环保型草坪剪草机设计--毕业设计.doc

第一章 绪论1.1 我国草坪业的发展现状随着经济的发展和社会的进步,人们对生存环境的要求越来越高。 草坪绿化已成为衡量一个国家、地区或城市文明与发展程度的一个重要指标，在美化环境、固土护坡、净化空气等方面已成为人类的共识，在生态环境建设和保护方面将扮演着越来越重要的角色。我国的草坪建设也得到了迅速发展,如城市园林绿化、兴建休闲场所等都需要大量的高质量草坪,江河堤坝、高速公路、铁路等交通水利设施的护坡以及屋顶花园、室内绿化也都需要优质草坪。据不完全统计,在全国500城市66万hm绿地面积中,草坪占18万hm,1994 年上海草坪绿化面积为300 hm1997 年为800 hm,以后每年以400hm的速度增长;1997 年北京绿地面积已突破2 000hm,人均公共绿地面积为7. 8m,现在每年草坪以300 hm的速度增长。修剪是草坪区别于其它一些植物的特殊要求。草坪通过修剪,可以阻止草坪的草抽穗、开花、结果;修剪可以阻止草坪的草一味地向上生长,使草横向发展而成为坪;修剪可以有效地阻止杂草的生长和病虫害。因此,草坪业的迅猛发展必并将带动一系列产业的兴起。我国的草坪业发展自 20 世纪 80 年代才起步，在 90 年代后期发展迅速，到2000 年为止，全国已建成各类草坪3 亿m以上，经营草业的公司有 5000多家，草坪业从业人员 20 多万人，总产值超过 100亿元，而且规模呈逐年扩大趋势。在我国500 个城市66 万h m 绿地面积中,草坪占18 万h m,并呈高速增长趋势。90 年代以来我国的草坪业年增长率高达30 %40 %。随着人们对环境保护、固土防沙意识的日益增强，退耕还草政策的进一步实行，草坪业必然快速发展。修剪是草坪区别于其它一些植物的特殊要求，草坪业的迅猛发展，意味着草坪剪草机械的大量需求。1.2 草坪剪草机的国内市场从世界上第一台滚刀式剪草机的问世,到现在已经过了100 多年 ,原来主要应用于牧场的机械已经发展成为有几十个品种,适用于不同场合的剪草机。根据其工作原理和形式可分为滚刀式、悬刀式和扫雷式三种类型。我国生产剪草机起步较晚,生产企业规模普遍较小,产品用途较为单一,均没有形成规模批量,所以长期以来,草坪剪草机均以进口为主。据统计,到1999 年底我国有各种园林机械保有量达10 万台,1999 年的剪草机销售量在3 万台左右,其中80 %为进口。国内目前生产的剪草机械按动力划分可以分为机动和人推的两类。按动力又分为柴油机、汽油机骑式(驾乘式)；按配套动力和作业方式分为手推式、手扶推行式、手扶自行式、驾乘式、拖拉机式等。剪草机的剪草幅宽一般为 4001000mm，剪草高度从 15100mm 有几个调节挡位。以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。滚刀式剪草机由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成。它较旋刀式剪草机有更好的修剪质量,是高质量草坪最常用的剪草机型。适用于草高380 mm 的草坪,其问题主要是价格贵,维修保养要求严格。而旋刀式剪草机(又称悬刀式) 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,它适于2580 mm 范围内剪草。它的价格相对低廉，保养、维修和使用都很方便，是国内外目前最流行的剪草机。此外，还有甩绳式和甩刀式剪草机。据调查,国内生产剪草机的厂家约有50 家左右。多数为园艺系统的公司以及转产剪草机的机械厂。市场上草坪修剪机的品牌很多,有进口产品,也有国内制造和中外合资的。功率从2. 616. 2 kw,剪幅从43. 2127 cm不等。进口剪草机主要来自于日本、美国、意大利和瑞典等国,主要品牌和售价详见表11。表11 进口剪草机的主要品牌和售价国别型式价格日本本田h1011 坐骑式带草袋76 cmh3011 坐骑式带草袋71 cmlm5360hx自行可控刀式带草袋53 cm5. 2 万元/ 台5. 8 万元/ 台1. 08 万元/ 台美国mid(美神) :b560c 坐骑式带草袋76 cm38c 自行式侧除草53 cm2. 98 万元/ 台0. 5 万元/ 台murray(美丽) :2. 62. 8 kw手推式后草袋型22355 型、22545 型手推式侧排草21386 型手推式、21855 型自行式21975、22855、22856 型适用大面积长时间剪草意大利花园牌:r484tr 自行式带草箱46 cmr484 手推式带草箱46 cm0. 43 万元/ 台0. 38 万元/ 台瑞典kusovarna 系列剪草机1.3 我国剪草机市场预测1.3.1 按城市人均应有的草坪面积来预测根据国外有关专家的研究,城市人均应有2530 m的草坪才能解决人们的二氧化碳和氧气交换的需要。国外一些城市人均草坪面积与中国及北京的对比表见表12。从表12可以看出,我国人均占有草坪面积与发达国家相比,有着较大的差距。全国现有各类草坪面积约为18万hm ,若每公顷需5 台剪草机,现有市场容量就达90万台。随着中国经济的快速发展,剪草机的市场容量将成倍增长。表12 国外一些城市和中国及北京人均草坪面积名称面积/ m2名称面积/ m2伦敦70. 4巴黎24. 7纽约45. 7堪培拉70. 5莫斯科37. 0中国1华沙73. 5北京81.3.2 按种草草坪面积来预测新建草坪有两种方式,一种是以种草种为主,另一种是移植草皮。据不完全统计,历年进口草种的吨数如下,1995 年前约为6 000 t ,1996 年为2 500 t ,1998 年为5 000 t ,1999 年为6 000 t 。一般1 m 需20g 草种,按此计算,1999 年种草面积为3 万hm ,移种面积为9 万hm ,共约12 万hm ,若按每公顷需5 台剪草机,仅1999 年时就需剪草机60 万台。1.3.3 按国家建设部规划来预测按国家建设部规定,2000 年后城市绿化面积需达到30 %。目前深圳、珠海、厦门等城市的绿化面积已超过此值。城市人均绿地面积需达到7 m 以上。照此估计每年约需56 万hm草坪,剪草机30 万台。在草坪的建设过程中,随之而来的相关园林设备的市场无疑是十分广阔的。1.4 选题目的意义：综上所述,我国绿化环境使剪草机行业的迅速发展势在必行,为此必须防止为争夺这一市场一哄而起、在低水平低质量上重复建厂生产的不良局面,建议有志于开发这类产品的企业联合起来开发产销对路的产品。在创名牌,上规模,上品种,上档次等方面进行有益的竞争,抓住这个商机,充分利用原有的厂房设备,适当地进行技术改造进行一定规模的生产。根据市场调查发现，剪草机必须符合当今人类对环境保护方面的需求,目前市面上的剪草机大多都是动力引擎这会产生较大的噪音，带来环境污染，在办公和学习的地方，这种动力引擎的剪草机非常不受欢迎。由于动力引擎剪草机有动力装置，保养维护费用较高;同时动力引擎剪草机主要依靠刀片的高速旋转把草割断，通过旋转气流把草排出，因此，对整机的安全性要求较高，操作时也会给工作人员带来强烈的震动，使得操作很不舒服。虽然动力引擎剪草机剪草效率较高，剪草效果较好，但是价格也较昂贵，对于一般的用户难以接受。所以研究一种无引擎驱动且造价较低的剪草机势在必行！ - 38 - 第二章 方案设计2.1 工作原理通过市场调研，我们决定设计一种无引擎驱动，无噪音污染，剪草高度可调节，简洁轻便，操作舒适和美观适用的草坪剪草机。工作原理如图21所示，剪草机工作时由人推动机器行走，从而使剪草机的后轮1转动，带动大齿轮2的转动，通过齿轮2和1组成的增速机构使得速度得以提升，并带动大链轮4回转，通过大链轮4带动小链轮5运动将运动传递给滚刀，使固定其上的刀片与固定在底刀轴上的固定刀片形成剪切运动。图 21 机构运动简图我们所设计的手推式草坪剪草机首先要通过一个传力构件将人力传递出去。为了让操作者在正常行走的速度下操作，传递出去的力应该通过增速机构继续传递，运动传递到滚刀。通过分析得到手推式草坪剪草机的组成框图，如图22所示。2.2 传动机构能够实现手推草坪剪草机功能的技术原理很多，但各有利有弊，具体分析如下：驱动方式选择：1） 用脚驱动 用脚驱动时，一般操作者都需要站在或者坐在被驱动的的机器上用力操作，这样所设计的剪草机除了要完成剪草动作外，还要承受操作者的自重，且要有方向控制装置，使的机器结构较复杂、尺寸较大，不适合小面积草坪使用。2） 用手驱动 用手驱动可以避免用脚驱动时存在的问题，使得所设计的剪草机小巧，且可以灵活操作。因此我们选择设计手动式剪草机。传力机构增速机构执行机构 图22 草坪剪草机的组成框图断草方式选择：1） 用割的方式 即用刀将草截断。但是草柔软，而且一端自由，采用割的方式将草截断较难以实现。2） 用打的方式 即用刀片或打草绳将草打断。用这种方法修草时所需要的速度非常高，要求在草还没被打倒之前将草打断，这样的修草产品也有，但是都得用引擎驱动，不符合我们的环保设计要求。3） 用剪断的方式 即用刀将草剪断，用两个刀片作相对运动的原理较容易将草剪断，而且不需要很高的速度。因此我们选择设计剪断方式断草。手动的形式又有用手摇动和用手推动两种。机械容易实现的是简单的转动，如果用手摇动手柄实现执行构件的往复移动，由于剪草机还要靠人力推着向前行进，操作者要完成的动作太多，操作很不方便。要使得操作者只通过简单的操作即可完成剪草动作，可以用手推着剪草机向前行进，靠剪草机轮子的转动将转动运动转变成往复移动而输出到执行构件。显然设计成手推动式草坪剪草机是合理可行的。2.3 用组合法实现增速为了让操作者在正常行走速度下操作，传递出去的力应通过增速机构继续传递。由于转换机构的运动输入构件作定轴转动，这样在剪草机动力输入构件轮子和执行构件滚刀之间，可以采用链传动，带传动和齿轮传动。由此，设计了以下几种传动方案。为了让设计的剪草机结构紧凑，可以采用齿轮传动。而齿轮传动有直齿圆柱齿轮传动，斜齿圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。由于蜗轮蜗杆传动的传动效率低，一般是蜗杆为主动轮，且轴线空间交错，用来做剪草机，会使得支撑结构复杂。圆锥齿轮传动的轴线相交，且其中一个齿轮需悬挂，也会使剪草机机构复杂。直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的轴线互相平行，支撑结构较简单，同时剪草机的速度不高，载荷也不大，因此，可以选择直齿圆柱齿轮作为增速机构。由于齿轮传动的传动比不能太大，增速不够明显，因此采用直齿轮加链轮传动的组成方案。机构组成方案如图23所示。图23 机构组成方案2.4刀架高度调节机构我们还希望所设计的剪草机能实现剪草高度的调节。要实现此功能，还需要增加一个能使刀架（包括活动刀片和固定刀片）沿垂直方向移动的移动副，同时又要保证两链轮之间的中心距保持不变，因此选用曲面滑块,如图24所示。图24 曲面滑块 第三章 结构设计3.1 传动零件的设计3.1.1 齿轮机构设计1 选定齿轮的类型，精度等级，材料以及齿数1） 按照图21所示的传动方案，因为齿轮受轴向力很小，故选用直齿圆柱齿轮传动，制作比较简单可以降低成本。2） 该剪草机工作时的速度较低，所以选择8级精度（gb10095-88）。3） 材料选择。由轮齿的失效形式可知，设计齿轮时，应该使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合以及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断的能力。因此，对齿轮的材料性能基本要求为：齿面要硬、齿芯要韧。一般齿轮材料有钢，铸铁，以及非金属材料。齿轮材料的选择原则：齿轮材料必须满足工作的要求；应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型的方法以及热处理和制造工艺：如正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可以用于制作在中等冲击载荷平稳下工作的齿轮；合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下的齿轮；飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢；金属制作的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为3050hbs或更多。由剪草机的工作条件可知对齿轮材料要求不高，而且大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，因此可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。根据齿轮材料选择的原则以及常用材料的力学特性选择大小齿轮的材料为zg310-570，采用表面淬火。2 齿轮尺寸设计开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使得轮齿不至于过小，故小齿轮不适宜选用过多的齿数，一般可取z=1720。本设计中选择小齿轮齿数z=20，大齿轮的齿数，取。设计传动比。人正常行走时的速度为大约1.2m/s,步距6075cm。考虑到剪草时的实际情况，取0.8m/s。设计剪草机的后轮直径为430mm。设想剪草机工作时处于理想状况下即轮子只滚动不滑动。由此可得，后轮轴的转速约为。查机械设计手册得：橡胶轮胎对土路面的滚动摩擦力臂为1015/mm，由于设计要求剪草机质量不大于50kg，则车轮沿地面的最大滚动阻力矩为。设计剪草机工作寿命为8年。3 轴和轴上齿轮2和齿轮1的设计基本参数 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行计算，即1） 确定公式内各计算数值（1）试选载荷系数（2）小齿轮转矩 注：由机械设计手册查得：圆柱齿轮机械传动7级精度的传动效率为0.98-0.995（3）选取齿宽系数（4）材料的弹性影响系数（5）由齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限（6）计算应力循环次数（7）查得接触疲劳寿命系数; （8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数s=1，得2）计算（1）计算小齿轮分度圆直径，代入接触疲劳许用应力中的较小值（2）计算圆周速度与齿宽（3）计算齿宽与齿高之比模数 齿高 （4） 计算载荷系数根据速度,7级精度，查得动载系数;直齿轮，假设查得;使用系数;7级精度小齿轮对称支撑布置，；由，得；故载荷系数2. 按齿根弯曲疲劳强度设计弯曲疲劳强度的设计公式为1） 确定公式内的各计算数值（1）查得小齿轮的弯曲疲劳极限；齿轮的弯曲疲劳极限；（2）查得弯曲疲劳寿命系数；;（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数s=1.4，得（4）计算载荷系数（5）查取齿形系数；（6）查取应力校正系数,;（7）计算大、小齿轮的并加以比较得：大齿轮的数值大。2） 设计计算由上可得，小齿轮的分度圆直径大于22.5mm，模数大于1.013即可满足齿轮强度要求。考虑到加工难易以及轴的强度故取模数m=6.5，小齿轮分度圆直径为130mm。3. 几何尺寸计算1） 计算分度圆直径 2） 计算中心距 3） 计算齿轮宽度 取 , .4） 计算齿顶圆直径 5） 计算齿根圆直径齿轮结构通常与其几何尺寸，材料及制造工艺有关，一般多采用铸造或者锻造毛坯。当毛坯直径大于400mm时，可以考虑铸造毛坯；当齿轮根圆直径与该处轴所需直径差值过小时，为避免由于键槽处轮毂过于薄弱而发生失效，应将齿轮与轴加工成一体；由于小齿轮的齿顶圆直径160mm，所以可以做成实心结构的齿轮。如图示： 图 31 齿轮结构形式图 图32 小齿轮形状结构图而大齿轮的齿顶圆直径160mm，所以大齿轮的形状结构如图3-3所示： 图33 大齿轮形状结构图3.1.2 链轮机构设计 链传动主要用在要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。其中滚子链使用最广，且齿形链结构复杂，价格较高，制造较难，故此处采用滚子链链传动。 链轮的材料应能保证轮齿具有足够的耐磨性和强度。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮轮齿的啮合次数多，所受冲击也较严重，故小链轮应采用较好的材料制造。所以大链轮的材料选用35钢，小链轮则选用20钢。1. 选择链轮齿数假设链速v=0.63m/s，由机械设计手册选取小链轮齿数；大链轮齿数。2. 计算功率由手册查得工作情况系数,故 3. 确定链条链节数初定中心距，则链节数为取节4. 确定链条的节距p由小链轮转速估计，链工作在功率曲线顶点左侧时，可能出现链板疲劳破坏。查得小链轮齿数系数;选取单排链，,故得所需传递的功率为由小链轮转速及功率,考虑到剪草时的实际情况，根据手册选取链号为10a单排链。同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点左侧是正确的。再查得链节距p=15.875mm。5. 确定链长l及中心距a中心距减少量实际中心距取6. 验算链速与原假设相符。7. 验算小链轮毂孔由机械设计手册查得小链轮毂孔许用最大直径为45mm。8. 几何尺寸计算1） 计算分度圆直径 2） 计算齿顶圆直径因此，取因此，取3） 计算齿根圆直径小直径的直径可制成整体式，中等尺寸的链轮可制成孔板式。由计算结果可以得出大小链轮的形状结构。如图3-4，3-5所示：图34 小链轮形状结构图图35 大链轮形状结构图3.1.3 轴的设计1 轴的材料选择轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中最常用的是45号钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。必须指出：在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可以选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压等），对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。高强度铸铁和球墨铸铁容易作成复杂的形状，且具有价廉，良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可用于制造外形复杂的轴。根据轴的常用材料及其主要力学性能，结合此处的实际的情况，所受载荷小而且转速低所以三个轴均选择用45钢（调质）。2 轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置以及形式；轴上零件的类型，尺寸，数量以及和轴联接的方法；载荷的性质，大小，方向以及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构因素较多，而且结构形式又要随着具体情况的不同而不同，所以轴没有标准的结构形式。设计时必须针对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应该满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来保证的。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类，利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。另外，轴肩过多时也不利于加工。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需开槽钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之间的定位。如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的质量及材料用量。因套筒与轴的配合较松，如轴的转速较高时，也不宜采用套筒定位。圆螺母定位可承受大的轴向力，但轴上螺纹处有较大的应力集中，会降低轴的疲劳强度，故一般用于固定轴端的零件，有双圆螺母和圆螺母与止动垫片两种型式。当轴上两零件间距离较大不宜使用套筒定位时，也常采用圆螺母定位。轴承端盖用螺钉或榫槽与箱体联接而使滚动轴承的外圈得到轴向定位。在一般情况下，整个轴的轴向定位也常利用轴承端盖来实现。轴上零件的周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件有键花键、销紧定螺钉以及过盈配合等，其中紧定螺钉只用在传力不大之处有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件（如滚动轴承、联轴器、密封圈等）部位的轴径，应取为相应的标准值及所选配合的公差。为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径。为了使与轴作过盈配合的零件易于装配，相配轴段的压入端应制出锥度；或在同一轴段的两个部位上采用不同的尺寸公差。确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短23mm。结合以上设计准则设计各个轴的结构尺寸如下：（1） 轴的设计1） 求作用在轴上齿轮2的力因为 ，故 （）由此可见，轴所承受的力很小。2） 初步确定轴的最小直径根据机械设计手册查得，取=112,于是得考虑到需要开键槽以及加工工艺，故取。显然，轴的最小直径是安装车轮处，即。3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足车轮的轴向定位要求，车轮外用m16的螺母定位；内用套筒定位。初步选择滚动轴承。因轴承同时承受的径向和轴向力均很小，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据，参照国家标准gb/t 276-1994,由轴承产品目录中初步选取0组基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6004，其尺寸为，由于需要安装挡油环，所以轴承内用套筒定位，套筒用轴肩定位；外用轴承端盖定位。轴承安装在轴承架里，其周向定位是借助过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。由于轴上齿轮之间的配合原因，故取段的直径为；取。取安装齿轮处的轴段的直径；。齿轮的右端采用轴肩定位，轴环处的直径。轴环宽度。齿轮左端采用圆螺母定位，取用m27圆螺母，螺纹。；。轴承端盖采用m5的螺钉固定，轴承端盖的总宽度为20mm，故取。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。轴上零件的周向定位齿轮、车轮与轴的周向定位均采用平键联接。按由手册查得平键截面（摘自gb/t 1095-2003），键槽用键槽铣刀加工，长为50mm（摘自gb/t 1096-2003）。 同时为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为h7/n6；同样车轮与与轴的联接，选用b型平键，车轮与轴的配合为h7/k6.由机械设计手册得，m16螺纹倒角为245；m27螺纹倒角为145；各轴肩处的圆角半径取r1。初步确定的轴的结构如图36所示。 图36轴的结构（2） 轴的设计参照轴的结构设计，1） 求作用在轴上齿轮1的力2） 初步确定轴的最小直径取=112 考虑到需要开键槽以及加工工艺，故取=20mm。显然，轴的最小直径是安装轴承处。3） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初步选择滚动轴承。由轴承产品目录中初步选取0组基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6004，其尺寸为，外部定位方式为轴承架定位，内部为套筒定位。故取。；。-段和-段是安装大链轮的轴段，故其直径为30mm，长度为10mm。左右两端定位分别为轴肩定位和套筒定位。轴肩直径为，长度为，。段为小齿轮。分度圆直径为130mm。长度为134mm，左端用圆螺母定位，右端用轴肩定位。圆螺母选取m42,该段长25mm。轴肩直径为52mm，长10mm。轴上零件的周向定位齿轮和链轮与轴的周向定位均采用平键联接。选用平键分别为和b型平键，配合为h7/n6。取轴端倒角为145，各轴肩处的圆角半径取r1。初步确定的轴的结构如图37所示。 图37 轴的结构（3） 轴的设计参照轴，轴的结构设计，可以得出：取轴的=20mm亦满足强度要求。显然，轴的最小直径是安装轴承处。3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度取=13mm。初步选择滚动轴承。由轴承产品目录中初步选取两组轴承均为0组基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6004，其尺寸为，两轴承与链轮之间用套筒定位。外侧采用轴承架定位。；。-段和-段是安装小链轮的轴段，故选其直径为30mm，长度为10mm。左右定位均用套筒定位。-段为安装滚刀处。采用套筒定位。直径为，长度为。轴上零件的周向定位小链轮与轴的周向定位均采用b型平键联接。选用平键为b型平键，滚刀与轴的联接选用平键，配合均为h7/n6。取轴端倒角为145，各轴肩处的圆角半径取r1。初步确定的轴的结构如图38所示。 图38 轴的结构（4）底刀轴的设计根据以上轴的设计经验可做出底刀轴的结构如下：取33.5mm。并外接直径为30的旋转手柄。初步选择滚动轴承。选用同上轴同样的滚动轴承。内部采用轴肩定位，外部一端用轴承架定位，有外接手柄的一端用轴承端盖定位。，；。段是安装底刀的部分，取。轴承端盖的总宽度为31mm，用m5螺钉固定。底刀与轴之间的定位采用过渡配合和螺纹联接。取轴端倒角，螺纹倒角为145，各轴肩处的圆角半径取r1。初步确定的底刀轴的结构如图39所示。 图39 底刀轴的结构3 提高轴强度的措施(1) 合理布置轴上零件以减小轴的载荷；(2) 改进轴的结构以减小应力集中的影响；轴通常是在变应力条件下工作的,轴的截面尺寸发生突变处要产生应力集中,轴的疲劳破坏往往在此发生。为了提高轴的疲劳强度，应尽量减少应力集中源和降低应力集中程度。为此轴肩处应采用较大的过渡圆角半径r来降低应力集中。但对定位轴肩，还必须保证零件得到可靠的定位。当靠轴肩定位的零件的圆角半径很小时，为了增大轴肩处的圆角半径，可采用内凹圆角或加装隔离环。(3)改进轴上零件的结构以减小轴的载荷；(4)改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度；轴的表面粗糙度和表面强化处理方法也会对轴的疲劳强度产生影响。轴的表面愈粗糙，疲劳强度也愈低。因此，应合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙度值。表面强化处理的方法有：表面高频淬火等热处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理；碾压、喷丸等强化处理。通过碾压、喷丸进行表面强化处理时可使轴的表层产生预压应力，从而提高轴的抗疲劳能力。各个轴均采用淬火处理。4 轴的结构工艺性 轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件，并且生产率高，成本低。一般地说,轴的结构越简单,工艺性越好。因此,在满足使用要求的前提下,轴的结构形式应尽量简化。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。它们的尺寸可参看标准或手册。为减少加工了减少装夹工件的时间，在同一轴上，不同轴段的键槽应布置（或投影）在轴的同一母线上。为了刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。3.1.4 轴承校核滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造即供应各种规格常用的轴承。滚动轴承的构成：包括：内圈、外圈、滚动体、保持架 内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座孔装配。通常是内圈随轴颈回转，外圈固定，但也可以用于外圈回转而内圈不动，或是内、外圈同时回转的场合。当内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外圈的滚道内滚动。保持架的作用主要是均匀地隔开滚动体。 滚动体的基本类型有：钢球、圆柱滚子、圆锥滚子、滚针、鼓形滚子、不对称鼓形滚子。 与滑动轴承相比，滚动轴承具有旋转精度高、启动力矩小、是标准件、选用方便等特点。与滑动轴承相比，滚动轴承的优点：1、一般条件下，滚动轴承的效率和液体动力润滑轴承相当，但较混合润滑轴承要高一些；2、径向游隙比较小，向心角接触轴承可用预紧可用预紧力消除游 隙， 运转精度高；3、对于同尺寸的轴径，滚动轴承的宽度比滑动轴承小，可使机器的 轴向结构紧凑；4、大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，故轴承组合结构简单；5、消耗润滑剂少，便于密封，易于维护；6、不需要有用有色金属；7、标准化程度高，成批生产，成本低；与滑动轴承相比，滚动轴承的缺点：1、承受冲击载荷能力较差；2、高速重载载荷下轴承寿命较低；3、振动及噪声较大；4、径向尺寸比滑动轴承；能否正确选用滚动轴承，对主机能否获得良好的工作性能，延长使用寿命；对企业能否缩短维修时间，减少维修费用，提高机器的运转率，都有着十分重要的作用。因此，不论是设计制造单位，还是维修使用单位，在选择滚动轴承时都必须高度重视。一般来说，选择轴承的步骤可能概括为：1.根据轴承工作条件（包括载荷方向及载荷类型、转速、润滑方式、同轴度要求、定位或非定位、安装和维修环境、环境温度等），选择轴承基本类型、公差等级和游隙；2.根据轴承的工作条件和受力情况和寿命要求，通过计算确定轴承型号，或根据使用要求，选定轴承型号，再验算寿命；3.验算所选轴承的额定载荷和极限转速。选择轴承的主要考虑因素是极限转速、要求的确良寿命和载荷能力，其它的因素则有助于确定轴承类型、结构、尺寸及公差等级和游隙工求的最终方案。类型选择，各类滚动轴承具有不同的特性，适用于各种机械的不同使用情况。选择轴承类型时，通常应考虑下列因素。一般情况下：对承受推力载荷时选用推力轴承、角接触轴承，对高速应用场合通常使用球轴承，承受重的径向载荷时，则选用滚子轴承。总之，选用人员应从不同生产厂家、众多的轴承产品中，选用合适的类型。轴承所占机械的空间和位置在机械设计中，一般先确定轴的尺寸，然后，根据轴的尺寸选择滚动轴承。通常是小轴选用球轴承，大轴选用滚子轴承。但是，当轴承在机器的直径方向受到限制时，则选用滚针轴承、特轻和超轻系列的球或滚子轴承；当轴承在机器的轴向位置受到限制时，可选用窄的或特窄系列的球或滚子轴承。轴承所受载荷的大小、方向和性质载荷是选用轴承的最主要因素。滚子轴承用于承受较重的载荷，球轴承用于承受较轻的或中等载荷，渗碳钢制造或贝氏体淬火的轴承，可承受冲击与振动载荷。在载荷的作用方向方面，承受纯径向载荷时，可选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。承受较小的纯轴向载荷时，可选用推力球轴承；承受较大的纯轴向载荷时，可选用推力滚子轴承。当轴承承受径向和轴向联合载荷时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。对于悬臂支撑结构，常采用圆锥滚子轴承或角接触球轴承，且成对使用。滚动轴承类型选择应注意的问题: 1、考虑轴承的承受载荷情况方向：受径向力时，用向心轴承；受轴向力时，用推力轴承；径向力和周向力联合作用时，用向心推力轴承；大小：受到较大载荷时，可用滚子轴承，或尺寸系列较大的轴承；受到较小载荷时，可用球轴承，或尺寸系列较小的轴承2、考虑对轴承尺寸的限制当对轴承的径向尺寸严格限制时，可选用滚针轴承； 3、考虑轴承的转速一般来讲，球轴承比滚子轴承能适应更高的转速，轻系列的轴承比重系列的轴承能适应更高的转速；此外，各类推力轴承的极限转速很低，不易用于高转速的情况。4、考虑对轴承的调心性要求调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求（即：轴心线与轴承座孔心线可适当偏转），而圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承满足调心要求的能力几乎为零根据各个轴承的特点以及选用原则，可以肯定我们初步选定的型号6004深沟球轴承满足要求。由于轴3所承载的载荷最大，且轴3的转速最大，故轴3上的轴承最危险。若此轴承寿命满足要求，则其它轴承亦可满足要求。所选6004深沟球轴承的基本额定动载荷c为9.38kn假设链传动的效率为0.9。显然，轴承寿命满足要求。3.2 剪草机构的设计3.2.1 断草方式选择1 用割的方式 即用刀将草截断。但是草比较柔软，而且一端自由，采用割的方式将草截断较难以实现。2 用打的方式 即用刀片或打草绳将草打断。用这种方法修草时所需要的速度非常高，要求在草还没被打倒之前将草打断，这样的修草产品以有，但是都是得用引擎驱动，不符合我们的环保设计要求。3 用剪断的方式 即用刀将草剪断，用两个刀片作相对运动的原理较容易将草剪断，而且不需要很高的速度。综合以上几种方案的优缺点，结合实际设计理念以及实际需求，我们选择设计剪断方式断草。3.2.2 刀架设计1剪切装置剪切装置由的滚刀和底刀组成。底刀固定在底刀架上 ,剪草时位置不动 ,刀刃为直线型。滚刀结构如图 310所示 ,滚刀的刀片形状为螺旋曲面 ,刀刃为螺旋线 ,五片刀片均匀分布固定在刀架上。剪草时 ,滚刀向前转动 ,刀刃由一端开始与底刀刃逐点组成剪口 ,草随着滚刀刀片螺旋面的旋转被卷进剪口内 ,并被剪断。上下刀刃在剪草过程中始终为点接触。2 刀刃间隙调整装置刀刃间隙调整装置由图 311中的旋转手轮、螺纹联接组成。旋转手轮 ,使轴沿螺纹因旋合的长短而带动底刀架以轴为支点转动 ,随着底刀架的转动 ,底刀便上下移动 ,就可调整底刀与滚刀刀刃之间的间隙。手柄左旋 ,间隙增大；手柄右旋 ，间隙减小。3.2.3 刀架高度调节机构为了实现剪草高度的调节，我们设计了刀架沿着垂直方向的移动副，通过两侧的导向槽确定了移动的轨迹，我们设计了一个螺栓跟滑块相联接，通过螺栓的转动即可调节刀架的高度，同时通过螺栓的自锁将滑块固定在需要的位置。其结构如图311所示12 1-滚刀片 2-滚刀底座 图310 滚刀54321 1-轴承架 2-调节手柄 3-手柄固定件 4-滑块固定件 5-滑块图311 刀架高度调节机构3.3 前轮总成选择根据实际需要和成本考虑选择由佛山市南海区环球工业脚轮厂生产的前轮总成，如图310其参数如下：型号：3303626轮径：100 mm轮宽：30mm载荷：60kg安装尺寸高度：105mm螺杆参数：m1225图312 前轮总成3.3 整机三维装配图311 三维装配图第四章 功能特点以及创新点本设计作品的主要功能及特点如下：1、该机采用固定刀片与活动刀片相对滑动的剪切原理，结构紧凑，体积小，质量轻，噪音小，无污染，使用灵活方便，适合小面积草坪的剪草处理；2、无需引擎驱动，使用安全可靠，便于维修；3、剪草高度可以在20100mm之间调整，割幅400mm,外型尺寸（长宽高：800634400mm）；4、前轮采用万向轮，具有良好的导向性，使得剪草机转弯时易于推动；5、金属手柄易于折叠，以减小包装尺寸，手柄长度可伸缩，对于不同身高的操作者都适用；6、外观造型美观，适合家庭用户的审美要求；7、采用滚刀刀具，剪草效果理想，而且成本较低，是小面积草坪修剪的首选产品。该设计作品的主要创新点如下：1、无引擎驱动，节省能源，无污染（噪音、废气），采用绿色环保设计；2、采用齿轮链轮机构（实现增速），提高整机的工作效率，解决了手动剪草机工作效率不高的问题；3、采用了剪草高度调节机构，解决了目前手动剪草机不易实现高度调节的 问题；4、外观造型新颖，推杆可折叠伸缩，适合家庭用户使用。总 结毕业设计是对我大学四年学习成果的总结，是对我将来的学习、工作最为有力的一次锻炼。它促进我将所学的理论知识与实践有机的结合，并且深深的体会到了自己所学专业的博大精深。尽管在设计中遇到许多难题与不曾接触过的东西，但在老师的帮助和我的刻苦努力下都一一克服，并学到了许多的实践经验。尽管我所设计的东西可能还有许多欠缺，但是我确实在此次设计中学得了很多东西，它将对我以后的学习与工作产生很大的影响。我这次设计的题目是：草坪剪草机设计，在整个设计过程中做了如下工作：1、查阅有关的文献资料，了解当今国内外剪草机的发展现状及发展前景，也看到了创新设计巨大发展潜力。2、根据剪草机的用途，对剪草机的传动系统以及执行机构进行了充分的论证，最终确定了方案。3、对典型零件如直齿轮、链轮、轴以及进行了详细的设计计算，并进行了校核。4、对所用轴承进行了强度校核和以及寿命计算。5、零件的图纸以及装配图设计。6、进行了剪草机的三位设计及建模通过这次毕业设计，使我具有了严谨、认真的工作作风，为自己今后学习更多的专业知识奠定了坚实的基础，也为我将所学的知识应用到实际生产中提供了一次很好的锻炼机会，必将对我的将来产生深远的影响。 参考文献1 成大先.机械设计手册(单行本)机械传动m.北京：化学工业出版社,20042 濮良贵，纪名刚.机械设计(第七版)m.北京：高等教育出版