草坪修剪編程的剪草機"；20世紀80年代，一些新的草坪設(shè)備又投放市場，如Mulchingmower,Shredder,Lawndethatcher,Stringtrimmer等，以及清潔草坪用的Blower，Lawnvacuum,Lawnsweeper。到了80年代后期,stringtrimmer被認為是一件普通的家庭用具。我國生產(chǎn)剪草機起步較晚，生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍較小，產(chǎn)品用途單一，品種數(shù)量少，遠不能滿足要求，而且質(zhì)量與發(fā)達國家的相比也有很大差距。所以長期以來，草坪剪草機多以進口為主，主要來自日本、美國、意大利和瑞典等國。據(jù)統(tǒng)計，1999年的剪草機銷售量在3萬臺左右，其中80%為進口；2000年我國各類草坪機械保有量達13余萬臺，剪草機進口量在3.16萬臺左右；近兩年，草坪機械平均年增長率達到30%左右，國內(nèi)每年草坪機械的銷售總額大約為1.2億?1.3億元人民幣，其中從國外進口的機械占85%，國內(nèi)自行生產(chǎn)的產(chǎn)品占15%左右，其合計銷量約在1萬臺左右。1.5.2常見的剪草機械分類剪草機械按動力劃分可以分為機動和人推的兩類。按動力又分為柴油機、汽油機和電動機3類驅(qū)動。其中以小型汽油機作為動力的較為普遍，而柴油機多用于大型的剪草機械，如牧場的割草機；按剪草時刀片運動的方式可分為滾刀式、旋刀式和剪切式3種；按切割器形狀可分為旋刀式、滾刀式、往復(fù)割刀式和甩刀式等；按駕駛形式分類，可分為推動式（步行式）、自行式、坐騎式（駕乘式）；按配套動力和作業(yè)方式分為于推式、手扶推行式、手扶自行式、駕乘式、拖拉機式等。剪草機的剪草幅寬一般為400?lO00mm，剪草高度從15?lOOmm有幾個調(diào)節(jié)擋位。1.5.3常見幾種剪草機械剪草原理（1）滾刀式剪草機其由帶有刀片的滾筒和不動的床刀組成。滾刀的形狀像一個圓柱形鼠籠，切割刀呈螺旋形安裝在圓柱表面，滾刀旋轉(zhuǎn)帶動草莖相對于底刀產(chǎn)生一個逐漸切割的滑動剪切而將草莖剪斷。滾刀式剪草機剪草的質(zhì)量取決于滾刀上刀片數(shù)和滾刀的轉(zhuǎn)速，滾刀上刀片數(shù)越多，單位長度行進中切割的次數(shù)就越多，切下的草也越細，滾刀的刀片數(shù)一般為3?12片不等；滾刀的轉(zhuǎn)速越高，切下的草也越細。滾刀式剪草機是高質(zhì)量草坪最常用的剪草機型，適用于草高3?80mm的草坪，其價格貴，維修保養(yǎng)要求嚴格。旋刀式剪草機(又稱懸刀式)它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。其工作裝置為一長條形剪草刀或多把剪草刀在水平刀盤上，高速旋轉(zhuǎn)的刀刃與草莖碰撞而將其割斷，為無支承切割。刀刃的后面是類風葉形狀，在高速旋轉(zhuǎn)下，對地面形成一定的真空將草莖吹成直立狀態(tài)，便于切割并與罩殼相結(jié)合，形成渦流將割下的碎草送人集草裝置或從罩殼出口噴出灑到草坪，適于25~80mm范圍內(nèi)剪草，它的價格相對低廉，保養(yǎng)、維修和使用都很方便，是國內(nèi)外目前最流行的剪草機。甩刀式剪草機其切割裝置由多把垂直于地面的刀片鉸接在旋轉(zhuǎn)組成的旋轉(zhuǎn)軸上，當高速旋轉(zhuǎn)時，在離心力作用下，其刀片像垂直于軸芯的甩刀，端部刀刃不斷地沖擊切割草莖。由于刀片與刀軸或刀盤為鉸接，當碰到堅硬沖擊不斷的物體時可以避讓而不致?lián)p壞機器。甩繩式剪草機其工作裝置是由一個內(nèi)裝尼龍繩的打草盤、背向人的護罩組成。當打草盤高速旋轉(zhuǎn)時，露在外面的尼龍繩在離心力作用下，像一束伸直的刀刃快速撞擊草莖而切割斷草。由于尼龍繩是柔性的，其撞擊障礙物時退讓，不會損壞機器本身，也不會對障礙物有較大的破壞。1.6已經(jīng)考慮過的若干方案的比較1.6.1手推式剪草機的工作設(shè)計方案我們所設(shè)計的手推式草坪剪草機首先要通過一個傳力構(gòu)件將人力傳遞出去。為了讓操作者在正常行走速度下操作，傳遞出去的力應(yīng)通過增速機構(gòu)繼續(xù)傳遞。因執(zhí)行修剪草動作刀片的相對運動方向與人行進的方向垂直，經(jīng)前面增速機構(gòu)傳遞過來的運動都需要再經(jīng)過一級轉(zhuǎn)換機構(gòu)傳遞到執(zhí)行構(gòu)件。通過分析得到手推式草坪剪草機的組成框圖，如圖1—2所示。圖1—2手推式草坪剪草機的組成框圖1.6.2其他工作設(shè)計方案的比較能實現(xiàn)手推式草坪修草功能的技術(shù)原理較多，但各有利弊，具體分析如下：（1） 用腳驅(qū)動用腳驅(qū)動時，一般操作者都需站在或坐在被驅(qū)動的機器上用力，這樣所設(shè)計的修草機，除了要完成剪草動作外，還要承受操作者的自重，且要有方向控制裝置，使機器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大，不適合小面積草坪使用。（2） 用手驅(qū)動用手驅(qū)動，可避免用腳驅(qū)動時存在的問題，使所設(shè)計的機器小巧，且可靈活操作。因此，我們選擇設(shè)計手動式修草機。（3） 用割的方式即用刀將草截斷。但草柔軟，且一端自由，采取割的方式將草截斷較難實現(xiàn)。（4） 用打的方式即用刀片或打草繩將草打斷。用此法修草時所需的速度非常高，以其在草還沒被打倒之前將草打斷，這樣的修草產(chǎn)品已有，但效果不好。（5） 用剪的方式即用刀將草剪斷，用兩個刀片作相對運動的原理較易將草剪斷，且不需要很高的速度。因此，我們選擇設(shè)計成手動式剪草機。手動的形式又用手搖動和用手推動兩種。機械容易實現(xiàn)的是簡單的轉(zhuǎn)動和往復(fù)直線運動，如果用手搖動手柄實現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件的往復(fù)移動，由于剪草機還要靠人力推著向前行進，操作者要完成的動作過多，操作不方便。要使操作者只通過簡單的操作即可完成剪

草動作，可以用于推剪草機向前行駛，靠剪草機輪子的轉(zhuǎn)動將轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)變成往復(fù)移動而輸出到執(zhí)行構(gòu)件。顯然設(shè)計成手動式草坪剪草機是合理而可行的。根據(jù)所查資料，可選用組合一變異法構(gòu)成初步方案。由前面的分析可知，手動式草坪剪草機只需要一項運動形式變換功能（即轉(zhuǎn)動變直線往復(fù)移動），所以，不必列出矩陣表后構(gòu)型。實現(xiàn)轉(zhuǎn)動到直線往復(fù)移動變換功能最簡單的機構(gòu)為曲柄滑塊機構(gòu)，直線推桿盤狀凸輪機構(gòu)和齒輪齒條機構(gòu)。1）曲柄滑塊機構(gòu)2）直動推桿盤狀凸輪機構(gòu)圖1桿盤狀凸輪機構(gòu)和齒輪齒條機構(gòu)。1）曲柄滑塊機構(gòu)2）直動推桿盤狀凸輪機構(gòu)圖1—3機構(gòu)運動簡圖1.7關(guān)鍵問題及其解決辦法1.7.1增速機構(gòu)的設(shè)計選擇增速機構(gòu)是傳遞動力及變速的核心機構(gòu)。它的速度變化直接改變刀具的剪切運動。我的手推式剪草機采用圓柱凸輪傳動機構(gòu)?？梢岳脠A盤側(cè)面的形狀特征，為此圓盤旋轉(zhuǎn)時通過側(cè)面推動固定在滑塊上的撥桿（可橫向調(diào)整）左右運動，這樣就得到了一種新型的凸輪一端面凸輪，其工作原理如圖1—4所小:圖1—4圓柱凸輪傳動機構(gòu)1.7.2幾種增速方式的實現(xiàn)比較用組合法實現(xiàn)增速為了讓操作者在正常行走速度下操作，傳遞出去的力應(yīng)通過增速機構(gòu)繼續(xù)傳遞。由于轉(zhuǎn)換機構(gòu)的運動輸入構(gòu)件作定軸轉(zhuǎn)動，這樣在剪草機動力輸入構(gòu)件輪子和轉(zhuǎn)換機構(gòu)的運動輸入構(gòu)件之間，可以采用鏈傳動，帶傳動和齒輪傳動。為了使所設(shè)計的剪草機結(jié)構(gòu)緊湊，可以采用齒輪傳動。而齒輪傳動有直齒原著齒輪傳動，斜齒圓柱齒輪傳動，圓錐齒輪傳動和蝸輪蝸桿傳動等。但是蝸輪蝸桿傳動的效率低，一般是蝸桿主動，且軸線空間交錯，應(yīng)用到剪草機械中，會使支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圓錐齒輪傳動的軸線相交，且其中一個齒輪需懸置，也會使剪草機支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜。直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪的軸線相互平行，支撐結(jié)構(gòu)較簡單，同時剪草機的速度不高，載荷也不大，因此，可選擇直齒圓柱齒輪作為增速機構(gòu)。機構(gòu)組成方案如圖1—5所示：1）帶動齒輪增速的曲柄滑塊機構(gòu)2）帶齒輪增速的直動推桿盤狀凸輪機構(gòu)3）1）帶動齒輪增速的曲柄滑塊機構(gòu)2）帶齒輪增速的直動推桿盤狀凸輪機構(gòu)3）1帶齒輪增速福輪齒條機^^?. 4）盤狀凸輪機構(gòu)圖1—5機構(gòu)運動簡圖用異變法實現(xiàn)刀具剪草運動方向與剪草機行進方向垂直，由于刀具的剪切運動方向與剪草機行進方向垂直，圖1-5中1）和2）所示的機構(gòu)組成方案不能最終滿足設(shè)計要求，還需對機構(gòu)進行進一步構(gòu)型。方案1利用梅花凸輪（凸輪廓線呈梅花狀）和連桿機構(gòu)來實現(xiàn)滑塊在導軌上的往復(fù)運動，工作原理如圖1—6所示。圖1—6梅花凸輪傳動機構(gòu)方案2利用圓柱凸輪機構(gòu)將凸輪軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滑塊的往復(fù)運動，其工作原理如圖1—7所小。圖1—7圓柱凸輪傳動機構(gòu)在圖1—6所示的梅花凸輪機構(gòu)中，為把凸輪的轉(zhuǎn)動變?yōu)閳?zhí)行構(gòu)件的往復(fù)移動需增加一個支點和一個構(gòu)件兩個低副（或一個構(gòu)件一個高副），這樣會增加整個機構(gòu)的復(fù)雜性，且設(shè)計時Zi應(yīng)該比12短（否則必然會增大梅花凸輪的尺寸，或者引起梅花凸輪邊緣曲線過度較急），這樣將減少傳送到滑塊上的力。圖7,圖4所示的圓柱凸輪機構(gòu)和端面凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，可以考慮作為所設(shè)計的剪草機的運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)。但是，我們還希望所設(shè)計的剪草機能實現(xiàn)剪草高度的調(diào)節(jié)。要實現(xiàn)此調(diào)節(jié)功能，在圖1—7所示的圓柱凸輪機構(gòu)中還需要增加一個能使刀架（包括活動刀片和固定刀片）沿垂直方向移動的移動副，使機構(gòu)結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜。而圖2—7所示的端面凸輪機構(gòu)，可以使推桿沿端面凸輪的任意弦上下運動，從而帶動刀架上下運動，易于實現(xiàn)剪草高度的調(diào)節(jié)。1.8機構(gòu)的功能及特點該機采用固定刀片與活動刀片相對錯動的剪切原理，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，噪音小、無污染，使用方便、靈活，適合小面積草坪的剪草處理；無需引擎驅(qū)動，使用安全、可靠，便于維護；剪草的高度可在1—20mm之間調(diào)整，割幅240mm，外形尺寸（長乂寬乂高：586x369x200mm），質(zhì)量30kg（材料由45鋼制作）；采用耐用的鑄鋁底盤和結(jié)構(gòu)件，具有永不生繡、永不卷曲變形的特點；前輪采用萬向輪，具有良好的導向性，后輪的一個輪子裝上壽命長的球軸承，使剪草機轉(zhuǎn)彎時易于推動；金屬手柄長度可伸縮，對于不同身高的操作者同樣適用；底盤獨特的設(shè)計可防止草堵塞出口通道；外觀造型美觀，更適合家庭用戶的審美要求；剪草的效果較理想，且成本低，是小面積草坪修剪的首選產(chǎn)品。1.9機構(gòu)設(shè)計與用戶的一致性分析（1） 從機構(gòu)運動的功能出發(fā)，按變異一組合法和類比法完成機構(gòu)的構(gòu)件和設(shè)計；（2） 在作品樣機加工前，使用三維造型軟件進行三維造型、虛擬裝配和運動仿真；（3） 理論上驗證設(shè)計的可行性，然后進行樣機制作；（4） 外觀造型新穎，推桿可折疊伸縮，適合家庭用戶使用；（5） 采用齒輪機構(gòu)（實現(xiàn)增速），提高整機的工作效率，解決了手動剪草機工作效率不高的問題；（6） 采用端面凸輪機構(gòu)（運動形式轉(zhuǎn)換機構(gòu)），將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運動，從而滿足剪草運動要求，形狀類似冠輪，解決了端面凸輪加工難的問題；（7） 采用的剪草高度調(diào)節(jié)機構(gòu)，解決了目前手動剪草機不易實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)的問題；（8） 產(chǎn)品成本（制造和使用成本）低，符合廣大用戶購買能力的要求。2.設(shè)計計算說明書2.1設(shè)計方案論證2.1.1手推式剪草機的設(shè)計原理該機構(gòu)由輪子帶動，通過一對單級減速器進行傳遞轉(zhuǎn)矩，再由端面齒輪和撥桿組合變化運動方向，最終輸出往復(fù)剪切運動?？傮w方案設(shè)計如圖2—1所示:圖2-1總體方案設(shè)計2.1.2方案的選擇選擇這個設(shè)計方案能夠更好的實現(xiàn)運動傳遞。無引擎驅(qū)動，節(jié)省能源，無污染（噪音、廢氣），采用綠色環(huán)保設(shè)計。采用齒輪機構(gòu)（實現(xiàn)增速），提高整機的工作效率，解決了手動剪草機工作效率不高的問題；采用端面凸輪機構(gòu)（運動形式轉(zhuǎn)換機構(gòu)），將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運動，從而滿足剪草運動要求，形狀類似冠輪，解決了端面凸輪加工難的問題。采用的剪草高度調(diào)節(jié)機構(gòu)，解決了目前手動剪草機不易實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)的問題。另一方案，用蝸輪蝸桿傳動，直接帶動割草圓盤，采用割草的方式。機構(gòu)更加簡單，

刀具拆裝方便。但草柔軟，且一端自由，采取割的方式將草截斷較難實現(xiàn)，割草的數(shù)目不多。要想割的效率快，必須采用大功率。我采用的剪草機方案結(jié)構(gòu)比較簡單，與之相比軸的位置較為容易定位，而蝸輪蝸桿傳動的割草機一水平一豎直的軸造成了機架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜。并且增速機構(gòu)采用端面齒輪和撥桿的運動組合，結(jié)構(gòu)簡單，運動實際為一凸輪推桿的運動組。2.2.1機構(gòu)的動力計算草坪上的草為特殊纖維材料，較易剪斷，不需要太大的載荷。通過實際運用中割草機械的分析，可以假設(shè)剪一根草所需載荷為f=庭N，同時剪草數(shù)量最多為500根。可得F=250N；端面齒輪上所受力的大小為：F1=F2=125N輪子提供轉(zhuǎn)矩帶動剪刀，進行機械運動。假設(shè)輪子的直徑為。=200mm；輪子周長為C=628.3mm。假定人的正常行走步數(shù)為500mm/s。假定刀具所受的力全部來自輪子的轉(zhuǎn)矩所引起的運動。則七=，=0“ P疽72W

軸I上的所傳遞的功率大小為:=138.9WP=軸I上的所傳遞的功率大小為:=138.9WP=（「『1fI軸口上的所傳遞的功率大小為:輪子所傳遞的功率大小為：t=149.1W齒輪的相關(guān)參數(shù)如下表所示:齒輪齒數(shù)模數(shù)齒形角全齒高大齒輪692.0204.5小齒輪232.0204.5表2-1齒數(shù)表2.2.2手推式剪草機中軸口的設(shè)計（1）選擇軸口的材料該軸無特殊要求，選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理，°b=640MPa初步估算軸徑：d根據(jù)公式皿2按扭轉(zhuǎn)強度估算輸入端的最小軸徑。按45鋼，取C=116d根據(jù)公式皿20.1389 加5%和=8-615一9.05取d=10mm，?min2（2）軸□的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸口上零件的軸向定及位周向定位。從左輪子連接處向右?。?0mmT12mmT14mmT12mmT10mm。角。角。考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性：考慮到軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的左端和右段均制成2x45。倒軸□的強度演算經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，各軸段作用力大小和作用點位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知。齒輪上作用力的大小轉(zhuǎn)矩：T^=12334-57N%md齒輪端面分度圓直徑：2d齒輪端面分度圓直徑：2zcosp22 69=138(mm)cos0。圓周力:2圓周力:2T—^=170.05(d2徑向力:軸向力：tana=F 徑向力:軸向力：tana=F tcosptan20。n=170.05 =61.9(N)=Fxtanp=0(N)cos0。受力簡圖如3—2所小：圖2圖2—3垂直面上受力簡圖垂直面上軸承的支反力及主要截面的彎矩:122.5+122.5F=「rx122.5+「ax69=30.95(122.5+122.5BVF=F-F=30.95(N)截面C處的彎矩為：MCV左=FbvX122?5=3791(N0mm)

水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩:FBHF122.5=85(N)水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩:FBHF122.5=85(N)122.5+122.5FDH=F-F=85(N)截面C處的彎矩為：Mch=Fbh'UM=1°4修（NOnm）圖2—5水平面上截面的支反力截面C處的合成彎矩為:Jm左2+M2=11081(NDmm)CV右』M右2+M2=11081(NDmmCV右圖2—6水平面上截面的彎矩及合成彎矩:圖2—6水平面上截面的彎矩及合成彎矩按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面強度，取a=0.6，該截面上的計算應(yīng)力：b='M"(">=48.57(MPa)vW通過查表可知：材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理的許用應(yīng)力為仕」=60MPa，由于bv〈〔Li］，故安全。2.2.3手推式剪草機中軸I的設(shè)計(1)選擇軸I的材料該軸無特殊要求，選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理，bb=640MPa初步估算軸徑：按扭轉(zhuǎn)強度估算輸入端的最小軸徑。按45鋼，取C=116

；P ：0.1461 加5%根據(jù)公式'皿廣%皿04=以64-13.27，取,皿廣皿(2)軸I的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸I上零件的軸向定位周向定位大齒輪在軸I上為對稱定位，左右兩端靠套筒定位，裝拆，傳力較為簡單；兩端軸承常用同一尺寸，以便于加工、安裝和維修；為便于拆裝軸承，軸承處軸肩不宜太高。齒輪與軸的軸向固定采用普通平鍵聯(lián)接。根據(jù)軸的直徑查得齒輪處的鍵截面尺寸為bxh=6mmx6mm，配合為7r6，滾動軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制。確定各段軸徑和長度通過確定定位軸肩高度，從左輪子連接處向右取14mm—16mm—18mm—22mm—18mm—16mm—14mm。考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性：考慮到軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的左端和右段均制成2x45。倒角。軸I的強度演算經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，各軸段作用力大小和作用點位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知。齒輪上作用力的大小轉(zhuǎn)矩：TI=3911N?mmd=n-z= 23=46(mm)齒輪端面分度圓直徑：1cos&1cos0。F=翌T=170.05(N)圓周力：’d1徑向力：tana徑向力：tana=F -n=170.05tan20。 =61.9(N)cos0。軸向力：=Fx軸向力：=Fxtan&=0(N)圖2—7軸I垂直面上受力簡圖垂直面上軸承的支反力及主要截面的彎矩:Fx120.5-Fx24.5+Fx圖2—7軸I垂直面上受力簡圖垂直面上軸承的支反力及主要截面的彎矩:Fx120.5-Fx24.5+Fx120.5+Fx216.5F= 2修登—1^5 1 =130.5(N)F=F-F=68.6(N)方向相反截面C處的彎矩為：Mcv左=FbvX12O?5-F1x96=3725(nDnm)M右=Fx96—Fx120.5=20266(NDmm)圖2—8軸I垂直面上截面的彎矩水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩:FBHFx120.5120.5+120.5FDH=F-F=85(N)截面C處的彎矩為：MCH=FBHx120-5=10246(N^祖)圖2—9軸I水平面上截面的支反力截面C處的合成彎矩為:M左=JM左2+M2=10902(NHmm)M右=JM右2+M2=22709(NHmm)圖2—10軸I水平面上截面的彎矩及合成彎矩按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面強度，取a=0.6，該截面上的計算應(yīng)力：b='M3丁）2=21.44（必兒）

vW通過查表可知：材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理的許用應(yīng)力為〔°一1]=60MPa，由于bv〈〔b」，故安全。2.3刀具的設(shè)計計算部分2.3.1刀具的概述手推式剪切機采用剛性切割式，運動方式選擇往復(fù)式運動。往復(fù)式切割裝置由上、下兩組刀片組成，分動和雙動兩種運動方式。本設(shè)計采用單動運動方式。單動切割器是動刀片在定刀上作往復(fù)運動；其特點是：s。=七，刀片的行程與上、下刀片的距離均相等。剪切機的上、下刀片形狀相同，剪切時，草兩側(cè)同時受到切割，在一個行程中，運動速度的大小有變化，合理切割的方法是利用較大的速度來剪切。刀片的速度圖如圖2一11所示。剪刀自。。點向右運動時，其速度自零逐漸增加，在沒有達到七之前，因切刀不相接觸，不發(fā)生切割。刀片到達七時，兩刀刃開始接觸，這時匕1稱為始切速，然后刀片繼續(xù)向右運動而進入切割，直到刀片到達c1時，兩刀刃相向接觸完畢，這以后不再切割，這時。稱為終切速。由匕1到。為切割速度的變化范圍。由圖2-11可知，匕1大于終切速虻1。狀態(tài)下切割的，使草叢表面稍欠平整。

2.3.2刀具的運動分析刀片一個行程時間內(nèi)機器前進的距離稱為切刀的進程，以H表示，切刀一秒鐘內(nèi)運x=txnx=20x3x6x =286.49mm動的絕對距離為： 1c 0.6283y=vxt=500mm式中：Vm——機器的前進速度（￥）t1 刀具水平運動的距離C——輪子的周長一個行程所需要的時間為:t一個行程所需要的時間為:t=\x1=2。=0.07s0x286.49一個行程運動的絕對距離:x一個行程運動的絕對距離:x=20mmy=vxt=35mm可得切刀的進程H為：H=vmx10=35mm由于端面齒輪旋轉(zhuǎn)一周刀具往復(fù)運動6次，刀具行程運動呈現(xiàn)對稱的加速減速運動，速度由0mTVa1T°ms變化，從0到達Vai的所需的時間與Vai到達0的時間均為0.035s運動分析可知，刀具呈現(xiàn)勻加速運動，運動方程式為:v=ax0.035ax0.0352=t1v=571.43mm/s可得.〔a=16326.5mm/s2切刀的平均速度：V=0+57143=285.7mm/sp將切刀的平均速度七與機器的前進速度Vm的比值6稱為刀機速比。

V—:—?,據(jù)類似的茶樹修剪機和采茶機的試驗分析，可得動力轉(zhuǎn)速較小的手推式剪草機傳動的效率較高。2.3.3刀具的結(jié)構(gòu)尺寸及相關(guān)參數(shù)刀片是切割裝置的主要部件，由于使用條件和運動參數(shù)的不同，使刀片的參數(shù)隨不同的機型而有些差異。表2—2手推式剪草機的主要參數(shù)項目切割切割幅刀片刀片刀片往復(fù)刀片配套動力操作凈重器的寬間距運動頻率形狀人數(shù)形式形式手推往復(fù)240mm20mm單動860r/min平形149.1W1人30kg式剪切割113r/min草機切割角的增大使切口變得不整齊。當?shù)镀谐淘?3.5~45mm時，刀片的切割角0和楔角。不影響剪草的質(zhì)量。往復(fù)式刀刃的切割角0和楔角。如圖2—12所示。刀片的刀距行程對剪草的質(zhì)量沒有顯著的影響。剪草質(zhì)量比較好的行程在20mm~40mm，碎片也相應(yīng)較少。切割間距在10~30mm時，切口平整；切割間距在30mm以上時，切口就不平整；切割間距大于40mm時，采摘面就象抓采樣的，漏采的也增多。

切割速度比與正常草芽葉、碎片的關(guān)系手推式剪切機刀片的切割速度比在2.5以下時，正常芽葉多，碎片少。對采摘質(zhì)量沒有大的影響。對類似作物的試驗，任何往復(fù)刀片，當切割速度比在2.5以下時，正常芽葉稍有減少的趨勢；切割速比在2.5~10時，剪草質(zhì)量無明顯的差別。切割速度比在小于3時，剪草面切口出現(xiàn)明顯的不平整。表2—3往復(fù)式刀片的主要技術(shù)參數(shù)項目 刀片刀間距動刀片往復(fù)式刀片 20mm項目 刀片刀間距動刀片往復(fù)式刀片 20mm定刀片38。35mm 55~6014。40' 64。2.4端面齒輪及撥桿的設(shè)計部分2.4.1端面齒輪和撥桿的概述手推式剪草機中端面齒輪和撥桿一對運動組合類似于凸輪和推桿，而撥桿的運動直接影響其刀具的往復(fù)運動。由撥桿在端面齒輪凹凸曲面上的規(guī)則運動，從而帶動刀具的運動。通過計算，我們可以近似加工出端面齒輪的工作輪廓線。度數(shù)越分的密，端面齒輪的形狀越精確。工作輪廓線如圖2—16所示。2.5結(jié)論2.5結(jié)論2.5.1剪草機的使用方法修剪是草坪養(yǎng)護管理中的核心內(nèi)容。科學地對草坪進行定期修剪，可提高草坪質(zhì)量，使草坪整齊美觀，而且具有較高的坪用價值和經(jīng)濟價值，可促進分蘗，形成致密的草坪，改善通氣性，減少病蟲害的發(fā)生，有效地抑制雜草生長，提高其美觀性。草坪修剪應(yīng)遵循“三分之一”原則，即被剪去的部分占草坪總高度的三分之一以內(nèi)。如修剪量過大，將會由于葉面積大量損失而導致草坪草光合作用急劇下降。由于修剪不及時而導致失剪的草坪，仍應(yīng)遵循“三分之一”原則，切忌一次修剪就達到需求的標準，而應(yīng)通過少量多次修剪，逐步剪到需要的高度。草坪修剪的時間與草坪草的種類、草坪草的生長發(fā)育和肥料供給等有關(guān)。北方草坪草在春秋是兩個生長高峰期，修剪量加大和修剪次數(shù)增多，晚秋應(yīng)逐漸減少修剪次數(shù)，夏季有休眠現(xiàn)象，也應(yīng)根據(jù)情況減少修剪次數(shù)。草坪修剪頻率決定于草坪的生育狀態(tài)、草坪的用途、草坪的質(zhì)量及草坪草的種類，其中主要取決于草坪的生長速度和生長勢。2.5.2剪草前應(yīng)注意的事項剪草前應(yīng)先檢查剪草機械刀片是否損壞，螺母、螺栓的緊固情況，輪胎壓力情況.；剪草前應(yīng)清除草坪上的木棍、石頭、瓦塊、鐵絲等雜物。對于固定設(shè)施，如噴灌管埋頭等，應(yīng)作好標志，以防損壞刀片在剪草前，應(yīng)測量草坪的高度，將剪草機調(diào)整到合理的剪草高度；剛澆過水、下過大雨或者霉雨季節(jié)等，潮濕的草地最好不要剪草；不得在坡度大于15度的地方采用該手推式剪草機修剪草坪。剪草機的選擇要根據(jù)草坪要求的修剪質(zhì)量、草坪草種、修剪高度、配套動力、地形地貌及剪草機的幅寬等因素確定。無論選用何種剪草機，都應(yīng)保證剪草機的刀片始終鋒利。因為刀片鋒利，草坪草的修剪傷口能迅速愈合，病菌浸染的機會少，同時傷口不留白茬，景觀效果也好?？傊?，選擇的總原則是在達到修剪草坪質(zhì)量的前提下，選擇經(jīng)濟實用的機型。2.5.3制造價格及應(yīng)用范圍根據(jù)目前市場實際:：制造原材料費用100?150元，手工費：50?100元，因此總造價在300元以內(nèi)。目前使用于我國大部分地區(qū)的園林草坪的修建和養(yǎng)護。3.使用說明書（SM）3.1設(shè)備的名稱產(chǎn)品的名稱：手推式剪草機3.2設(shè)備的安裝安裝工作必須有鉗工、起重工等專業(yè)工人參加。安裝時首先用水平儀找平基礎(chǔ)和安裝支架的水平度，然后使之固定。按制造廠出廠時各段機殼的連接標記順序組裝，各段機槽內(nèi)口的連接應(yīng)平整、密合，如有錯位，只允許比剪草機撥桿稍低，其值不得大于1mm。機體組裝后測定其機槽兩側(cè)對稱中心面的對稱度。頭輪、尾輪必須對中。輪軸應(yīng)保持平行，以避免剪草機在運行時跑偏。安裝剪草機刀具時應(yīng)再次檢查刀具往復(fù)運動是否靈活只有運動靈活的剪草機方可進行安裝。3.3設(shè)備的試車運轉(zhuǎn)完成剪草機各部分安裝工作后，即可進行空載運轉(zhuǎn)試驗。運行前應(yīng)做如下工作：（1） 所有軸承、傳動部件和減速器內(nèi)應(yīng)有足夠的潤滑油；（2） 檢查和清除剪草機機槽內(nèi)部遺留的工具、鐵件或其他雜物；（3） 全面檢查剪草機各部分是否完好無損，剪草機刀具的運轉(zhuǎn)松緊度是否合適。當上述各項準備工作做好后，推動剪草機，觀察小輪和大輪是否與殼體卡碰和跑偏，當無缺陷后，可遠距離運轉(zhuǎn)即可進行空載運轉(zhuǎn)。當空載運轉(zhuǎn)并對運轉(zhuǎn)情況認為滿意后，可進行剪草試驗。開始需要緩慢的推動剪草機，觀察齒輪、端面齒輪與撥桿嚙合的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定情況。運轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，逐漸加快剪草機的運轉(zhuǎn)速度。對剪草的狀況進行原始記錄，剪草密度，剪草后草的基本狀況等。并核對和設(shè)計要求是否吻合。3.4設(shè)備的操作和維護設(shè)備的操作每次使用前，應(yīng)先空載運轉(zhuǎn)一定時間，待設(shè)備運轉(zhuǎn)正常后方可進行工作，應(yīng)保持運轉(zhuǎn)速度的穩(wěn)定，不得大量突增或過載運行，容易對刀具