手推式草坪修剪機(jī)設(shè)計(jì)【含13張CAD圖紙和說明書文檔全套】

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In the recent years, with the increment of lawn area, the lawn cultivating is also increased. Hand mower in lawn is a machine which transfers the running of the wheel to the spiral hob by the gear wheel box. The spiral hob meshes with the fixed tool, which likes a pair of scissors, and cuts down the grass. In this paper，the work principle of the hand mower in lawn, the transmission part, the cut part and the adjusting part are reviewed. The design of the wheels and axes of the gear box is particularly studied. And the choice of the standard parts and non-standard parts is also particularly discussed. The assembly drawing of the machine and drawings of non-standard parts are finished by Auto CAD. Moreover, the three-dimensional shapes are finished by Solid Edge. The machine has many merits which traditional lawnmower does not have, such as without air pollution, noises, vibration and so on. It is fit for court lawn, small area lawn and riot region lawn. Key Words: Lawn；Hand mower in lawn；Transmission device - 1 - 1 緒論 1.1 手推自走式草坪修剪機(jī)的背景及研究意義 草坪是高度培育的特殊草地，隨著草坪面積的擴(kuò)大，品質(zhì)的提高，草坪業(yè)逐漸由單 一的人工作業(yè)向半自動化機(jī)械化自動化過度，草坪作業(yè)的機(jī)械化已經(jīng)成為十分重要的 課題。 大部分的草坪一直到 19 世紀(jì)中葉還在使用鐮刀來割草或放牧牛羊以保持草地的整 齊性。隨著高爾夫球網(wǎng)球以及足球等運(yùn)動的興起，保持完整的草地做運(yùn)動場便成為當(dāng) 務(wù)之急。從 20 世紀(jì)起出現(xiàn)以機(jī)器代替手工的趨勢，于是好的修剪機(jī)遂成為草坪管理的 必需品。 草坪修剪機(jī)分滾切式旋刀式剪切式三類，按動力又可分為手動與機(jī)動兩類。機(jī)動 有乘坐式與手推，北京園林機(jī)修廠 JUS420 型旋刀式修剪機(jī)系單缸四沖程汽油機(jī)驅(qū)動， 功率 2.6Kw,一把旋刀，幅寬 420mm，每班可修剪 2000m2,整機(jī)質(zhì)量 40Kg。上海園林機(jī) 械廠 JCG540型滾切式草坪修剪機(jī)，乘坐手推兩用式，有兩個(gè)前進(jìn)檔，IE50F2 汽油 機(jī)功率 2.3kw，5 片滾刀，幅寬 540mm，該機(jī) 高，但用于坡地時(shí)機(jī)組穩(wěn)定性較差。小 庭院的草坪可用上海生產(chǎn)的 JCG250型手推草坪修剪機(jī)，人推動前進(jìn)并使 6 個(gè)滾刀 旋轉(zhuǎn)切割草坪，幅寬 250mm。德國 SOLO522 型草坪修剪機(jī)為手推，動力系單缸四沖程 汽油機(jī)，功率為 2.3kW，刀片為剪切式，幅寬 800mm。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是刀片耐磨，機(jī) 具噪聲低，振動小，對坡地適應(yīng)性好。改換工作部件可作掃雪工具。 旋刀式剪草機(jī)適用于草高 25-80mm 低要求的草坪，剪幅在 0.5-20.m 之間。滾切式 剪草機(jī)適用于草高 3-80mm 的高要求草坪，剪幅 0.5-5.0m 之間。 修剪是維持優(yōu)質(zhì)草坪的重要作業(yè)，它主要是定期除掉草坪草枝條的土表部分。在特 定的草坪上，根據(jù)所需要的培育強(qiáng)度，修剪的目的是在特定的范圍內(nèi)保持頂端生長，控 制不理想的、不耐剪的營養(yǎng)生長，維持一個(gè)觀賞和游息草坪，產(chǎn)生一個(gè)真實(shí)的擊球表面 或發(fā)展草坪作物。 修剪的質(zhì)量由所使用的剪草機(jī)的類型和割時(shí)草地的狀況決定。因此，隨各種特殊功 能的開發(fā)，應(yīng)重視修剪機(jī)具的發(fā)展。 我國幅原廣闊，地區(qū)差異很大。草坪的功能不同，對機(jī)具的要求也不同，加之各地 區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，用戶的購買能力也有差異，因此草坪機(jī)械只有開發(fā)系列產(chǎn)品才能滿 - 2 - 足不同市場的需要。 另外，有些草坪機(jī)具一年只用幾次，因此草坪機(jī)具在以草坪作業(yè)為主項(xiàng)的同時(shí)，應(yīng) 配備一些附加裝置，擴(kuò)大其使用功能，提高機(jī)具的利用率。 1.2 手推自走式草坪修剪機(jī)的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢 從世界上第一臺滾刀式剪草機(jī)的問世,到現(xiàn)在已經(jīng)過了100多年 ,原來主要應(yīng)用于牧 場的機(jī)械已經(jīng)發(fā)展成為有幾十個(gè)品種,適用于不同場合的剪草機(jī)。根據(jù)其工作原理和形 式可分為滾刀式、懸刀式和掃雷式三種類型。我國生產(chǎn)剪草機(jī)起步較晚,生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模 普遍較小，產(chǎn)品用途較為單一，均沒有形成規(guī)模批量，所以長期以來,草坪剪草機(jī)均以 進(jìn)口為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1999年底我國有各種園林機(jī)械保有量達(dá)10萬臺，1999年的剪草機(jī) 銷售量在3萬臺左右，其中80%為進(jìn)口。 據(jù)調(diào)查，國內(nèi)生產(chǎn)剪草機(jī)的廠家約有50家左右。多數(shù)為園藝系統(tǒng)的公司以及轉(zhuǎn)產(chǎn)剪 草機(jī)的機(jī)械廠。市場上草坪修剪機(jī)的品牌很多，有進(jìn)口產(chǎn)品，也有國內(nèi)制造和中外合資 的。功率從2.616.2 kW，剪幅從43.2127cm 。國內(nèi)生產(chǎn)廠家主要有： 中美合資江蘇淮陰泛亞園林機(jī)械有限公司,生產(chǎn)立特牌NEAT 草坪剪草機(jī)，占國內(nèi) 市場50% ，現(xiàn)年產(chǎn)5000臺。目前正著手進(jìn)行年產(chǎn)5萬臺剪草機(jī)的技術(shù)改造，其動力選用 日本本田發(fā)動機(jī)。 安徽飛彩車輛股份有限公司“十五” 期間將進(jìn)行技術(shù)改造，計(jì)劃年產(chǎn) 6萬臺剪草機(jī)。 其中代表產(chǎn)品之一是手扶式寬幅剪草機(jī)系列，年產(chǎn)5萬臺, 以22161型為例，發(fā)動機(jī)為4 沖程,418 kW ，剪草寬度53cm,自走式；代表產(chǎn)品之二是駕乘式剪草機(jī)系列，年產(chǎn)1 萬臺,以 16238HXL型為例，為4沖程，11.7kW,97cm 循環(huán)剪草，帶驅(qū)動。 江蘇淮陰林海股份有限公司也正進(jìn)行技術(shù)改造，計(jì)劃年產(chǎn)3萬臺剪草機(jī)。 另外相繼做規(guī)劃上剪草機(jī)產(chǎn)品的企業(yè)還有春蘭、新大洲、金城等公司。 進(jìn)口剪草機(jī)主要來自于日本、美國、意大利和瑞典等國，主要品牌和售價(jià)詳見表 1.1。 表1.1 進(jìn)口剪草機(jī)的主要品牌和售價(jià) 國別 型式 價(jià)格 日本 本田H1011 坐騎式帶草袋76 cm 5. 2 萬元/ 臺 H3011坐騎式帶草袋71 cm 5. 8 萬元/ 臺 LM5360HX自行可控刀式帶草袋53 cm 1. 08 萬元/ 臺 - 3 - 美國 MID(美神 ) ： LM5360HX自行可控刀式帶草袋53 cm 1. 08 萬元/ 臺 B560C 坐騎式帶草袋76 cm 2. 98 萬元/ 臺 138C 自行式側(cè)除草53 cm 0. 5 萬元/ 臺 Murray(美麗)： 2. 62. 8 kW手推后草袋型 22355 型、22545 型手推側(cè)排草 21386 型手推、21855 型自行式 21975、22855、22856 型適用大面積長時(shí)間剪草 意大利 花園牌： R484TR 自行式帶草箱 46 cm 0. 43 萬元/ 臺 R484 手推帶草箱46 cm 0. 38 萬元/ 臺 瑞典 Husovarna 系列剪草機(jī) 根據(jù)國外有關(guān)專家的研究,城市人均應(yīng)有2530 的草坪才能解決人們的二氧化2m 碳和氧氣交換的需要。下面是國外一些城市人均草坪面積與中國及北京的對比表如表 1.2所示。 表1.2 國外一些城市和中國及北京人均草坪面積 從上表可以看出，我國人均占有草坪面積與發(fā)達(dá)國家相比,有著較大的差距。全國 城鎮(zhèn)人均草坪面積為1 ，按中國目前城鎮(zhèn)人口3億人計(jì)算，全國現(xiàn)有各類草坪面積約2m 為3 萬 ，若每公頃需5臺剪草機(jī),現(xiàn)有市場容量就達(dá) 15萬臺。隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)2h 展,剪草機(jī)的市場容量將成倍增長。 新建草坪有兩種方式,一種是以種草種為主,另一種是移植草皮。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),歷年 進(jìn)口草種的噸數(shù)如下，1995年前約為6000t ,1996年為 2500t，1998年為5000t，1999 年為 名稱 面積/ 2m名稱 面積/ 2m 倫敦 70. 4 巴黎 24. 7 紐約 45. 7 堪培拉 70. 5 莫斯科 37. 0 中國 1 華沙 73. 5 北京 8 - 4 - 6000t 。一般1m2需20g 草種，按此計(jì)算，1999年種草面積為3萬 ，移種面積為9萬2hm ,共約 12萬 ，若按每公頃需5臺剪草機(jī)，僅1999年時(shí)就需剪草機(jī)60萬臺。2hm2h 按國家建設(shè)部規(guī)定，2000年后城市綠化面積需達(dá)到30%。目前深圳、珠海、廈門等 城市的綠化面積已超過此值。城市人均綠地面積需達(dá)到7 以上。專家按此標(biāo)準(zhǔn)測算,2 2000年至2005年重點(diǎn)綠化目標(biāo)有24萬km 的堤壩,3 億城市居民公共綠地的建設(shè),6 個(gè)飛 機(jī)場的擴(kuò)建,80余個(gè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū),2000個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)足球場、網(wǎng)球場,200個(gè)高爾夫球場,至 少需植草坪30多萬 。今后6 年平均每年約需 56萬 草坪,約需剪草機(jī)30萬臺。2hm2hm 在草坪的建設(shè)過程中,隨之而來的相關(guān)園林設(shè)備的市場無疑是十分廣闊的。 1.3 手推自走式草坪修剪機(jī) 國內(nèi)目前生產(chǎn)的剪草機(jī)以刀具類型可分為滾刀式和旋刀式兩大類。滾刀式剪草機(jī)由 帶有刀片的滾筒和不動的床刀組成。它較旋刀式剪草機(jī)有更好的修剪質(zhì)量,是高質(zhì)量草 坪最常用的剪草機(jī)型。適用于草高380 mm 的草坪,其問題主要是價(jià)格貴，維修保養(yǎng) 要求嚴(yán)格。而旋刀式剪草機(jī)(又稱懸刀式) 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，它適于2580 mm 范圍內(nèi)剪草。由于其價(jià)格低廉,保養(yǎng)、維修方便， 使用靈活，只要將刀磨快，剪草效果還是可以的。因此，一般要求的草坪都選用它，成 為目前國內(nèi)外最流行的剪草機(jī)。以動力劃分可分為機(jī)動和人推兩類。人推的主要是滾刀 式，機(jī)動的分柴油機(jī)、汽油機(jī)和電動機(jī)三種。其中以小型汽油機(jī)作為動力的較為普遍， 而柴油機(jī)多用于大型的剪草機(jī)械，如牧場的割草機(jī)。 在草坪建設(shè)中，草坪修剪機(jī)是主要的機(jī)械設(shè)備之一。目前，大片草坪的修剪，一 般是使用小型汽油機(jī)為動力的草坪修剪機(jī)，其速度快，效率高。但對小面積的草坪，如 庭院式草坪，使用機(jī)動式草坪修剪機(jī)就顯得“大材小用。它不僅消耗地球上有限的能源， 排出的廢氣對環(huán)境造成污染，工作中發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的高分貝噪音對操作者聽力造成傷害， 同時(shí)也嚴(yán)重干擾了附近居民的正常生活；而且，這種類型的草坪修剪機(jī)在工作中常伴有 強(qiáng)烈的振動，對操作者的雙手和身體都有很大的傷害，普通的家庭婦女和有心幫助父母 做家務(wù)的青少年也很難對其進(jìn)行正常操作。 手推自走式草坪修剪機(jī)正是針對這樣的情況而設(shè)計(jì)的，它不需要能源，具有結(jié)構(gòu)簡 單、體積小、無噪音、無污染、無振動等優(yōu)點(diǎn)，適用于小面積草坪，庭院式草坪，防暴 - 5 - 區(qū)域草坪等的修剪。另外，它還備有由蓄電池驅(qū)動的小型電動機(jī)，在操作者體力欠佳或 不愿意過度疲勞的情況下，可以替代人力驅(qū)動滾刀進(jìn)行修剪。隨著人民生活水平的不斷 提高和庭院式草坪的增加，手推自走式草坪修剪機(jī)將擁有更廣闊的市場，成為對庭院式 草坪進(jìn)行修剪養(yǎng)護(hù)的理想機(jī)具。 1.4 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù) 本課題要求通過手推自走式草坪修剪機(jī)構(gòu)造及工作原理的了解分析，深入理解其整 體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、附件的詳細(xì)設(shè)計(jì)、并對其部分零件進(jìn)行強(qiáng)度校 核。這次課題設(shè)計(jì)的手推自走式草坪修剪機(jī)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 桿長：130cm； 轉(zhuǎn)速：1000r/min ； 電壓：24v ； 功率:110w ； 主機(jī)重量： 2.5kg，尼龍繩式。 - 6 - 2 手推自走式草坪修剪機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.1 手推自走式草坪修剪機(jī)的工作原理 手推自走式草坪修剪機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。其底部裝有四個(gè)輪子，可隨意移動。剪 草時(shí)，手扶手把向前推動剪草機(jī)，兩個(gè)前輪（即驅(qū)動輪）沿地面向前滾動。前輪內(nèi)鑲有 內(nèi)齒輪，通過三級增速傳動機(jī)構(gòu)，將前輪的轉(zhuǎn)動傳給滾刀軸，從而帶動滾刀向前旋轉(zhuǎn)。 螺旋狀的滾刀刃與底刀刃相切作用形成剪刀原理，構(gòu)成一對剪刀，將由滾刀攬至的草茬 剪斷，剪斷的草將沿滾刀旋轉(zhuǎn)方向被帶入集草袋，或因草屑很短，將其留置草坪中，成 為肥料?？紤]到剪草勞動強(qiáng)度比較大，對操作者的體能有一定的要求，在未鑲有內(nèi)齒輪 的另一前輪內(nèi)安裝了由蓄電池驅(qū)動的小型直流電動機(jī)，用套筒聯(lián)軸器將其轉(zhuǎn)動軸與滾刀 軸聯(lián)結(jié)。當(dāng)操作者不使用前輪滾動來驅(qū)動滾刀時(shí)，可將蓄電池接上，滾刀便由直流電動 機(jī)驅(qū)動。滾刀的轉(zhuǎn)動反傳給帶超越離合器的齒輪，由于該齒輪的轉(zhuǎn)速大于與之聯(lián)結(jié)的軸 的轉(zhuǎn)速，這樣在超越離合器作用下該齒輪將相對軸做超越運(yùn)動，和由前輪傳給軸的轉(zhuǎn)動 不發(fā)生干涉。因此,當(dāng)推動剪草機(jī)向前運(yùn)動時(shí)滾刀正向旋轉(zhuǎn),相反當(dāng)拉動剪草機(jī)向后運(yùn)動 時(shí)滾刀因超越離合器的作用而靜止不動,從而可以獲得平坦光滑的草坪。 2.2 手推自走式草坪修剪機(jī)主要的結(jié)構(gòu) 手推自走式草坪修剪機(jī)的總體機(jī)構(gòu)可分為兩大部分：傳動系統(tǒng)和剪草機(jī)構(gòu)。如圖 2.1 所示。 圖 2.1 剪草機(jī)視圖 - 7 - 2.2.1 傳動系統(tǒng) 傳動系統(tǒng)是修剪機(jī)傳動與變換動力的裝置。 1、傳動的重要性 工作機(jī)一般都要靠原動機(jī)供給一定形式的能量（絕大多數(shù)為機(jī)械能）才能工作。但 是把原動機(jī)和工作機(jī)直接連接起來的情況是很少的，往往需要在二者之間加入傳遞動力 或改變運(yùn)動狀態(tài)的傳動裝置。其主要原因是： （1）工作機(jī)所要求的速度，一般與原動機(jī)的最優(yōu)速度不相符合，故需增速或減速 （實(shí)用中多為減速） 。此外，原動機(jī)的輸出軸通常只作勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動，但工作機(jī)所要求 的工作形式卻是多種多樣的，如直線運(yùn)動，間歇運(yùn)動等。 （2）很多工作機(jī)都需要根據(jù)工作要求而進(jìn)行速度調(diào)整，但依靠調(diào)整原動機(jī)的速度 來達(dá)到這一目的往往是不經(jīng)濟(jì)的，甚至是不可能的。 （3）在有些情況下，需要用一個(gè)工作機(jī)帶動幾個(gè)工作速度不同的工作機(jī)。 （4）為了工作安全及維護(hù)方便，或因機(jī)器的外廓尺寸受到限制等其他原因有時(shí)不 能將原動機(jī)和工作機(jī)直接連接在一起。 由此可見，傳動裝置是大多數(shù)機(jī)器或機(jī)組的主要組成部分。實(shí)驗(yàn)證明，傳動裝置在 整臺機(jī)器的質(zhì)量和成本中占有很大比例。機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用在很大程度上決定 了傳動系統(tǒng)的優(yōu)劣。因此，不斷提高傳動裝置的設(shè)計(jì)和制造水平具有極其重要的作用。 2、傳動的分類 按照工作原理的不同，可將傳動分為兩大類：a）機(jī)械能不改變?yōu)榱硪环N形式的能 的傳動機(jī)械傳動（指廣義的機(jī)械傳動） ；b）機(jī)械能改變?yōu)殡娔?，或電能改變?yōu)闄C(jī)械 能的傳動電傳動。機(jī)械傳動又分為摩擦傳動，嚙合傳動，液力傳動和氣力傳動。摩 擦傳動和嚙合傳動的形式很多，發(fā)展甚為迅速，新型的高速大功率或大傳動比的傳動不 斷涌現(xiàn)。 2.2.2 剪草機(jī)構(gòu) 1、剪切裝置 剪切裝置由滾刀和底刀組成，滾刀和底刀結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。底刀用六角螺栓固定 在底刀架上，剪草時(shí)位置不動，刀刃為直線型。滾刀的刀片形狀為螺旋曲面，刀刃為螺 旋線，五片刀片均勻分布固定在刀架上。剪草時(shí)，滾刀向前轉(zhuǎn)動，刀刃由一端開始與底 刀刃逐點(diǎn)組成剪口，草隨著滾刀刀片螺旋面的旋轉(zhuǎn)被卷進(jìn)剪口內(nèi)，并被剪斷。上下刀刃 剪草過程始終為點(diǎn)接觸。 - 8 - 圖2.2 滾刀和底刀外形圖 2、刀刃間隙調(diào)整裝置 滾刀和底刀間的間隙，對剪草機(jī)構(gòu)的性能影響很大。間隙太大，草茬不容易被切斷； 間隙太小，刀刃容易磨損，且切削負(fù)載加大。因此要調(diào)整好此間隙的大小。刀刃間隙是 通過調(diào)整底刀架相對滾刀的位置實(shí)現(xiàn)的。調(diào)整時(shí)，左右螺栓必須均勻地進(jìn)行。首先擰松 底刀的固定螺栓，旋轉(zhuǎn)手輪，使螺栓旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使底刀架前后移動，根據(jù)剪草需要選擇 底刀和滾刀的間隙。以滾刀能用單手輕輕撥動，兩刀刃口在全刃內(nèi)微微相檫，均勻切合， 并能剪去0.1mm厚的紙片時(shí)為最佳的調(diào)整位置。選好后將固定螺栓擰緊，即完成底刀和 滾刀刀刃間的間隙調(diào)整。 3、剪草高度調(diào)整裝置 剪草高度調(diào)整裝置由裝配圖中的調(diào)節(jié)高度塊、支架、螺栓、螺母組成。調(diào)整底刀刀 刃距地面的高度，即可以調(diào)整草坪保留的高度。調(diào)節(jié)高度塊上開有三個(gè)圓孔，最下面一 個(gè) 13mm 的圓孔與后輪軸聯(lián)結(jié)，只要將上面兩個(gè) 11mm 的圓孔之一與支架上三個(gè)同 直徑的圓孔之一對齊，用螺栓將其聯(lián)結(jié)，就可以達(dá)到調(diào)整剪草高度的目的。把螺母擰下， 將螺栓取出，根據(jù)剪草高度需要選擇調(diào)節(jié)高度塊上合適的圓孔之一與支架上圓孔之一配 合，用螺栓固定，然后將螺母擰緊，就可完成對剪草高度的調(diào)整。 4、離合器裝置 離合器裝置是為了使剪草機(jī)正向剪草反向停止旋轉(zhuǎn)而特意設(shè)置的工作裝置，它是由 齒輪和其內(nèi)的彈簧和鋼球組成。剪草時(shí)，鋼球在彈簧的作用下壓緊齒輪內(nèi)壁迫使起和其 他齒輪嚙合，從而帶動滾刀旋轉(zhuǎn)然后與底刀相切剪草的，當(dāng)手扶手拉動剪草機(jī)向后運(yùn)動 時(shí)，由于該齒輪的轉(zhuǎn)速大于與之聯(lián)結(jié)的軸的轉(zhuǎn)速，這樣在超越離合器作用下該齒輪將相 對軸做超越運(yùn)動，使得滾刀軸靜止不動，不與齒輪軸發(fā)生干涉。 - 9 - 3 手推自走式草坪修剪機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 傳動系統(tǒng) 手推自走式草坪修剪機(jī)的傳動系統(tǒng)由齒輪、軸、軸承和離合器等組成，下面著重介 紹齒輪和軸的確定、計(jì)算和校核。 3.1.1 齒輪的確定 齒輪以傳遞運(yùn)動為主，由于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動的功率和速度可以很大，效率高， 對中心距的敏感性小，裝配維修方便，成本低，因此在該傳動裝置中全部采用標(biāo)準(zhǔn)直齒 圓柱齒輪。齒輪的計(jì)算準(zhǔn)則由失效形式確定，閉式傳動的齒輪，主要失效形式是接觸疲 勞磨損、彎曲疲勞折斷和膠合。一般只進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。有短時(shí) 過載時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。擬定采用三級傳動，傳動簡圖如圖 3.1 所示。由原始數(shù) 據(jù)選定電動機(jī)型號為 Y160M-4。滾刀軸轉(zhuǎn)速為 1000r/min。初步估計(jì)輪子直徑 320mm， 內(nèi)齒輪直徑 270mm；根據(jù)需要滾刀每秒次數(shù)為 20 轉(zhuǎn)左右，定傳動比為 。由柴油機(jī)動力草坪修剪機(jī)可以大致估算剪草所需的轉(zhuǎn)矩 。根12318i T 據(jù)資料取功率 3.7kw，轉(zhuǎn)速 n=3200r/min，由此可以計(jì)算得轉(zhuǎn)矩 T 為：T= =69.510pn =11042N mm。6.79.5032 圖3.1 傳動簡圖 1、齒輪 1，2 的確定及計(jì)算 根據(jù)傳動要求齒輪1用20C r，滲碳淬火+低溫回火處理，硬度為5662HRC，平均取 - 10 - 59HRC；齒輪 2用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 241286HB，平均取260HB 。 （1）初步計(jì)算 轉(zhuǎn)矩 根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算得 =11042N mm T 1T 齒寬系數(shù) 由參考書 表 12.13，取得 =1.0d2 d 接觸疲勞極限 由參考書 圖 12.17d =1250MPalimH lim1H 參考書 圖 12.17c =710MPa2 li2 初步計(jì)算的許用 0.91Hlim1 接觸應(yīng)力 =0.9 1250 =1125 MPaH1H 0.92Hlim2 =0.9 710 =639MP2H 值 由參考書 表 12.16，取 =85 =85dA2dAdA 初步計(jì)算齒輪 1 的直徑 1d 321HdTA1 （3.1） 其中： 為轉(zhuǎn)矩；1T 為齒寬系數(shù)；d 為接觸應(yīng)力。 H =85321HdTA3210431.69 =28.1mm 取 =30mm1d 初步齒寬 = =1.0 30 =30mm bbd1 b （2）齒輪 1，2 的校核計(jì)算 圓周速度 = vv1n60 = m/s3 1.57v 精度等級 由參考書 表 12.6 選 8 級精度2 齒數(shù) 和模數(shù) 初取 ； zm17z1375uz - 11 - 1/30/71.6mdz 由參考書 表 12.3，取 mm mm2.75m1.75 則 ，圓整取 1/.5z z 2371u2 齒輪 1 直徑 mm mm1d1.29.dmz19.75d mm mm05bb 使用系數(shù) 由參考書 表 12.9 AK2 .2AK 動載系數(shù) 由參考書 圖 12.9 V 15V 齒間載荷分配系數(shù) 由參考書 表 12.10，先求H2 N 10472.39.5tTFd N/mm.12AtKb N/mm0 21.83()cosz 175 .61.63 4.630.893Z0.89Z 由此得 221.HK 1.26HK 齒向載荷分布系數(shù) 由參考書 表 12.11H bCdbBA3210)(6.01 23.9.129.75 其中： 。1.36HK 載荷系數(shù) （3.2）AVHK 1.25.6132.46K 彈性系數(shù) 由參考書 表 12.12 EZ 189EZMPa 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由參考書 圖 12.16 H2 .5H - 12 - 接觸最小安全系數(shù) 由參考書 表 12.14 minHS2 min1.05HS 總工作時(shí)間 預(yù)期使用壽命 10 年，每年 100 個(gè)工作日，每個(gè)工作日時(shí)ht 間為 2h，則： h102ht20ht 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) LN6Lhrnt 081.LN 821/.2/3LNu7240 接觸壽命系數(shù) 由參考書 圖 12.18 NZ 1.5NZ 2 許用接觸應(yīng)力 MPa Hlim11n250.1HNZS1369H MPali2 7.28 驗(yàn)算 21HEKTZbdA 2.46103189.50.975 MPa7 2H 計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。 （3）確定齒輪 1、2 傳動主要尺寸 實(shí)際分度圓直徑 mm mmd1.75129.mz129.75d mm mm288 中心距 mm mma12().(5).a.a 齒寬 mm 取 mmb1.097.db135b mm20 其它尺寸 ： mm *1()fachm(.25)1.87 mm*7 mm1129.3ffd - 13 - mm1129.7521.3.5aadh mm*()(0)728fcm mm*2.a mm2895.14.5ffdh mm2.792aa （4）齒輪 1、2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 重合度系數(shù) 0.50.5.164Y0.71Y 齒間載荷分配系數(shù) 由參考書 表 12.10， FK2/FK.4FK 齒向載荷分布系數(shù) /3/(.7).bh 由參考書 圖 12.14 2 1.5F 載荷系數(shù) AVF 1.5.4153.04K 齒形系數(shù) 由參考書 圖 12.21 FaY2 1295FaY . 應(yīng)力修正系數(shù) 由參考書 圖 12.22 Sa2 13Sa 2.7 彎曲疲勞極限 由參考書 圖 12.23c MPalimF2 lim10F MPali26 彎曲最小安全系數(shù) 由參考書 表 12.14 inFS2 in.5FS 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) LN 810LN 724 彎曲壽命系數(shù) 由參考書 圖 12.24 NY2 1.95NY 208 尺寸系數(shù) 由 參考書 圖 12.25 X2 .X 許用彎曲應(yīng)力 Flim11nFNXYS MPa60.9521456F lim2nFNX - 14 - MPa450.9812 235F 驗(yàn)算 11FFaSKTYbdm 3.4.95130.707 MPa12F1F 21aSY .37095 MPa26F2F 傳動無嚴(yán)重過載，故不作靜強(qiáng)度校核。 2、齒輪 3、4、5 的確定計(jì)算 齒輪 3 用 20Cr，滲碳淬火+低溫回火處理，硬度為 5662HRC，平均取 59HRC；齒 輪 4 用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 241HB286HB，平均取 260HB；齒輪 5 用 45 鋼，調(diào)質(zhì) 處理，硬度 229HB286HB，平均取 240HB。計(jì)算步驟如下： （1）初步計(jì)算 轉(zhuǎn)矩 N mm3T3213042T3126TA 齒寬系數(shù) 由參考書 表 12.13，取得 d d.0 接觸疲勞極限 由參考書 圖 12.17d limH2 lim35MPaH 參考書 圖 12.17c li471 初步計(jì)算的許用 H3lim30.9 接觸應(yīng)力 H125H325Pa H4lim4. 097H469Ma 值 由參考書 表 12.16，取 =85 =85dA2dAd 初步計(jì)算齒輪 3 的直徑 ： 3d123HdTA - 15 - 3216859 mm 取 mm43d45 初步齒寬 mmb31.045dbb （2）齒輪 3 校核計(jì)算 圓周速度 m/sv336nv0.785v 精度等級 由參考書 表 12.6 選 8 級精度2 齒數(shù) 和模數(shù) 初取zm34318;186zuz mm/5/.d 由參考書 表 12.3，取 mm mm22.5m2.5m 則 3/4/.18z318z 436u46 mm32.5*7.d 使用系數(shù) 由參考書 表 12.9 AK 1.25AK 動載系數(shù) 由參考書 圖 12.9 V2 V 齒間載荷分配系數(shù) 由參考書 表 12.10，先求H N3164735tTFd N/mm.20.94AtKb N/mm1 341.8()cosz 2061.6 41.893Z0.89Z 由此得 22.60.HK 1.26HK 齒向載荷分布系數(shù) 由參考書 表 12.11 231.6()10HbABCbdA - 16 - 231.0960.1.01451.36HK 載荷系數(shù) KAVHK .25.362.6 彈性系數(shù) 由參考書 表 12.12 EZ 189EZMPa 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由參考書 圖 12.16 H2 .5H 接觸最小安全系數(shù) 由參考書 表 12.14 minS min0S 總工作時(shí)間 ht 2ht 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) LN732410L7341LN 43/2uA740 接觸壽命系數(shù) 由參考書 圖 12.18 NZ2 31.2NZ 4 許用接觸應(yīng)力 MPa Hlim33n150.2HNZS30H MPa li44 7.481 驗(yàn)算 231HEKTZbdA 2.631189.50.45 MPa67HH 計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。 （3）確定傳動主要尺寸 實(shí)際分度圓直徑 mmd32.518mz345d mm43690 中心距 mma().()a67.a 齒寬 mm 取 mmb31.05db435b mm4 其它尺寸 ： mm*3()(.2).12fachm - 17 - mm*312.5ahm mm34*.138.75ffd mm3 0aa mm*4()(.2).2fch mm*1.5am mm442903.18.75ffd mm29aah （4）齒輪 3 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 重合度系數(shù) 0.750.75.2.16Y0.71Y 齒間載荷分配系數(shù) 由參考書 表 12.10， FK/FK .4 齒向載荷分布系數(shù) F/45/(2.)8bh 由參考書 圖 12.14 1.40F 載荷系數(shù) KAVFK 1.25.4102.7K 齒形系數(shù) 由參考書 圖 12.21 FaY 39FaY 4. 應(yīng)力修正系數(shù) 由參考書 圖 12.22 Sa2 315Sa 4.6 彎曲疲勞極限 由參考書 圖 12.23d MPalimF2 lim3720F 參考書 圖 12.23c MPali4 彎曲最小安全系數(shù) 由 參考書 表 12.14 inFS2 in1.5FS 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) LN 730LN 4 彎曲壽命系數(shù) 由參考書 圖 12.24 NY2 3.98NY 40 尺寸系數(shù) 由參考書 圖 12.25 X2 1.X - 18 - 許用彎曲應(yīng)力 Flim33nFNXYS MPa720.98153564F lim44nFNX MPa6.12470F 驗(yàn)算 33FFaSKTYbd .7.91530.745. MPa312F3F 443aSY .762915 MPa40F4F 傳動無嚴(yán)重過載，故不作靜強(qiáng)度校核。 （5）齒輪 4、5 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 轉(zhuǎn)矩 N mmT43216TA4625TA 齒數(shù) 和模數(shù) zm508zu5108z .m 分度圓直徑 mm mmd52.17527d 齒寬 由 mm 取 mmb4b 40b 齒寬系數(shù) d/0/9.4d .d 圓周速度 m/sv 785v 精度等級 由參考書 表 12.6 選 8 級精度2 使用系數(shù) 由參考書 表 12.9 AK 1.2AK 動載系數(shù) 由參考書 圖 12.9 V2 V 齒間載荷系數(shù)分配系數(shù) 由參考書 表 12.10，先求：H2 N465147390tTFd - 19 - N/mm1.2547360AtKFb N/mm 451.8()cosz 1320681.82 1.Z0.5Z 由此得 22.380.5HK1.38HK 齒向載荷分布系數(shù) 由參考書 表 12.11 bCdbBAH 3210)(6.1 223.090.4.140 HK 載荷系數(shù) KAVHK 1.25.38142.16 彈性系數(shù) 由參考書 表 12.12 EZ 89EZMPa 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由參考書 圖 12.16 H2 .5H 接觸最小安全系數(shù) 由參考書 表 12.14 minS min10S 總工作時(shí)間 ht 2ht 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) LN 74LN 754/10/3Lu51.30 接觸壽命系數(shù) 由參考書 圖 12.18 NZ2 42NZ 5. 許用接觸應(yīng)力 H481H MPlim55n801.25NZS5690 驗(yàn)算 24bdKTzHE - 20 - 2.16531189.250.490 MPa 3H5F 計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。 （6）齒輪 3、4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 重合度系數(shù) 0.750.75.2.218Y0.6Y 齒間載荷分配系數(shù) 由參考書 表 12.10， FK/1.8FK152FK 齒向載荷分布系數(shù) /4/(.).bh 由參考書 圖 12.14 2 .4F 載荷系數(shù) AVF 1.5.142.38K 齒形系數(shù) 由參考書 圖 12.21 FaY2 47FaY 5. 應(yīng)力修正系數(shù) 由參考書 圖 12.22 Sa2 416Sa 5.80 彎曲疲勞極限 由參考書 圖 12.23c MPalimF2 lim4F MPali5 彎曲最小安全系數(shù) 由參考書 表 12.14 inFS2 in1.2FS 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) LN 740LN 5.3 彎曲壽命系數(shù) 由參考書 圖 12.24 NY2 498NY 50. 尺寸系數(shù) 由參考書 圖 12.25 X2 1X 許用彎曲應(yīng)力 Flim44nFNXYS MPa60.98125470F lim5nFNX - 21 - MPa450.912536F 驗(yàn)算 44FFaSKTYbdm .386.71640.05. Mpa417F4F 554aSY 2.80716 MPa53F5F 傳動無嚴(yán)重過載，故不作靜強(qiáng)度校核。 3.1.2 軸的確定 1、軸 1 的計(jì)算 材料選用 40Cr，軸以傳遞轉(zhuǎn)矩為主，所以只要進(jìn)行許用切應(yīng)力計(jì)算即可。 （1）估算軸徑 6319.502TPdn 3.T 31042.5 mm 取 mm。715d （2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于齒輪直徑較小，軸的直徑也很小，所以做成齒輪軸的形式，如圖 3.2 所示。 （3）強(qiáng)度校核 根據(jù)軸的受力圖，畫出轉(zhuǎn)矩圖，并校核軸徑得知該軸符合強(qiáng)度要求。 （4）剛度校核 軸承受載荷小，主要受扭轉(zhuǎn)變形，對其扭角進(jìn)行校核，得出軸完全符合剛度要求。 - 22 - 圖3.2 軸1 （5）軸承的選擇 由于滾動軸承與滑動軸承相比，具有： a）摩擦阻力矩較??； b）徑向有隙較小、運(yùn)轉(zhuǎn)精度較高； c）結(jié)構(gòu)緊湊簡單等優(yōu)點(diǎn)，而軸承主要傳遞徑向載荷，所以選用應(yīng)用廣泛的深溝球 軸承。 根據(jù)軸徑選取型號: 選用兩對型號為 6003 的深溝球軸承，其基本參數(shù)如下： 。11minmax17,35,0,.3,2.9,.,19.4,32.6s adDBrdDdD （6）軸上零件的固定