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南京林業(yè)大學學生畢業(yè)設(shè)計（論文）
南京林業(yè)大學
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題
目：
單刃面綠籬修剪機的設(shè)計
學
專
學
院：
業(yè)：
號：
南方學院
機械設(shè)計制造及其自動化
學生姓名：
指導教師：
職
稱：
二 O 一 三
年
六月
1
南京林業(yè)大學學生畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘要
綠籬修剪機是一種小型園林修剪機械，每年綠籬都要進行修剪，這對維護綠籬旺盛的
生長，加強樹冠新梢的密度有著很好的作用，并能設(shè)計成各種需要的造型?，F(xiàn)有的綠籬修
剪機存在不少問題，例如手持部分重量過重，勞動強度大等缺點。針對這些缺點本人進行
了一些設(shè)計希望能改善單刃面綠籬修剪機，能在很大強度上降低勞動者的勞動強度，提高
工作效率，適用于各種綠籬松墻及樹球的整形修剪，也可用于茶樹剪枝整冠作業(yè)，適用范
圍廣，可實現(xiàn)一機多用的目的。設(shè)計的機器有以下特點：1、適應(yīng)性強，操作安全。2、重
量輕、振動小、噪音低，為操作者提供了一個良好的工作條件，大大減輕了工人的勞動強
度。3、作業(yè)質(zhì)量較好，性能穩(wěn)定。
關(guān)鍵字：綠籬修剪機，現(xiàn)狀與發(fā)展。
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南京林業(yè)大學學生畢業(yè)設(shè)計（論文）
Abstract
Hedge trimmers is a small garden pruning machinery, the annual Hedge pruning should be
carried out, which has a good role to maintain the Hedge strong growth, enhance the density of
the canopy shoots and can be designed to the shape of a variety of needs. The existing hedge
trimmers there are many problems, such as the hand-held part of the weight is too heavy,
labor-intensive and other shortcomings. Address these shortcomings, I hope some design can
improve the single-blade surface hedge trimmers, great strength, reduce the labor intensity of
workers, improve work efficiency, suitable for the various Hedge loose wall and the pruning of
the tree ball, tea tree pruning can be used the whole crown job for a wide range, can achieve the
purpose of the use of a machine. The design of the machine has the following characteristics: 1,
adaptable, safe operation. 2, light weight, small vibration, low noise, and provides the operator
with a good working conditions, greatly reducing the labor intensity. 3, better job quality and
stable performance.
Keywords:Hedge trimmers, status quo and development.
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目 錄
第一章 緒論................................................................................................................................... 5
1.1 引言.................................................................................................................................. 5
1.2 國外單刃綠籬修剪機發(fā)展概況...................................................................................... 5
1.3 國內(nèi)單刃綠籬修剪機發(fā)展概況...................................................................................... 6
1.4 本文研究的目的及意義.................................................................................................. 8
第二章 單刃綠籬修剪機的設(shè)計方案........................................................................................... 9
2.1 綠籬修剪機的比較和選擇.............................................................................................. 9
2.2
單刃綠籬修剪機的組成及工作原理.......................................................................... 10
2.2.1 單刃綠籬修剪機的組成..................................................................................... 10
2.2.2 單刃綠籬修剪機的工作原理............................................................................. 10
第三章 單刃綠籬修剪機的機構(gòu)設(shè)計......................................................................................... 12
3.1 發(fā)動機的選擇................................................................................................................ 12
3.2 離合器的選擇................................................................................................................ 12
3.3 綠籬修剪機刀片及其保護殼的設(shè)計............................................................................ 18
3.4 減速器的設(shè)計計算與校核............................................................................................ 19
3.5 綠籬修剪機把手的設(shè)計................................................................................................ 24
3.6 單刃綠籬修剪機的減振降噪措施................................................................................ 25
3.7 單刃綠籬修剪機的使用注意事項................................................................................ 25
3.7.1 修剪機的操作規(guī)程.............................................................................................. 25
3.7.2 修剪機的操作順序.............................................................................................. 26
3.7.3 修剪機的維護保養(yǎng)要點...................................................................................... 26
第四章 總結(jié)................................................................................................................................. 28
4.1 總結(jié)................................................................................................................................ 28
4.2 展望................................................................................................................................ 28
致謝............................................................................................................................................... 29
參考文獻....................................................................................................................................... 31
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南京林業(yè)大學學生畢業(yè)設(shè)計（論文）
第一章 緒論
1.1 引言
改革開放促進了城市建設(shè)和發(fā)展，也給城市園林綠化工作提出了更高的要求。當一座
座建筑群拔地而起，緊隨的是園林綠化工作的進行。為了改善人們的工作，學習和生活環(huán)
境，改善城市地區(qū)的衛(wèi)生和氣候條件，保護居民的身體健康，創(chuàng)造一個優(yōu)美舒適和安靜的
環(huán)境，必須增加城市的綠地面積和建設(shè)各種娛樂場所。因此，美化和綠化是城市建設(shè)和發(fā)
展的重要標志之一。隨著城市園林綠化的發(fā)展，必然促進了園林綠化機械的應(yīng)用和發(fā)展。
目前我國園林綠地中綠籬的用量很大，根據(jù) CJJ/T1985-2002《城市園林綠地分類標準》，
其中 G1 公共綠地，G4 居住區(qū)綠地，G5 附屬綠地中都有大量綠籬應(yīng)用，但其主要功能局
限于分隔道路，作為綠地邊界以及模紋綠籬。隨著生活水平的提高，人們對生活環(huán)境的要
求也是越來越高，綠籬在城市道路和園林綠化中也占有重要的地位，因為它可以被修剪成
各種各樣的造型，而且能相互組合，從而提高觀賞效果和城市美化，讓人們觀賞之后心情
愉悅。此外，綠籬空間圍合兼有視線遮擋的功能，可以將環(huán)境中不美觀的事物遮擋起來，
還具有隔離防護和防止噪音等作用。但是綠籬會長成各樣的造型，所以為了獲得造型各異
的綠籬，需要按規(guī)定進行不同的修剪作業(yè)，因此對綠籬的修剪工作非常重要，所以單刃面
綠籬修剪機的研究與設(shè)計也有著非同尋常的意義。
1.2 國外單刃綠籬修剪機發(fā)展概況
國外對綠籬修剪機的開發(fā)研究較早, 起點高、水平亦較高, 廣泛采用現(xiàn)代科技成果,如工程塑料、CD
I 無觸點電子點火等, 整機重量輕、功率大、使用操作靈巧, 并形成了系列產(chǎn)品。 20 世紀 80 年代后，
在歐美發(fā)達國家，隨著經(jīng)濟的進一步發(fā)展，人名生活水平和住房條件進一步改善，單刃綠籬修剪機已經(jīng)
走進千家萬戶，逐漸成為家庭的必備機具，在美國和加拿大的中產(chǎn)階級家庭中已經(jīng)基本普及。單刃綠籬
修剪機以汽油機作動力的，也有電動的，切割機械以往復式居多，日本的小松，德國的 STIHL,瑞典的
HUSQVARAN，意大利的 HAPPY 等均生產(chǎn)各種不同規(guī)格的便攜式綠籬修剪機，歐洲還生產(chǎn)一種車載臂
架懸掛式綠籬修剪機。20 世紀 90 年代,這些先進國家的綠籬修剪機械陸續(xù)進入我國種植基地。國外先進
的綠籬修剪機械技術(shù)比較完善, 機具品種齊全,性能可靠,但價格昂貴。目前, 歐美各國幾乎所有的農(nóng)機公
司都生產(chǎn)綠籬修剪機械且已形成系列化,能滿足各種綠籬修剪作業(yè)的需要。其主要結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能指標
至今沒有大的變化,只是在操作舒適性和電子計算機應(yīng)用方面有所改進。
據(jù)統(tǒng)計，2002 年我國進口的園林草坪機械類產(chǎn)品為 3790 萬美元，主要來自這些著名品牌。
如圖 2 所示，是日本的小松單刃綠籬修剪機
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圖 1 小松單刃綠籬修剪機
如圖 2 所示，是德國的 STIHL 單刃綠籬修剪機
圖 2 德國 STIHL 單刃綠籬修剪機
1.3 國內(nèi)單刃綠籬修剪機發(fā)展概況
我國對于綠籬修剪機的研究起步于20世紀60年代,目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家仍較少, 而且產(chǎn)
品質(zhì)量大,性能落后,品種單一, 規(guī)格少,不能形成系列產(chǎn)品,無法滿足各種用戶需求。從60
年代中期開始研制綠籬修剪機，目前已有單人、雙人和重修剪機等機種。單人修剪機由一
人手提操作，主要用于綠籬的輕修剪和深修剪，同時，也可用作機械化綠籬的修邊，使綠
籬行間留出20厘米的間距，以利機器的通過和操作。單人修剪機有機動和電動兩種類型。
60年代中期，中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所等單位研制的中頻電動手提式綠籬修剪機，就是
以汽油機帶動的中頻發(fā)電機組為電源，中頻微型電機作動力的電動機型，使用雙動往復刀
片，切割幅寬300毫米。但是，使用較多的還是以汽油機為動力的機動型，采用平行往復
刀片，切割幅寬750毫米，中國農(nóng)科院茶葉研究所和安徽省農(nóng)業(yè)機械研究所近年來研制的
單人修剪機都屬這種類型。我國不少園林機械廠研制出了自己的機器，如以下幾種機型，
比如北京園林機械廠研制的以中頻電機為動力的雙動往復刀片式，上海園林工具廠生產(chǎn)的
電動旋刀式，刀片呈輻射狀，定刀片對枝條起支承作用，動刀片旋轉(zhuǎn)則進行切割，該機需
配12V的蓄電池。從使用角度看，配置不大合理，效率不是很高。現(xiàn)在對這類機具一般采
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用進口的較好。如日本產(chǎn)E7B750，HT750型，此機動力系單杠4沖程汽油機，體積小，重量
輕，噪音小，工作效率高。目前在我國城市道路以及企事業(yè)單位的道路綠籬普遍采用的是
手持式油鋸，目前只生產(chǎn)LT系列便攜式綠籬修剪機。統(tǒng)計資料顯示，2002年我國出口的園
林機械類產(chǎn)品已達6620萬美元，其中出口到歐洲和北美發(fā)達國家的有4730萬美元，這是一
項了不起的成績。
如圖 3 所示，是我國生產(chǎn)的永佳單刃綠籬修剪機
圖 3 永佳單刃綠籬修剪機
如圖 4 所示，是我國生產(chǎn)的粵興單刃綠籬修剪機
圖 4 粵興單刃綠籬修剪機
綜上所述，單刃綠籬修剪機在我國具有廣泛的市場，綠籬修剪機發(fā)展到今天, 技術(shù)水
平日益完善, 我們只有充分利用現(xiàn)代科技成果才能使國產(chǎn)割灌機達到國際先進水平,并在
市場上占有一席之地。
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國內(nèi)外對單刃綠籬修剪機的研究，主要集中在對單杠汽油機為動力的手持式油鋸和手
動修枝剪等園藝剪枝器具，研究的主要方面在于如何提高其刀具的使用壽命上，而對電動
器具的研究與發(fā)展則少有發(fā)展，因此，設(shè)計一種依靠蓄電池提供能源，由直流電動機驅(qū)動
連續(xù)成形修剪的新型綠籬修剪機來代替，由單杠汽油機驅(qū)動的綠籬修剪機，用以克服上述
缺點，其應(yīng)用前景看好。
綜合看來，國內(nèi)園林綠化機械的品種還比較單一，性能、質(zhì)量和制造水平還比較落后，
與國外發(fā)達國家相比有很大差距，總體上國內(nèi)目前仍然處于園林綠化機械發(fā)展的初始階
段，發(fā)展前景十分廣闊，我們應(yīng)當研究和跟蹤西方國家綠籬修剪機發(fā)展的歷史，借鑒他們
的經(jīng)驗和教訓，以便縮小與西方國家的差距。
1.4 本文研究的目的及意義
進入21世紀以后，國內(nèi)外綠籬修剪機的發(fā)展速度飛快，其發(fā)展總趨勢是：（1）繼續(xù)大
力開發(fā)綠籬修剪機的新產(chǎn)品，加速老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，新產(chǎn)品將向操作自動化，舒適化方
向發(fā)展（2）在90年代，步行操作自走式取代推行式，而進入21世紀更加先進，能實現(xiàn)無
極變速，操作更加簡單。
隨著國家對環(huán)保意識的進一步加強,我國政府出臺了一系列保護生態(tài)環(huán)境的政策, 使
得林業(yè)部門對林業(yè)機械的需求也發(fā)生了重大變化;伐木機械的需求量急劇減少,那么營林
機械必將有很大的增加。由于營林作業(yè)的種類繁多, 因而營林機械的種類也很多,綠籬修
剪機作為營林機械的一種，其用途廣泛、操作簡便、使用靈活的特點，必然大受歡迎。目
前, 全世界綠籬修剪機的年產(chǎn)量約為300多萬臺。日本是世界上生產(chǎn)和使用綠籬修剪機最
多的國家之一, 產(chǎn)量高，出口廣泛。我國綠籬修剪機的研制起步較晚, 而且產(chǎn)量低, 品種
少, 已遠遠不能滿足國民經(jīng)濟飛速發(fā)展的需要。作為世界農(nóng)業(yè)大國,綠籬修剪機在我國潛
在著巨大的市場, 開發(fā)高性能綠籬修剪機已勢在必行。
本次課題研究的是單刃綠籬修剪機，從國產(chǎn)的單刃綠籬修剪機情況來看，除了設(shè)計綠
籬修剪機的結(jié)構(gòu)和部件方案的選擇外，可以在一下兩個方面進行設(shè)計創(chuàng)新：減輕機具的震
動以及在機具質(zhì)量上的減輕。另外，不同類型的單刃綠籬修剪機，都有著不同程度上的噪
聲，因此，減少機體工作時的噪聲，也是設(shè)計的一個重要部分，從而減少對操作者的傷害。
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第二章 單刃綠籬修剪機的設(shè)計方案
2.1 綠籬修剪機的比較和選擇
綠籬機又稱綠籬剪，適用于茶葉修剪、公園、庭園、路旁樹籬等園林綠化方面專業(yè)修
剪。綠籬機的分類：手持式、背負式、車載式綠籬修剪機。
目前綠籬修剪機的使用范圍較廣，如在公園修剪各種各樣的綠籬帶，在茶園修剪茶樹。
隨著國家對生態(tài)環(huán)境的重視，全民環(huán)保意識的增強，人們對生活環(huán)境的要求越來越高，對
園林綠化機械的需求也在逐步加大，因而用于園林綠化的輕型綠籬修剪機的需求也在大幅
增加，綜觀園林機械市場，我們不難發(fā)現(xiàn)也不可否認，國外的綠籬修剪機占領(lǐng)著絕大部分
市場，從最早的日本的小松，德國的 STIHL,瑞典的 HUSQVARAN，意大利的 HAPPY 等，再到
Efco、Jonsered 等，大大小小十幾個品牌，紛紛進占中國市場，中國有著非常大的市場，
同時由于我們遭受了環(huán)境破壞所帶來的惡果，國家正加倍地保護環(huán)境，由此所帶來的無限
商機使得國外企業(yè)源源不斷地進入，要想沖出重圍，在園林機械市場上立足，并與世界列
強抗衡是非常困難的，但也不是不可能，關(guān)鍵在于我們?nèi)绾稳￠L補短，并迎頭趕上，制造
出讓外國人刮目相看的擁有優(yōu)秀性能的綠籬修剪機。
對于綠籬修剪機而言，其類型不同，作業(yè)對象、作業(yè)地點就有差異，操作起來也有所
差別。以下是對手持式和背負式的比較：（1）手持式綠籬修剪機采用主要由發(fā)動機、離合
器、減速器、傳動裝置，操縱裝置等組成。在傳動軸的一端配置 0.75～ 2 千瓦的單缸二
沖程風冷汽油機和離心式摩擦離合器；另一端安裝由減速器和切割刀具組成的工作部件。
工作部件的類型很多，常用的為單刃刀片和雙刃刀片兩種。機具重約 6～12 千克,轉(zhuǎn)速約
4500～5000 轉(zhuǎn)/分。（2）背負式綠籬修剪機。用軟軸傳動，一般構(gòu)造與手持式綠籬修剪機
相似，不同的是其發(fā)動機背在操作者背上，切割部件由軟軸傳動，發(fā)動機功率一般為 0.75～
1.2 千瓦。 發(fā)動機與背架之間以兩點聯(lián)接并裝有特制橡膠件以隔振。軟軸為套裝在軟管內(nèi)
的鋼絲撓性軸，用以傳遞扭矩。軟管為敷有橡膠保護套的金屬編織網(wǎng)包住的鋼帶纏卷的螺
紋管，以防塵土侵入軸內(nèi)并保持軸表面的潤滑油。割幅一般在 70CM 左右。但是最終因為
考慮到使用的方便性，我們選擇了手持式綠籬修剪機的方案。
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2.2 單刃綠籬修剪機的組成及工作原理
2.2.1 單刃綠籬修剪機的組成
本次課題研究的單刃綠籬修剪機為手持式綠籬修剪機機。手持式綠籬修剪機由以下部
分組成，包括汽油機，傳動機構(gòu)，手柄，開關(guān)及刀片機構(gòu)等。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖5所示，
圖5 單刃綠籬修剪機結(jié)構(gòu)簡圖
1.手柄 2.油箱 3.啟動器 4.發(fā)動機 5.大齒輪 6.離合碟 7.離合器
8.小齒輪 9.齒輪軸 10.萬向軸 11.曲柄連桿 12.箱蓋
2.2.2 單刃綠籬修剪機的工作原理
單刃綠籬修剪機的工作原理比較簡便，發(fā)動機通過萬向軸將動力傳送至離合器，操作
者通過安裝在工作桿上的手油門控制發(fā)動機的供油量來調(diào)整轉(zhuǎn)速。當發(fā)動機的轉(zhuǎn)速接近工
作轉(zhuǎn)速時, 自動離心式離合器的兩個離合塊在離心力的作用下, 克服彈簧拉力與離合碟
結(jié)合, 帶動離合碟轉(zhuǎn)動, 離合碟又通過軸帶動減速器小齒輪轉(zhuǎn)動, 小齒輪帶動大齒輪轉(zhuǎn)
動， 與大齒輪上下連接的雙偏心滑塊機構(gòu)處于工作狀態(tài), 使刀片可以進行往復切割運動，
從而進行切割作業(yè)。需轉(zhuǎn)移作業(yè)地點時, 可關(guān)小手油門, 發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降, 離合器的飛塊
由于彈簧的拉力與離合碟分離, 切割裝置停止轉(zhuǎn)動, 發(fā)動機處于怠速狀態(tài)。
單刃綠籬修剪機使用前，必須進行一系列檢查和準備工作。將機器停止在水平位置上，
首先檢查燃油箱和冷卻水箱，打開水箱蓋，按手冊要求加入適量的冷卻水，蓋上水箱蓋，
打開油箱蓋，加入符合要求的燃油，燃油不要加得太滿，蓋上并擰緊油箱蓋，檢查刀片是
否完好，否則要及時更換或調(diào)整。把發(fā)動機開關(guān)撥到“開”（ON）的位置。推動注油閥，
直到溢油管中有油液流動。拉起動繩起動（或起動器）。把阻塞桿撥到半開的位置，讓發(fā)
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動機空轉(zhuǎn)3-5分鐘。把阻塞桿撥到“開”（ON）的位置，輕輕地捏緊油門調(diào)節(jié)杠桿，然后突
然松開，使得自鎖解除。此時發(fā)動機按額定轉(zhuǎn)速正常工作。開始修剪綠籬時應(yīng)保持平順整
齊，高低一致。一般把修剪機向下傾斜5°-10°（度）。相對修剪對象引成微少傾角能使
修剪省力，輕便，并確保具有較好的剪切質(zhì)量。要保持操作者身體處在汽化器一側(cè)，絕不
允許處于排氣管一端，以免被廢氣燙傷。按工作需要調(diào)節(jié)控制油門（即轉(zhuǎn)速）。發(fā)動機運
轉(zhuǎn)速度過高是不必要的。工作完畢后停機，關(guān)閉油門。清潔外殼。待用。
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第三章 單刃綠籬修剪機的機構(gòu)設(shè)計
3.1 發(fā)動機的選擇
發(fā)動機一般選用風冷二沖程，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為7500r/min，排量為23.6cc，功率0.8KW
（1.1PS），油箱0.47L，因此選擇小松HTZ7510/CHTZ6010風冷二沖程發(fā)動機。
發(fā)動機的工作原理如下：發(fā)動機氣缸體上有三個孔，即進氣孔、排氣孔和換氣孔，這
三個孔分別在一定時刻由活塞關(guān)閉。其工作循環(huán)包含兩個行程：1.第一行程：活塞自下止
點向上移動，三個氣孔同時被關(guān)閉后，進入氣缸的混合氣被壓縮；在進氣孔露出時，可燃
混合氣流入曲軸箱。2.第二沖程：活塞壓縮到上止點附近時，火花塞點燃可燃混合氣，燃
氣膨脹推動活塞下移作功。這時進氣孔關(guān)閉，密閉在曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣被壓縮；當活
塞接近下止點時排氣孔開啟，廢氣沖出；隨后換氣孔開啟，受預壓的可燃混合氣沖人氣缸，
驅(qū)除廢氣，進行換氣過程。如圖6所示，是發(fā)動機的結(jié)構(gòu)圖：
圖6 發(fā)動機結(jié)構(gòu)圖
3.2 離合器的選擇
離合器位于發(fā)動機和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平
面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。離合器類似于開關(guān)，接合或斷離動力傳遞作
用，離合器機構(gòu)其主動部分與從動部分可以暫時分離，又可以逐漸接合，并且在傳動過程
中還要有可能相對轉(zhuǎn)動。離合器的主動件與從動件之間不可采用剛性聯(lián)系。
離合器分為電磁離合器、磁粉離合器、摩擦式離合器和液力離合器。本次設(shè)計選擇摩
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擦式離合器，其特點更符合本次設(shè)計的要求。
如圖7所示的離合器：
圖7 離合器
1）. 確定總體設(shè)計方案
由于滑塊為兩塊，而離合器允許外徑偏小，考慮到便于布置零件，故采用壓縮彈簧的形
式，離心塊與被動盤間隙取為 1mm，滿足要求且便于計算?；瑝K離心式摩擦離合器主要用
于草坪機械。
2）.確定離合器需要傳遞的扭矩：
由 最大輸出扭矩為 5.93N.m，a≥1─扭矩儲備系數(shù)，故發(fā)動機最大輸出扭矩 = 7.116 N ? M
3）.初定結(jié)合轉(zhuǎn)速：
因結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 ≥ (1.25 ~ 1.45)n1
這里系數(shù)取 1.25，由發(fā)動機怠速
n1 = 2900r / min
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計算得 n2 = 3625r / min
4）.確定離合器結(jié)構(gòu)形式
由初始給定數(shù)據(jù)條件，離心塊數(shù)量為 2，即 Z=2；
確定被動盤直徑 D=50mm,壁厚取 2mm，離合器離心塊與被動盤間隙，因摩擦配合為石棉
——石棉，石棉厚度取為 4mm，則被動盤半徑 R=25-2-6-1=16mm；
由離心塊質(zhì)心半徑選取范圍 r = (0.6 ~ 0.8)R ，再結(jié)合初步確定的離心塊結(jié)構(gòu)和形狀，初
步選 r=13mm；
離心塊與被動盤材料均選 45 號鋼，由于摩擦配合為石棉——石棉，
故離心塊與被動盤結(jié)合面均貼一層石棉，摩擦系數(shù) f 選為 0.5.
5）.初定離心塊質(zhì)量
離心塊質(zhì)量須滿足兩個條件：
① 結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 時
P 2 = Pn = m ? r ? w2 2
式中： P 2 ─結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2時離心塊產(chǎn)生的離心力；
Pn ─彈簧對離心塊張緊力的徑向分力；
w2 ─結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2時的角速度。
② 傳遞最大扭矩 Mf 時
(P 4 ? Pn) ? f ? R ? Z =
P 4 = m ? r ? w4 2
Mf = (m ? r ? w4 2 ? m ? r ? w2 2 ) ? f ? R ? Z = m ? r(w4 2 ? w2 2 ) ? f ? R ? Z
m =
2 2
Mf
2
=
2
Mf ? 900
式中：
n4 ─發(fā)動機最大扭矩 Mf 時的轉(zhuǎn)速；
w4 ─發(fā)動機最大扭矩 Mf 時的角速度；
f─離心塊與被動盤內(nèi)表面的摩擦系數(shù)（鋼對鋼：f＝0.15；鋼對石棉：f＝0.30；
14
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石棉對石棉：f＝0.36～0.50，這里取 0.5）
由發(fā)動機外特性參數(shù)： n4 = 7500r / min ， n2 = 3625r / min ，
代入其他數(shù)據(jù)： R = 16mm ， Z = 2 ， f = 0.5 ， Mf = 7.116N ? M ， r = 13mm ，計算得
m = 0.072kg 。
6）.計算彈簧在各個工況下受力
結(jié)合轉(zhuǎn)速時：
P 2 = Pn = mrw2 2 = 0.072 ×13×10?3 × (
3625
60
× 2e ) 2 = 134.74 N 。
怠速時彈簧壓縮力： P1 = 0.072 ×13×10?3 × (
2900
60
× 2e ) 2 = 86.24N 。
7）驗證離合器高度
因離合器允許高度為 20mm，而 h 取值范圍為（1~2）d；
選定滑塊結(jié)構(gòu)為扇形，包角 ? = 120° ，中間挖空一定尺寸放置彈簧與螺栓，則由
?V = m ，列方程得
1
3
12 2
2
材料為 45 鋼，故這里 ? = 7.8 ×103 kg / m3
解得 h ≈ 15mm ，
h ≤ 24mm 。故離合器高度滿足要求。
8）滑塊的質(zhì)心驗算
由扇形形心計算公式： X = 2r sin á ，設(shè)計滑塊 á = ? = 60? ；
3á 2
再由組合圖形的形心計算公式：
x =
A1x1 ? A2 x 2
A1 ? A2
, y =
A1 y1 ? A2 y 2 ，計算得滑塊質(zhì)心約為 21mm；
A1 ? A2
驗算結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 = 2925r / min ，與理論計算值 n2 = 3625r / min 相差不大，故初選質(zhì)心
符合要求。
9）彈簧的設(shè)計計算
①
計算彈簧剛度
由： 怠速時彈簧所受壓力：
P1 = 81.2 N
15
)?18]×10?6=0.072
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結(jié)合時彈簧最大工作壓力： Pn = 126.8N
由胡克定律： Pn ? P1 = KX , X = 1mm ，
計算得 K = 45.6 N / mm
故彈簧初始壓縮量為 X 0 = P1 = 1.78mm
K
② 選擇與驗算彈簧具體參數(shù)
彈簧材料選 ∏ 類65M n 碳素鋼絲，初選彈簧指數(shù) C=5，中徑 D 2 = 8mm ，查表得
K=1.31
估 算 簧 絲 直 徑
[? ] ∏ = 0.4óB,?j = 1.25? ∏ = 900MPa
簧絲直徑：
d = D / C = 1.6mm ， 查 表 得 óB = 1800MPa
，
由 d ≥ 1.6
KFnC
[? ] ∏
為 d = 1.8mm
計算得 d = 1.6 × 1.31×126.8 × 5 = 1.72mm
0.4 ×1800
根據(jù)標準圓整
工作圈數(shù) n1 ： 由 n1 =
Gd? max
8F max C 3
，而 ? max = x + x 0 = 1 + 1.78 = 2.78mm
計算得 n1 = 3.2 ，圓整為 3.5.
總?cè)?shù) n：彈簧選擇冷卷，則總?cè)?shù) n=2+3.5=5.5
工作極限載荷： Pj =
ed 3
8KD 2
?j = 205.6 N
工作極限載荷下的變形： Fj =
eD 2 2 n1
GKd
?j = 4.2mm
余隙： ? = 0.1d = 0.18mm
節(jié)距： t = (0.3 ~ 0.5) ， D 2 取為 3.6mm
中徑： D 2 = Cd = 9mm
外徑： D = D 2 + d = 10.8mm
內(nèi)徑： D1 = D 2 ? d = 7.2mm
自由高度： H 0 = n1t + 1.5d = 16.3mm ，根據(jù)標準圓整為 18mm
16
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螺紋升角： á = arctan
t
eD 2
= 5.74? ，在 5? ~ 9? 之間，符合使用條件
展開長度： L =
eD 2n
cosá
≈ eD 2n = 155mm
驗算穩(wěn)定性： b =
H 0
D 2
= 2 ≤ [b] = 3.7 ，故 C 值符合要求
疲勞強度校核：? max =
8KD 2
3
Pn =
8 ×1.31× 9
3.14 ×1.83
×126.8 = 653MPa? [? ]e
彈簧滿足條件，可用。
10）軸承的選取與校核
由輸出軸直徑與軸所受的載荷，初選軸承為 GB/T292—1994
7004AC 角接觸球軸承，
主要尺寸為 d = 22mm, D = 44mm, B = 12mm
由于軸承所受的最大徑向力為 Fr = Pn = 126.8N ，
軸向力主要為軸的軸向竄動，可認為 Fa / Fr ≤ e ，故 P = Fr = 126.8N 。
由機械的工作情況查表可得 軸承在此離合器中壽命為 4000 ~ 8000h
而由：
Lh =
( )
60n P
n 取最高轉(zhuǎn)速 8000r / min ， ? = 3， P = 126.8N ，此軸承的基本額定載荷 Cr = 10.5KN 。
極限動載荷 Cj =
fh ? fd
fn ? ft
? P
fh ——壽命系數(shù)，由軸承要求壽命查表取得 2.52
fn ——轉(zhuǎn)速系數(shù)，由輸出軸最高轉(zhuǎn)速查表取得 0.16
fd ——動載荷系數(shù)，由軸承工作環(huán)境情況查表取得 1.4
ft ——溫度系數(shù)，由軸承估計工作溫度查表取得 1
計算得 Cj = 2.796KN ，得 Cj? Cr ，故軸承滿足工作條件。
11）螺釘與墊片
根據(jù)實際使用情況，選擇 GB/T65—2000
M4 開槽圓柱頭螺釘 6 個，M6 開槽圓柱頭螺
釘一個，GB/T29.1—1988
M4 六角頭頭部帶槽螺栓兩個；GB/T894.1—1986
A 型軸用彈
性擋圈一個；GB/T95—2002
C 級平墊圈七個；GB/T855—1988
17
雙耳止動墊圈兩個。
106C?
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12）膠粘劑的選擇：
石棉與滑塊，石棉與被動盤的連接均使用膠粘劑，根據(jù)離合器各項性能參數(shù)，為保證
穩(wěn)定持久和高強度粘接，選用熱固性樹脂：環(huán)氧—聚硫橡膠類膠粘劑。
3.3 綠籬修剪機刀片及其保護殼的設(shè)計
現(xiàn)有的綠籬修剪的刀具形式主要有旋轉(zhuǎn)式刀具修剪和直線往復式刀具修剪兩種形式，
考慮成本及安裝空間的影響，選用直線往復式刀具的形式設(shè)計刀具。
直線往復式刀具主要是依據(jù)剪刀原理，通過兩個刀片的相對運動，實現(xiàn)側(cè)向刀刃的嚙
合，最終達到修剪的目的。目前市場上的刀片剪切的方式主要有兩種，一種是兩個刀片都
運動，一種是只有一個刀片運動。而刀片的運動多是通過將動力源傳出的旋轉(zhuǎn)動作轉(zhuǎn)換為
動刀片的直線往復運動。
出于成本以及刀具安裝空間的考慮，選用單刀動作的方式，采用曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)直線往
復運動。
（1）刀片結(jié)構(gòu)設(shè)計：
由于修剪寬度較大，故單個刀刃設(shè)計較大，一方面可以增加單個刀刃的強度，另一方
面也可以增強整個刀片的剛度，具體設(shè)計如圖 8 所示：
圖8 主刀片
刀片均采用 45 鋼材料，單刃長×寬= 20 ×16mm ，工作過程中，主刀組有效切削刀刃數(shù)
為 19 個，有效切削寬度為 0.7m ，側(cè)刀組有效切削刀刃數(shù)為 19 個，有效切削寬度為 0.7m ，
刀刃中心線間距 32mm ，則刀片相對運動行程為 100mm。刀刃切削的重復度按 50%計算，
則切屑速度為1000次 / 分鐘，一次往復運動實現(xiàn) 2 次切割，每分鐘剪切 1000 次，則刀片往
復運動為 500次 / 分鐘。
（2）刀片保護殼設(shè)計：
由于考慮到操作人員的安全性及對刀片的保護，因此本次設(shè)計針對單刃綠籬修剪機的
特性設(shè)計了如圖所示的刀片保護殼，具體設(shè)計如圖 9 所示
18
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圖9 刀片保護殼
該刀片保護殼還可以根據(jù)綠籬修剪機的用途進行改造，例如，當需要當成茶樹修剪機
的時候該保護殼可以設(shè)計成茶葉收集裝置，方便茶葉的采集，真正的實現(xiàn)一機多用。
3.4 減速器的設(shè)計計算與校核
本次設(shè)計的適用于單刃綠籬修剪機的減速器如圖 10 所示
圖10 圓柱齒輪減速器
圓柱齒輪的設(shè)計
（1）選擇材料，確定試驗齒輪的疲勞極限應(yīng)力：
參考表 16.2-59、60、65，選擇齒輪材料為：
小齒輪：38SiMnMo，調(diào)質(zhì)，硬度 320～340HBS
大齒輪：35SiMn，調(diào)質(zhì)，硬度 280～300HBS
由圖 16.2-17 及圖 16.2-26，查得：
σH lim 1 = 790N/mm2，
σH lim 2 = 760N/mm2，
σFE1 = 640N/mm2，
σFE 2 = 600N/mm2，
（2）按接觸強度初步確定中心距，并初步選主要參數(shù)。
19
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按表 16.2-33
a ≥ 483(u + 1)3
KT 1
2
小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1：
T1=9550
P
n1
=9550 ×
1.5
3625
=3.9517N · m
載荷系數(shù)：
K=1.5
齒寬系數(shù)：
Φa=0.4
齒數(shù)比：
u=5.1
許用接觸應(yīng)力：
按表 16.2-33 óHP =
óH lim
SH min
，取最小安全系數(shù) SH min = 1.1，按大齒輪計算
σHP 2 =
760
1.1
=691N/mm2
將以上數(shù)據(jù)代入計算中心距的公式得
a ≥ 55.89mm
圓整為標準中心距 a=56mm
mn =（0.007～0.02）a=(0.392～1.12)mm
取 mn =1mm
取β=90，cosβ=0.988
z1 =
2a cos β
mn(u + 1)
= 15.49
取 z1=9，z2=46
精求螺旋角β
cosβ=
mn( z1 + z 2)
2a
=0.491
mt=
mn
cos β
=2.04mm
d1=mtz1=18.36mm
b=Φaa=22.4mm
20?aóHPu
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（3）校核齒面接觸疲勞強度
按表 16.2-34
σH = ZHZEZεβ
Ft u + 1
bd1 u
KAKVKHβKHα
分度圓上的圓周力：
Ft=
2T1
d1
= 430N
使用系數(shù)：
KA=1.5，查表 16.2-36，
動載系數(shù)：
按式 16.2-12
Kν = 1 + (
KA
K1
Ft
+ K 2
b
)
z1ν u 2
100 1 + u 2
ν =
πd1n1
60 ×1000
= 3.48m/s
按表 16.2-39
K1=39.1，K2=0.0193
將有關(guān)數(shù)值代入公式得
Kν = 1.33
齒向載荷分布系數(shù)：
b
按表 16.2-40， KHβ =1.12+0.18 ( ) 2 +0.23 ×10-3 b =1.40
d1
齒向載荷分配系數(shù)：
查表 16.2-42， KHα = 1.2
節(jié)點區(qū)域系數(shù)：
查表 16.2-15，ZH=2.47
查表 16.2-43， ZE = 189.8 N / mm 2
接觸強度計算的重合度及螺旋角系數(shù) Zεβ :
當量齒數(shù)：
zν1 =
z1
cos3 β
=76.03
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zν 2 =
z 2
cos3 β
= 388.6
當量齒輪的端面重合度：
εva = εα1 + εa 2 ，查圖 16.2-10 得
εα1 = 0.83， εα 2 = 0.91，所以， εva = 1.74
查圖 16.2-11，縱向重合度 εβ = 1.55
查圖 16.2-16， Zεβ = 0.76
將以上各數(shù)值代入齒面接觸應(yīng)力計算公式得
σH = 798N/mm2
計算安全系數(shù)：
按表 16.2-34
SH =
σH lim ZNZLVRZWZX
σH
壽命系數(shù)：
ZNT=1，長期工作，取為無限壽命設(shè)計
潤滑油膜影響系數(shù)：
查圖 16.2-19， ν 40 = 220mm 2 / s ， ZLVR = 0.95
工作硬化系數(shù)：
取 ZW=1
接觸強度計算得尺寸系數(shù)：
查圖 16.2-22，ZX=1
將以上數(shù)值代入安全系數(shù)的計算公式得
SH1=1.13，SH2=1.16
SH> SH min ，故安全
（4）校核翅根彎曲疲勞強度
按表 16.2-34
σF =
Ft
bmn
KAKVKFβKFαYFSYεβ
彎曲強度計算的在和分布系數(shù)：
KFβ = KHβ =1.49
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彎曲強度計算的載荷分配系數(shù)：
KFα = KHα = 1.2
復合齒形系數(shù)：
查圖 16.2-23，得 YFS1=4,.03，YFS2=3.96
彎曲強度計算的重合度與螺旋角系數(shù)：
查圖 16.2-25， Yεβ = 0.63
將以上各數(shù)值代入齒根彎曲應(yīng)力計算公式得
σF1 = 172N/mm2
σF2 = óF1
YFS 2
YFS1
= 169N/mm2
計算安全系數(shù)：
按表 16.2-34
SF =
σFEYNTYδrelTYRrelTYX
σF
壽命系數(shù)：
YNT = 1，長期工作，取為無限壽命設(shè)計
相對齒根圓角敏感系數(shù)：
查圖 16.2-23，查表 16.2-48， YδrelT1 = YδrelT2 = 1
相對齒根表面狀況系數(shù)：
查表 16.2-71，齒面粗糙度 Ra1=Ra2=1.6um，按式 16.2-2