電動茶園修剪機的設計

電動茶園修剪機的設計,電動茶園修剪機的設計,電動,茶園,修剪,設計 本科畢業(yè)設計任務書機電工程系 填寫時間：2015年1月1日課題名稱電動茶園修剪機的設計學生姓名專業(yè)、學號畢業(yè)設計基本要求、重點需要研究的問題要求：完成電動茶園修剪機的設計，該修剪機工作原理可行、同時具有輕便、安全、易攜帶等特點，完成1份15000左右設計說明書及2張A0的設計圖紙。主要內(nèi)容：完成電動茶園修剪機設計，包含電源的選擇、傳動系統(tǒng)的設計、主要工作部件的設計。 需要解決的關(guān)鍵問題：考慮修剪機輕便、安全等特點。計劃進度安排（1）查找、了解相關(guān)資料，并完成開題報告。3.0周（2）查找資料并確定設計的方案及論文大綱。2.0周（3）完成總體設計及零部件的設計及零配件選型及圖紙的繪制。6 周（4）整理平時收集的資料并完善設計說明書。3.0周（5）答辯及其準備。1.0周應收集的資料及主要參考文獻茶園修剪的農(nóng)業(yè)要求蓄電池、電機的選用常見機械機構(gòu)的選擇機械傳動相關(guān)資料機械設計手冊指導教師（簽名）： 職稱：副教授 系（教研室）主任（簽名）：分管院長（簽章）：本科畢業(yè)設計開題報告設計題目： 電動茶園修剪機的設計 專業(yè)年級： 11級機械設計制造及其自動化 學 號： 116712147 姓 名： 指導教師、職稱： 2015年 1 月 23 日一、本設計課題的目的意義，主要及擬解決的關(guān)鍵性問題（附參考文獻）茶起源于中國，栽培歷史已有三千多年， 是人類三大飲品之一，消費量超過咖啡和可可。飲茶有益于人的身體健康，其主要作用是：興奮解倦，利尿明目，解毒止渴，消食去膩，益思少睡，增加營養(yǎng)，抵抗衰老，降壓減肥，強化血管，抑癌。宋代大詩人蘇東坡深有體會“人不可一日無茶”，著名營養(yǎng)學家于若木稱“茶是大自然給予人類的最好的飲料”，日本人則稱茶為“原子時代的飲料”。茶樹修剪機是茶園管理專用作業(yè)機械，用于茶樹的輕修剪、定型修剪、深修剪、重修剪等作業(yè)場合。以往，茶樹修剪多是用修枝剪刀進行手工修剪，費時費力，作業(yè)質(zhì)量較差。對于機械化茶園來說，要保證樹冠整齊，形成理想的茶樹采摘面，實現(xiàn)機械化采茶，就必須采用機械化修剪作業(yè)。由于我國茶葉歷史悠久，種植地域廣泛，迫切需要機械修剪器具來代替手工修剪，機械修剪是解決勞動力不足和降低生產(chǎn)成本的根本途徑。電動茶園修剪機的設計即針對茶樹修剪面臨的問題及現(xiàn)有修建設備的不足等研究出的一種新型的修建機械設備，并對整機各結(jié)構(gòu)部件進行協(xié)調(diào)，對修剪機所用的刀片材料、結(jié)構(gòu)進行分析，研制配套的傳動系統(tǒng)，相應的帶輪，電源的選擇及其他部件的設計，并進行計算和裝配圖的繪制。擬解決的關(guān)鍵問題：考慮修剪機輕便、安全等特點。參考文獻：1西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室.機械設計第八版.高等教育出版社.2002：395-773.2吳宗澤，羅圣國.機械設計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社.2006.3南京林產(chǎn)工業(yè)學院.木材切削原理與刀具M.北京：中國林業(yè)出版社.1993：177-181.二、本設計課題的主要設計、預期設計結(jié)果主要設計內(nèi)容：完成電動茶園修剪機設計，包含電源的選擇、傳動系統(tǒng)的設計、主要工作部件的設計。預期設計結(jié)果：代替手工修剪，使茶樹修剪簡潔方便，提高工作效率。三、設計方法和步驟1、查閱并收集資料，確定電動茶園修剪機設計的總體方案；2、確定電動機及電源系統(tǒng)的選擇；3、確定傳動系統(tǒng)及其他主要部件的設計；4、利用CAD繪制出總裝配圖以及零部件圖；5、編寫設計說明書。四、設計工作的總體安排及進度2015年1月23日：查找、了解相關(guān)資料，并完成開題報告；2015年3月20日：確定本設計的總體方案及論文大綱；2015年4月25日：完成總體設計及零部件的設計或選型及圖紙的繪制；2015年5月1日：整理平時收集的資料并完善設計說明書；2015年5月16日：提交畢業(yè)設計說明書及相關(guān)圖紙，準備論文答辯。五、指導教師審查意見：簽字： 年月日六、系(教研室)審查意見： 簽字： 年月日七、學院審查意見： 分管院長簽章： 年月日說明書 設計題目： 電動茶園修剪機的設計 專業(yè)年級：機械設計制造及其自動化2011級 學 號： 116712147 姓名： 指導教師、職稱： 2015 年 5 月 27 日目錄摘要IAbstractII1緒論- 1 -1.1 茶園修剪機的發(fā)展- 1 -1.1.1國內(nèi)外電展概況- 1 -2系統(tǒng)的設計方案- 3 -2.1總體結(jié)構(gòu)- 4 -2.1.1主要技術(shù)參數(shù)- 5 -3動力選取- 6 -4.傳動部分的設計- 7 -4.1齒輪設計- 7 -4.1.1試求小齒輪分度圓直徑- 7 -4.1.2計算載荷系數(shù)- 7 -4.1.3按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑- 7 -4.1.4按齒根彎曲強度設計- 8 -4.2軸的設計與強度校核計算- 9 -4.2.1求作用在齒輪上的力- 10 -4.2.2按扭轉(zhuǎn)強度條件效核- 11 -4.2.3選擇軸承- 12 -4.2.4初步計算當量動載荷- 12 -4.2.5求基本額定動載荷- 12 -4.2.6滾動軸承的驗算- 12 -5 背架的設計及其他部件的選擇- 14 -6 結(jié)論- 15 -參考文獻- 16 -致 謝- 17 - 摘要茶園修剪機是一種小型茶園修剪器械。每年，茶園必須進行修剪，這對維 護茶園旺盛的生長，加強樹冠新梢的密度，有著良好的作用，并能達到培育有要求的樹冠面。因此，修剪是茶園生長的主要技術(shù)措施之一?，F(xiàn)有茶園修剪機存在著手持部分重量過重，勞動強度大的缺點。本文設計了一種便攜式雙刃面往復式茶園修剪機，采用電機為動力，通過減速裝置傳遞到工作部分，與執(zhí)行機構(gòu)連接。減速器采用直齒圓柱齒輪，減速器將動力傳到曲柄滑塊機構(gòu)，由曲柄 滑塊機構(gòu)帶動切割刀片做往復運動，切割刀片根據(jù)實地調(diào)研設計成與現(xiàn)種植茶園植物的寬幅相應的寬度，采用單動、雙面刃刀片。本文所設計的往復式茶園修剪機能在很大程度上降低勞動者的作業(yè)難度。本文所設計的手提往復式茶園修剪機具有以下特點：1、機體自帶電機,外接電源，適應性強，操作安全。2、減輕了工人操作時勞動的強度。3、作業(yè)質(zhì)量較好，性能穩(wěn)定。4、一機多用，既可用作茶園修剪整形，又可作為茶樹修剪。5、適應范圍廣關(guān)鍵詞：茶園修剪機；電動；方便；環(huán)保 AbstractHedge trimmer is a small garden pruning machinery each year, the hedge must be trimmred, which maintains. Hedge exuberant growth, enhance the density of the canopy shoots, have a good effect, and can meet the requirements of the canopy surface nurturing. Therefore, Hedge trimmer is the growth of the main technical measures. There is an existing hedge trimmers hand some of the weight is too heavy, labor-intensive shortcomings. This paper presents a double-hedgde surface portable reciprocating hedge trimmers, power section using portable structure, using a small internal combusion engine, the power transmitted through the shaft to the working parts are connected with reducer. Using spur gear reducer, reducer will power to the slider-crank mechanism, slider-crank mechanism driven by a reciprocating cutting blade, cutting blade is desgned based on field research with the existing hedgerow planting width corresponding to the width of the plant, single action, double-hedged blade. This article is designed reciprocating hedge trimmer function largely reduce worksneat crown job. This design of this portable reciprocating hedge trimmers have the following characteristics.1:The body comes generators, power without an external power supply, adaptable, safe operation.2:Reducing the labor intensity of workers when operating.3:The job quality is better and stable performance.4:A multi-purpose machine, both as a hedge trimmer shaping, but also as a lawn edges.5:Wide.Keywords: Hedge; Trimmers; Reciprocating; Reduce - 16 -1緒論1.1 茶園修剪機的發(fā)展1.1.1國內(nèi)外電展概況茶園修剪機的知名品牌主要有 STIHL、HUSQVARNA和HOMELITE 等。美國RYOBI公司生產(chǎn)的HT系列茶園修剪機有3個型號,即HT816R、 HT818R和HT822R,都使用工頻交流電動機,HT822R的功率為348 W,重量2.7 kg,修剪枝條最大直徑9.5mm。HUSQVARNA生產(chǎn)的600HEL型茶園修剪機,功率600W,重量3.3 kg,修剪枝條直徑為1.4 cm,割幅55cm。德國STIHL生產(chǎn)的鋸鏈導板式高枝剪,功率0.9 kW,重量6.7 kg,裝在伸縮桿上可用于修剪高 或?qū)挼牟鑸@。日本小松公司生產(chǎn)的E7B70和HT750型，具有體積小、質(zhì)量輕、噪音小和工作效率高等特點。我國對于茶園修剪機的研制起步比較早，有如下幾種類型，比如北京園林機械廠研制的以中頻電機動力的雙動往復刀片式，上海園林工具廠研究的電動旋刀式。我國生產(chǎn)的LJ3型便攜式茶園修剪機由二沖程小汽油機驅(qū)動,功率0.75kW,切割裝置為雙刀片往復式,每分鐘往復1000次,修剪枝條直徑15mm,割幅500mm,重量8kg。目前在我國采用的是各種茶園修剪機，主要有手持式、背負式和機載自行式等幾種，由于修剪茶園和茶樹造型的作業(yè)地點變化較大，多采用以內(nèi)燃機為動力的設備，也有一些小型的修剪設備以電動機為動力，1.1.2 對茶園修剪機識茶園修剪機又稱茶園機，是指以汽油機或電動機為動力用作茶園的修剪、整形等專用的機械，主要用于茶園修剪。茶園修剪機按其動力可分為手持式汽油修剪機和手持式電動修剪機；按刀刃數(shù)量又分為單刃茶園修剪機和雙刃茶園修剪機。目前以小型汽油機為動力的茶園剪機是主流產(chǎn)品。茶園修剪是人為地抑制頂端主枝生長優(yōu)勢的措施，可刺激著生部位較 低的芽萌電新技，增強樹勢，培養(yǎng)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹冠。茶園修剪方法主要有幼齡茶園的定形修剪、成齡茶園的輕修剪與深修剪，衰老茶園的重修剪等。我國以往的茶園修剪多是采用人工修枝剪進行的，費時費力，作業(yè)質(zhì)量較差。從70年代中期開始研制茶園修剪機，目前已有單人、雙人和重修剪機等機種。本文是根據(jù)單人修剪機修改進行設計電動式的單人茶樹修剪機，而單人修剪機是由 一人手提操作，主要用于茶園的輕修剪和深修剪，同時,也可用作機械化茶園的修邊，使 茶園行間留出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。70 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茶園修剪機，就是以汽油機帶動的中頻電電機組為電源，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。這種修剪機由動力、傳動機構(gòu)、減速機構(gòu)等組成。 動力為0.75kw小汽油機切割器使用往復式刀片，動，往復頻率為1000次/分。整機重量5公斤，工作時由一人手提操作，產(chǎn)生的動力，通過離合器、減速器和偏心凸輪帶動刀片作往復運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對茶樹的切割，每小時可修剪茶地0.3畝左右。由于使用的汽油機應用了膜片式汽化器，并且吸油裝置采用軟管形式，使進油口在任何時候均可處于油箱內(nèi)最低處，因此，可保證電動機能正常工作。由于刀片鋒利，轉(zhuǎn)速高，所以直徑在10毫米以下的枝條，可一刀利落地切斷。修剪后的蓬面整齊，能修剪出所要求的形狀，修剪質(zhì)量大大超過人工。在我國廣大茶園，尤其在山區(qū)中特別適用。圖1-1 單人手提式茶園修剪機2系統(tǒng)的設計方案根據(jù)圖1-1修改設計的電動茶園修剪機首先要通過一個動力源將動力傳遞出去。為了讓往復式剪刀片達到所需要的速度，傳遞出去的動力應通過減速機構(gòu)傳遞給轉(zhuǎn)換機構(gòu)再傳遞到執(zhí)行構(gòu)件。 圖2-1電動茶園修剪機的結(jié)構(gòu)組成 本文可用的方案可分為蓄電池置于機架桿上和置于背架上兩種，因此該機器有以下幾種可能的方案可供選擇：a電瓶和電機組合，且電瓶和電機都置于機架上的方案,；由于電瓶的能量密度不高不適于較長時間的工作，且電瓶和電機的尺寸空間和重量受到限制因此影響切削的進行。b將電機置于機架上，考慮到使用時的方便性，把電瓶放在背部背著。這樣不僅整體的空間更大，也使整機更加輕巧，所以此方案為更好。 圖2-2a方案a的設計 圖2-2b方案b的設計 執(zhí)行機構(gòu)的方案：執(zhí)行機構(gòu)主要是刀片，刀片有圓盤鋸和往復式刀片，本文采用的是單動雙刃往復式刀片。圖2-3 往復式刀片最終的方案：確定總方案為電機置于機架上，電瓶放在背部背著，刀片為單動雙刃往復式刀片。2.1總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)由以下幾個方面組成（結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-4所示）：（1）動力源： 電動機；（2）減速機構(gòu)：齒輪減速器；（3）執(zhí)行機構(gòu)：往復式刀片機構(gòu)；（4）傳動機構(gòu)：主要是轉(zhuǎn)動軸；圖2-4 總體布置圖圖2-4 總體布置圖2.1.1主要技術(shù)參數(shù)剪切力F=100N；切割幅寬750mm（茶樹寬大約1000mm）；剪切最大直徑10mm；刀片切割頻率1000次/min；整機重8kg（根據(jù)所選材料并稱量所得，機器5kg，電瓶3kg）效率：0.3畝/小時；3動力選取修剪過程中的功率：本文采用無刷直流電動機為動力，刀片為單動雙刃往復式刀片。由上文提到汽油機式的修剪機功率為0.75KW，由此查找相匹配的無刷式直流電動機功率為0.8KW，電機轉(zhuǎn)速為4000r/min,由上文結(jié)構(gòu)圖2-1可以了解總體機構(gòu)為3級傳動，則有=123，根據(jù)主要技術(shù)參數(shù)可知刀片切割頻率為1000次/min因此傳動比取4為合適。計算傳動裝置傳動比計算為： i=nm/nw=4000/1000=4 n2=n1/i=4000/4=1000r/min n3=n2=1000r/min電機的選擇所選電機型號：10DK230-12圖3-2 電機構(gòu)造圖 4.傳動部分的設計4.1齒輪設計該機一天工作8小時，工作年限為10年，鋸切工作較平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。齒輪傳動有直齒和圓錐齒。電動茶園修剪機為往復式剪刀切，沖擊較小，工作速度不是很高，故可選用7級精度。根據(jù)1選擇直齒圓柱齒輪為45號鋼。硬度為240HBS，而齒輪的材料為20Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為56-60HRC，精度等級為7級。按硬度下限值，由1中圖10-21（d）中的MQ級質(zhì)量指標查的lim1=lim2=600MPa；由2圖10-20（d）中的MQ級質(zhì)量指標查得EF1=EF2=420Mpa, Flim1=Flim2=200MPa選小齒輪齒數(shù)Z1=14，大齒輪齒數(shù)Z2=414=564.1.1試求小齒輪分度圓直徑由1中設計計算公式（109a） 進行試算。既;d1t2.323(KtT1/du+1/uZHZE/H) (4-1)4.1.2計算載荷系數(shù)根據(jù)V=4.68m/s，7級精度，由1圖10-8查得動載荷系數(shù)Kv=1.14直齒輪KHa=KFa=1.2,由1表10-2查得使用系數(shù)Ka=2由1表10-4查得7級精度，小齒輪相對于支承非對稱布置時，KHb=1.423由b/h=11.17/2.79=4.00，KHb =1.423查1圖10-13得KFb=1.38故 : K=KaKvKHaKHb=21.141.21.423=3.894.1.3按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑由式1（10-10a）得m=d1/z1=26.46/18=1.47 (4-6)4.1.4按齒根彎曲強度設計由式1（10-5）得彎曲強度的設計公式為m(2KT1/d(YFaYsa/F)1/3 (4-7)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值1）由1圖10-2c查得FE1=420MPa；FE2=420MPa；2）由1圖10-18查得系數(shù)KFN1=0.87；KFN2=0.90；取安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得F1= KFN1FE1/S=(0.87420)/1.4=261F2= KFN2FE2/S=(0.90420)/1.4=270載荷系數(shù) K=3.773）查齒形系數(shù) YFa1= 2.91；YFa2=2.236；4）查應力校正系數(shù)由1表10-5查得Ysa2=2.45Ysa1=1.53；5）計算大、小齒輪的F并加以比較YFa1Ysa1/F1=(2.911.53)/261=0.01956YFa2Ysa2/F2=(2.2361.754)/270=0.01453小齒輪的數(shù)值大設計計算m(2KT1/d(YFaYsa/F)1/3 (4-8)=1.289綜合分析考慮，取 m=1.5 d1=21mm算出小齒輪齒數(shù)Z1=d1/m=21/1.5=14大齒輪的齒數(shù) Z2=uZ1=414=56這樣設計出來的齒輪傳動，即滿足了接觸疲勞強度，又滿足了齒根疲勞強度。幾何尺寸計算計算分度圓直徑d1=z1m=141.5=21d2=z2m=561.5=84a=(d1+d2)/2=52.5計算齒輪寬度b=dd1=0.521=10.5B1=6 B2=8驗算Ft=2T1/d1=23300/27=102.22NKaFt/b=2102.22/13.5=15.14N/mm24000h (4-16)由此可見，軸承的壽命高于預期計算壽命，符合要求。5 背架的設計及其他部件的選擇1）根據(jù)減速器和電動機得尺寸來初步確定背架的外型2) 保護罩3) 齒輪罩4) 背帶5) 控制架6）蓄電池的選擇圖5 配電接線6 結(jié)論畢業(yè)設計是我們專業(yè)課程綜合應用實踐訓練，是從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。我今天認真的進行畢業(yè)設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。說實話，畢業(yè)設計真的有點累。然而，當我一著手清理自己的設計成果，慢慢回味這幾個月的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。雖然這是我剛學會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中“春眠不知曉”的感悟。 通過畢業(yè)設計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致。畢業(yè)設計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂：有幾次次因為不小心我計算出錯，只能毫不留情地重來但一想起全臘珍教授平時對我們耐心的教導，想到今后自己應當承擔的社會責任，想到世界上因為某些細小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提示自己，一定呀養(yǎng)成一種高度負責，認真對待的良好習慣。這次畢業(yè)設計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練， 短短幾個月的畢業(yè)設計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應用所學的專業(yè)知識能力是如此的不足，幾年來的學習了那么多的課程，今天才知道自己并不會用。想到這里，我真的心急了，老師卻對我說，這說明畢業(yè)設計確實使你有收獲了。老師的親切鼓勵了我的信心，使我更加自信。 最后，我要感謝我的指導老師教授，是您嚴厲批評喚醒了我，是您的敬業(yè)精神感動了我，是您的教誨啟發(fā)了我，是您的期望鼓勵了我，我感謝老師您今天又為我增添了一幅堅硬的翅膀。今天我為你們而驕傲，明天你們?yōu)槲叶院?。參考文獻1西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室.機械設計第八版.高等教育出版社.2002：395-773.2吳宗澤，羅圣國.機械設計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社.2006.3南京林產(chǎn)工業(yè)學院.木材切削原理與刀具M.北京：中國林業(yè)出版社.1993：177-181.4肖正福，劉淑琴，胡宣萱.木材切削刀具學M.哈爾濱：東北林業(yè)大學出版社.1993：383-387.5劉學龍，金洪，于濤，5ZDB-185A型便攜式電動園林整枝機J.林業(yè)機械于木工機械，2000，（8）：32-33.6H李斯特A匹辛格.內(nèi)燃機設計總輪M.機械工業(yè)出版社，1983：286-292.7溫松明.互換性與測量技術(shù)基礎M.湖南大學出版社，2003：8-17.8洪鐘德.簡明機械設計手冊M.同濟大學出版社，2002：395-773.9木工技術(shù)問答編寫組.木工技術(shù)問答M.北京出版社，1986：82-128.10中國建筑西南設計院，四川省建筑科學研究院，重慶建筑工程設計院.木結(jié)構(gòu)設計手冊，1993：1-17.11 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學M. 高等教育出版社,2002.12 朱東梅,胥北瀾.畫法幾何與機械制圖M.北京: 高等教育出版社,2001.13 Johan n BorensteinExperimental Results from Internal Odometry ErrorCorrection with the OmniMate Mobile RobotJIEEE Translations onRobotics and Automation199814(6)：963969.14 王先魁.機械制造工藝學M.北京: 機械工業(yè)出版社,1995.15 楊旭,王兆安.開關(guān)電源技術(shù)M.北京:機械工業(yè)出版社,2004.16 劉晉春,趙家齊，趙萬生.特種加工M.北京: 機械工業(yè)出版社,2004.致 謝畢業(yè)設計是對我們知識運用能力的一次全面的考核，也是對我們進行科學研究基本功的訓練，培養(yǎng)我們綜合運用所學知識獨立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學術(shù)論文和工作打下良好的基礎。本次設計能夠順利完成，首先我要感謝我的母校，是她為我們提供了學習知識的土壤，使我們在這里茁壯成長；其次我要感謝工學院的老師們，他們不僅教會我們專業(yè)方面的知識，而且教會我們做人做事的道理。最后感謝校方為我們提供一個良好的環(huán)境，使本次設計圓滿完成。1 前言 .3 2 設計思想 .4 2.1 總體方案設計 .5 2.1.1 總體結(jié)構(gòu) .5 2.1.2 傳動路線 .5 4.傳動部分的設計 .9 4.1 齒輪設計 .9 4.1.1 設計功率 .9 4.1.2 選定帶型 .9 4.1.3 確定齒輪的基準直徑 dd1并驗算帶速 V.9 4.1.4 確定齒輪的中心距 a 和基準長度 .9 4.1.5 包角計算 .9 4.1.6 齒輪根數(shù)計算 .10 4.1.7 計算單根齒輪的初拉力得最小值 .10 4.1.8 計算壓軸力 Fp.10 4.2 齒輪設計 .10 4.2.1 試算小齒輪分度圓直徑 .10 4.2.2 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 .10 4.2.3 計算圓周速度 .11 4.2.4 計算齒寬與齒寬齒高之比 bh.11 4.2.5 計算載荷系數(shù) .11 4.2.6 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 .11 4.2.7 按齒根彎曲強度設計 .11 4.3 軸的設計與強度校核計算 .13 4.3.1 求作用在齒輪上的力 .13 4.3.2 按扭轉(zhuǎn)強度條件效核 .14 4.3.3 選擇軸承 .17 4.3.4 初步計算當量動載荷 .17 4.3.5 求基本額定動載荷 .17 4.3.6 滾動軸承的驗算 .17 5 背架的設計及其他部件的選擇 .18 6 結(jié)論 .19 參考文獻 .19 致 謝 .20 Comment A1: Comment A2: Comment A3: Comment A4: Comment A5: 1 電動茶園修剪機的設計 摘要：為實現(xiàn)修剪工作的現(xiàn)代化，國內(nèi)外研制了不少電動茶園修剪機。然而在茶園修剪機系 列中，對電動茶園修剪機的研究尚處于薄弱環(huán)節(jié)，為了減輕廣大茶園工作者的工作強度，提高工 作效率，研究一種用動力代替人工清除的電動茶園修剪機具有重要的意義。為了解決以上的問題， 我們以電動機為動力源，動力通過軸傳給錐齒輪然后帶動圓盤鋸修剪電動，切削力度大；采用支 撐桿，效果好。 關(guān)鍵詞：茶園修剪機；電動；設計；高效率 Comment A6: 2 Abstract: To realize the modernization of cutting work at home and abroad, many cutting machines are developed. However, in cutting machine series, the study of shrubs cutter remains weak links, to reduce the mountain forest workers work strength and improve work efficiency, So studying a kind of with the power to replace artificial clear mountain shrub cutting machine has the vital significance.In order to solve the above problems, we use petrol engine to power sources, the power through the shaft to bevel gear and then drive disc curium cut shrubs, cutting strength big, can cut 40 shrub; Using support bar, the effect is good. Keyword: knapsack; shrubs cutting machine; shrubs; design; efficient Comment A7: Comment A8: Comment A9: 不通順 Comment A10: 機械化 Comment A11: Comment A12: Comment A13: Comment A14: Comment A15: Comment A16: Comment A17: Comment A18: Comment A19: 3 1前言 在當今社會，追求效率已經(jīng)是市場經(jīng)濟主宰下的一個普遍的現(xiàn)象。正如工廠會追求效率以求 達到最大的利潤，政府會追求政府官員辦事效率以求在最短的時間內(nèi)滿足群眾的需求來塑造一個 服務性政府所以，在效率至上的社會中，節(jié)省辦事所耗費的時間就是金錢，就是生命。在現(xiàn) 實生活中，維護茶園的綠化正是一件耗費大量人力物力的事情，同時也是一件復雜無比的工作。 電動修剪，除蟲等，這些過程是一個都不能省的，因此，如何在這些過程中提高電動茶園修剪機、 等工具的科技含量，工作效率，操作性能等，這些都是當今時代所重點研究的課題。 為實現(xiàn)修剪工作的現(xiàn)代化，國內(nèi)外研制了不少茶園修剪機。這些修剪切機可以應用于廣大茶 園插場所。然而在茶園修剪機系列中，對電動茶園修剪機的研究尚處于薄弱環(huán)節(jié)，而現(xiàn)代化電動 修剪要求越來越強烈。一是因為樹木本身生長的需要，二是因為電動有些影響總體美觀，對茶園 工作者的工作造成了一定的影響，故這些電動必須除去。而現(xiàn)有的電動清除技術(shù)仍不夠效率，人 工勞動強度大，清除效果也不太好（容易殘留一些電動） 。由此可見，研究一種用動力代替人工清 除的電動茶園修剪機具有重要的意義。 就電動茶園修剪機的研制而言，現(xiàn)在尚未發(fā)現(xiàn)國外的定型產(chǎn)品及有關(guān)研究資料。國內(nèi)某些園 林實業(yè)公司曾生產(chǎn)過一些電動茶園修剪機，使用性能欠佳，達不到使用要求，沒有被廣泛使用， 現(xiàn)在廠家已經(jīng)停產(chǎn)。本設計在一定程度上更加提高了電動茶園修剪機的科技含量，因此，該電動 茶園修剪機的設計目的，一方面，是為了能夠盡可能的進一步將物理原理和傳感、人工智能等的 新科學技術(shù)應用到各種行政領域和密切的我們的日常生活。這樣，在普通的生活中，我們就能夠 與新科技更加接近，這樣在一方面也能促進更多的人進行科學研究，有一定的教育意義。 本人從電動茶園修剪機出發(fā)，是因為電動茶園修剪機是我們生活中十分普通的一件機器，但 在現(xiàn)實中，卻往往忽略了最大化地去發(fā)揮電動茶園修剪機的功能，為實現(xiàn)修剪工作的現(xiàn)代化，國 內(nèi)外研制了不少電動茶園修剪機。這些修剪切機可以應用于公共綠化場所、賓館機關(guān)、學校、企 業(yè)、高尚住宅等。然而在電動茶園修剪機系列中，對電動茶園修剪機的研究尚處于薄弱環(huán)節(jié)，而 現(xiàn)代化電動修剪要求越來越強烈。一是因為樹木本身生長的需要，二是因為電動有些影響總體美 觀，對園林工作者的工作造成了一定的影響，故這些電動必須除去。而現(xiàn)有的電動清除技術(shù)仍不 夠效率，人工勞動強度大，清除效果也不太好（容易殘留一些電動） 。由此可見，研究一種用動力 代替人工清除的園林電動茶園修剪機具有重要的意義。 為了解決以上的問題，我們以電動機為動力源，動力通過軸傳給錐齒輪然后帶動圓盤鋸修剪 電動，切削力度大，可剪 40 的電動；采用支撐桿，效果好。 Comment A20: 系統(tǒng)的設計方案 Comment A21: Comment A22: 畫出兩方案示意圖 4 2設計思想 這里所設計的電動茶園修剪機首先要通過一個動力源將動力傳遞出去。為了讓往復式剪刀片 達到所需要的速度，傳遞出去的動力應通過減速機構(gòu)繼續(xù)傳遞。經(jīng)前面減速機構(gòu)傳遞過來的動力 需再經(jīng)過轉(zhuǎn)換機構(gòu)傳遞到執(zhí)行構(gòu)件。通過分析得到電動茶園修剪機的組成框圖，如圖所示 圖 2-1電動茶園修剪機的結(jié)構(gòu)組成 此機可用的方案有電瓶電機、電動機作動力兩大類，而電瓶電機又可分為電機置于工作桿上 和置于背架上兩種，蓄電池動力源式可分為軟軸類傳動和軸類傳動，因此該機器有以下幾種可能 的方案可供選擇。 a電瓶電機組合，且電瓶電機都置于背架上的方案,；由于電瓶電機由于電瓶的能量密度不 高不適于較長時間的工作，且電機的尺寸又受重量限制因此扭矩的大小也因此而受到限制，從而 影響切削的進行。 b電瓶電機組合，將電機置于背架上的軟軸傳動方案,；由于軟軸傳動效率不如軸，且國內(nèi) 外軟軸應用較少，所以此方案不合適 c動力源采用電動機，將電動機置于背架上的軸傳動方案；電動機由于功率大、體積小、質(zhì) 量小且能輸出大的扭矩。相對電瓶電機的動力源有明顯的優(yōu)勢，考慮到使用時的方便性，采用軸 傳動的方案。將減速器置于背架上的以電動機為動力源的方案為最優(yōu)的方案。 執(zhí)行機構(gòu)的方案 最終的方案： Comment A23: 刪除 Comment A24: 總體布置圖 5 2.1總體方案設計 2.1.1總體結(jié)構(gòu) 總體結(jié)構(gòu)由以下幾個方面組成（結(jié)構(gòu)示意圖如下所示）： （1）動力源：指電動機 （2）減速機構(gòu)：指減速器; （3）轉(zhuǎn)換機構(gòu)：由聯(lián)軸器，軸，錐齒輪軸組成； （4）執(zhí)行機構(gòu)：剪刀機構(gòu) （5）支撐件：主要指電動茶園修剪機機身及背架； （6）電動茶園修剪機高度調(diào)節(jié)機構(gòu)：由控制桿和背架帶組成； （7）傳動機構(gòu)：主要是轉(zhuǎn)動軸； 2.1.2傳動路線 手提式電動茶園修剪機的傳動路線如圖 6所示，由（電動機）產(chǎn)生的動力經(jīng)過齒輪傳動到 （減速機）上，在經(jīng)（聯(lián)軸器）傳遞到主軸上，再經(jīng)過一對（錐齒輪）傳動將動力傳遞到 執(zhí)行機構(gòu)（往復式剪刀盤）上。 從此種傳動方案上可以看出有以下幾種優(yōu)點： （1）傳動路線簡單，緊湊，而且還能很好的保證大小齒輪的傳動比，從而保證修剪的速度。 （2）使用齒輪機構(gòu)，傳動效率高。 Comment A25: 茶園參數(shù)，切割速度 6 2.1.3主要技術(shù)參數(shù) 剪切力 F=4.2N， 剪切最大直徑 50mm， 效率：2 畝/小時 1.動力源 2.齒輪 3.減速器 4.聯(lián)軸器 5.主軸 6.執(zhí)行機構(gòu) 圖 6 傳動簡圖 7 3 動力選取 修剪過程中的功率： 本機采用電動機為動力，往復式剪刀鋸片，最高轉(zhuǎn)速約在 1000r/min 左右， 總效率 = 1 2 3 4 5 6 7=0.87， 1 2 3 4 5 6 7為從動力源到往復式剪刀片之間傳 動機構(gòu)和軸承效率，由 查的齒輪傳動 1=0.96。滾動軸承 2= 4= 6=0.97，圓柱齒輪傳動 3=0.97，齒輪傳動 5= 7=0.96。 故 Pd=P/=2.56/0.87=2.8 電動機轉(zhuǎn)速在 3000-6500r/min 左右，因此傳動比選 3-5 之間，取 4 為合適 電機的選擇 電機是把電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，廣泛的說，所有依靠電能工作的動力源都是電機。電機 的運動形態(tài)可以是直線的也可以是旋轉(zhuǎn)的，還可以是震動的，無論如何運動，都是因為電機能夠 產(chǎn)生電磁力。從供電形式上電機可分為交流電機和直流電機，本此設計采用的電機為直流旋轉(zhuǎn)式 電機。它由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成。 所選電機型號：10DK230-12 圖 3 電機外形圖 圖 3-1 電機外形圖 8 計算傳動裝置傳動比和分配各級傳動比 1）傳動裝置總傳動比 i=nm/nw=4000/1000=4 n2=n1/i=4000/4=1000r/min n3=n2=1000r/min 各軸輸出功率 按電動機額定功率 Ped計算各軸輸入功率 P Po=Ped=2.8 P1=P0 1=2.80.96=2.43KW P2=P1 2 3=2.430.970.97=2.21KW P3=P2 4 5=2.210.970.96=2.04KW P4=P3 6 7=2.04.960.97=1.98KW 各軸的轉(zhuǎn)矩 T0=9550P0/no=95502.8/4000=6.65Nm T1=9550P1/n1=95502.43/4000=6.43Nm T2=9550P2/n2=95502.21/4000=6.65Nm T3=9550P3/n3=95502.04/4000=6.65Nm T4=9550P4/n4=95501.98/4000=6.65Nm 9 4.傳動部分的設計 4.1 齒輪設計 電動機與減速器之間用普通齒輪傳動，電動機額定功率為 0.8kw，轉(zhuǎn)速 n1=4000r/min,減速器 的輸入轉(zhuǎn)速 n2=1000r/min，沖擊較小，每天工作 8 小時。 4.1.1 設計功率 根據(jù)工作情況由 1表 8-7 查的工況系數(shù) KA=1.1， Pd=KAP=1.12.8=2.96KW （4-1） 4.1.2 選定帶型 根據(jù) Pd=2.96KW 和 n1=4000r/min，由圖 8-11 選定 Z 型 計算傳動比 i i=n1/n2=1 4.1.3 確定齒輪的基準直徑 dd1并驗算帶速 V 小齒輪基準直徑 dd1由 1表 8-6 和 1表 8-8 取小齒輪基準直徑 dd1=50mm 帶速 v=d 1n1/601000=504000/601000=1.05m/s （4-2） 大齒輪基準直徑 dd2=60mm 4.1.4 確定齒輪的中心距 a 和基準長度 初定軸間距 0.7(dd1+dd2) a 02(d d1+dd2) （4- 3） 0.7(dd1+dd2) a 02(d d1+dd2) 取 a0=100mm 所需齒輪基準長度 Ld0=2a0+/2(d d1+dd2)+( dd2- dd1)/4a0=357mm (4- 4) 查 1表 8-2 選取 Ld=400mm mLd4 實際軸間距 aa 0+(Ld-Ld0)/2=100+(400-357)/2=121mm (4-5) 10 4.1.5 包角計算 1=180(dd2- dd1)57.3=180 (4-6) 4.1.6 齒輪根數(shù)計算 單根齒輪的基本額定功率： 根據(jù) dd1=50mm 和 n1=4000r/min 由 1表 84a 得 Z 型齒輪的 P1=0.26kw 額定功率的增量 P 根據(jù) n1=4000r/min 和 i=1 由 1表 84b 得 Z 型齒輪的 10P 根據(jù) 1=180查 1表 8-5 得 K=1 根據(jù) Ld=400mm 查 1表 8-2 的 K=0.87 所以齒輪的根數(shù) Z Z= Pd/(P1+P1)K KL ) =2.96/0.98=3 (4-7) 所以取 3 根. 4.1.7 計算單根齒輪的初拉力得最小值 F0=500(2.5/ K -1) Pd/(zv)+mv2 (4-8) 由 1表 8-3 查得 Z 型帶 m=0.06kg/m，所以 F0=500(2.5/ K -1) Pd/(zv)+mv2 =165N (4-9) 4.1.8 計算壓軸力 Fp 壓軸力的值為 Fp=2Z sina/2=990N0 4.2 齒輪設計 該機一天工作 8 小時，工作年限為 10 年，鋸切工作較平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。齒輪傳動有直齒和圓錐齒。 電動茶園修剪機為往復式剪刀切，沖擊較小，工作速度不是很高，故可選用 7 級精度。根據(jù) 選2 擇直齒圓柱齒輪為號鋼。硬度為 240HBS，而齒輪的材料為 20Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒 面硬度為 56-60HRC，精度等級為 7 級。按硬度下限值，由 中圖 10-21（d）中的 MQ 級質(zhì)量指2 標查的 lim1= lim2=600MPa；由 2圖 10-20（d）中的 MQ 級質(zhì)量指標查得 EF1= EF2=420Mpa, Flim1= Flim2=200MPa 選小齒輪齒數(shù) Z1=18，大齒輪齒數(shù) Z2=418=72 4.2.1 試算小齒輪分度圓直徑 由 中設計計算公式（109a） 進行試算。既1 d1t2.32 3(KtT1/du+1/uZHZE/H) (4-10) 11 4.2.2 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1) 試選載荷系數(shù) Kt=1.3 2) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1=9550P1/n1=95502.43/4000=6.43Nm 3) 由 1中表 10-7 選取齒寬系數(shù) d=0.5 N1=60n1jLh=601000(830010)=5.76109 (4-11) 由 1圖 10-19 查得接觸疲勞系數(shù) KNH1=0.90，K NH2=0.95 4) 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由 式（10-12）得1 H1= KNH1 Hlim1/S=0.90600=540MPa H2= KNH2 Hlim2/S=0.95600=570MPa d1t2.32 3(KtT1/ du+1/uZHZE/H) =22.34mm (4-12) 4.2.3 計算圓周速度 V=3.1422.344000/601000=4.68m/s (4-13) 4.2.4 計算齒寬與齒寬齒高之比 bh b=0.522.34=11.17mm 模數(shù) m=22.34/18=1.24mm (4-14) 齒高 h=2.251.24=2.79mm b/h=11.17/2.79=4.00 4.2.5 計算載荷系數(shù) 根據(jù) V=4.68m/s，7 級精度，由 圖 10-8 查得動載荷系數(shù) Kv=1.141 直齒輪 KHa=KFa=1.2,由 表 10-2 查得使用系數(shù) Ka=21 由 表 10-4 查得 7 級精度，小齒輪相對于支承非對稱布置時，K Hb=1.4231 由 b/h=11.17/2.79=4.00，K Hb =1.423 查 1圖 10-13 得 KFb=1.38 故載荷系數(shù) K=KaKvKHaKHb=21.141.21.423=3.89 4.2.6 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 由式 1（10-10a）得 m=d1/z1=26.46/18=1.47 (4-15) 12 4.2.7 按齒根彎曲強度設計 由式 1（10-5）得彎曲強度的設計公式為 m(2KT1/ d(YFaYsa/ F)1/3 (4-16) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1）由 1圖 10-2c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE1=420MPa；大齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE2=420MPa； 2）由 1圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.87；K FN2=0.90； 3） 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式（10-12）得 F1= KFN1 FE1/S=(0.87420)/1.4=261 F2= KFN2 FE2/S=(0.90420)/1.4=270 載荷系數(shù) K=3.77 4）查取齒形系數(shù) YFa1= 2.91；Y Fa2=2.236； 5）查取應力校正系數(shù) 由 表 10-5 查得1 Ysa2=2.45 Ysa1=1.53； 6）計算大、小齒輪的 F并加以比較 YFa1Ysa1/ F1=(2.911.53)/261=0.01956 YFa2Ysa2/ F2=(2.2361.754)/270=0.01453 小齒輪的數(shù)值大 設計計算 m(2KT1/ d(YFaYsa/ F)1/3 (4-17) =0.889 綜合分析考慮，取 m=1.5 d1=27mm 算出小齒輪齒數(shù) Z1=d1/m=27/1.5=18 13 大齒輪的齒數(shù) Z2=u Z1=414=72 這樣設計出來的齒輪傳動，即滿足了接觸疲勞強度，又滿足了齒根疲勞強度。 幾何尺寸計算 計算分度圓直徑 d1=z1m=181.5=27 d2=z2m=721.5=108 計算中心距 a=(d1+d2)/2=67.5 計算齒輪寬度 b= dd1=0.527=13.5 B1=15 B2=20 驗算 Ft=2T1/d1=21380/27=102.22N KaFt/b=2102.22/13.5=15.14N/mm24000h (4-25) 由此可見，軸承的壽命高于預期計算壽命，符合要求。 18 5 背架的設計及其他部件的選擇 1）根據(jù)減速器和電動機得尺寸來初步確定背架的外型。 2) 保護罩 為了起安全和避免木屑的飛濺，在圓盤鋸的外圍加上一工程塑料的保護罩。 3) 齒輪罩 為了防止灰塵和避免油污弄臟衣物，在齒輪外圍加上一工程塑料的齒輪罩。 4) 背帶 為了使工作者能舒適的使用此機器，在工作桿上加一背帶，工作者可以通過背帶將整個機器背負 肩上。 5) 控制架 為了便于操控工作桿，特在其上加以控制架，并置一開關(guān)在控制架上，用來控制電動機的工作與 否。 6) 離合器的設計 采用電磁離合器，通過開關(guān)來控制電動機的工作。 7) 鋸片的選擇 選擇長度為 650mm 的往復式剪刀片。 8）蓄電池的選擇 電池滿足相應標準的要求。密封鉛酸蓄電池滿足 JB/T10262 的要求。電動茶園修剪機配備 10Ah 電池。 圖 5 配電接線 19 6 結(jié)論 畢業(yè)設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一 個必不少的過程。“千里之行始于足下”，通過這次畢業(yè)設計，我深深體會到這句千古名言的真 正含義。我今天認真的進行畢業(yè)設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大 潮中奔跑打下堅實的基礎。 說實話，畢業(yè)設計真的有點累。然而，當我一著手清理自己的設計成果，慢慢回味這幾個月的 心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。雖然這是我剛學會走完的第一步，也是人生的 一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中“春眠不知曉”的感悟。 通過 畢業(yè)設計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致。畢業(yè)設計過程中，許多計算有時不免 令我感到有些心煩意亂：有幾次次因為不小心我計算出錯，只能毫不留情地重來但一想起全臘 珍教授平時對我們耐心的教導，想到今后自己應當承擔的社會責任，想到世界上因為某些細小失 誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提示自己，一定呀養(yǎng)成一種高度負責，認真對待 的良好習慣。這次畢業(yè)設計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練， 短短幾個月的畢業(yè)設計， 使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應用所學的專業(yè)知識能力是如此的不 足，幾年來的學習了那么多的課程，今天才知道自己并不會用。想到這里，我真的心急了，老師 卻對我說，這說明畢業(yè)設計確實使你有收獲了。老師的親切鼓勵了我的信心，使我更加自信。 最后，我要感謝我的指導老師教授，是您嚴厲批評喚醒了我，是您的敬業(yè)精神感動了我，是您 的教誨啟發(fā)了我，是您的期望鼓勵了我，我感謝老師您今天又為我增添了一幅堅硬的翅膀。今天 我為你們而驕傲，明天你們?yōu)槲叶院馈?參考文獻 20 1西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室.機械設計第八版.高等教育出版社.2002：395-773 2吳宗澤，羅圣國.機械設計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社.2006. 3南京林產(chǎn)工業(yè)學院.木材切削原理與刀具M.北京：中國林業(yè)出版社，1993：177-181。 4肖正福，劉淑琴，胡宣萱.木材切削刀具學M.哈爾濱：東北林業(yè)大學出版社.1993：383-387 5劉學龍，金洪，于濤，5ZDB-185A 型便攜式電動園林整枝機J.林業(yè)機械于木工機械， 2000， （8）：32-33 6H李斯特 A匹辛格.內(nèi)燃機設計總輪M.機械工業(yè)出版社，1983：286-292 7溫松明.互換性與測量技術(shù)基礎M，湖南大學出版社，2003：8-17。 8洪鐘德，簡明機械設計手冊M，同濟大學出版社，2002：395-773 9木工技術(shù)問答編寫組.木工技術(shù)問答M.北京出版社，1986：82-128 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