割灌機(jī)的設(shè)計(jì)-側(cè)掛式-小型便攜手持式割草機(jī) 草木 竹【cad高清圖紙和說(shuō)明書全套】

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Our shrub rich in natural resources, in recent years, in orderto sand and sand, soil and water conservation, improve the ecological systems,maintain ecological balance, ongoing large-scale cultivation of shrubs, InnerMongolia Erdos City, there is only desert shrubs more than 1,200 acres, inwestern China region desert shrubs resources are very rich and concentrated,according to the biological characteristics of desert shrubs, every 3-5 years onthe need for stubble, stubble growth accelerated after germination force tostrengthen, with rejuvenation effect. Stubble harvest if manual labor, itslabor-intensive and low productivity, therefore, in order to improve productionefficiency, brush cutter is essential. And the design of the side-mount cutters isone of simple, fast machines.Brush cutting diameter 18cm function within a variety of trees weeds;small portable as possible, in order to facilitate regional rugged mountainsfluctuating zone operation, flexible working; powered device should meet therequirements of national standards; long in harsh noise environments work willlead to occupational deafness, and prone to hearing loss 4KHz nearby, whichis the characteristics of occupational deafness, so brush cutters work shouldtry to avoid excessive noise, and use the silencer; handle to minimize vibration;working part nylon filament, such as a circular saw blade cutting parts.Keywords: brush cutter; noise reduction; shock.3目錄引言第一章技術(shù)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)的依據(jù)1.2 產(chǎn)品的用途及使用范圍1.3 主要技術(shù)指標(biāo)和重要技術(shù)參數(shù)1.4 主要工作原理1.5 國(guó)內(nèi)外研究狀況1.5.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概述1.5.2 常見(jiàn)的割灌機(jī)械分類及其割灌原理1.6 離合器的設(shè)計(jì)1112251.6.1 確定總體設(shè)計(jì)方案 61.6.2 確定離合器需要傳遞的扭距 61.6.3 摩擦式離合器摩擦片參數(shù)與尺寸計(jì)算61.6.4 摩擦式離合器圓柱螺旋壓縮彈簧參數(shù)與尺寸計(jì)算81.6.5 圓盤摩擦離合器軸平鍵參數(shù)與尺寸計(jì)算101.7 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與用戶的一致性設(shè)計(jì)13第二章設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書2.1 設(shè)計(jì)方案論證142.1.1 割灌機(jī)的設(shè)計(jì)原理142.1.2 方案的選擇 1442.1.3 機(jī)構(gòu)的動(dòng)力選擇 152.2 齒輪的設(shè)計(jì)162.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)162.2.2 輪齒的受力分析192.2.3 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 202.2.4 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 222.2.5 曲齒錐齒輪傳動(dòng)232.2.6 齒輪箱的降噪研究252.3 把手振動(dòng)分析2.3.1 主要振源分析272.3.2 把手振動(dòng)測(cè)試與頻譜分析 282.3.3 振動(dòng)分析小結(jié)293 割灌機(jī)的使用注意事項(xiàng)3.1 使用注意事項(xiàng)3.2 使用保護(hù)用品31334 結(jié)論致謝參考文獻(xiàn)附錄5引言割灌機(jī)主要用于草坪修剪、幼林撫育、林地清理，以及果園、牧場(chǎng)的割草。裝上附件還可用于水稻、小麥等農(nóng)作物的收割, 是一種用途廣泛的農(nóng)林機(jī)械。目前, 全世界割灌機(jī)的年產(chǎn)量有好幾萬(wàn)臺(tái)。其中日本是世界上生產(chǎn)和使用割灌機(jī)最多的國(guó)家之一。我國(guó)割灌機(jī)的研制起步較晚，而且產(chǎn)量低，品種少，且基本上都是側(cè)掛式割灌機(jī), 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的需要。作為世界農(nóng)業(yè)大國(guó), 割灌機(jī)在我國(guó)潛在著巨大的市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)高性能割灌機(jī)已勢(shì)在必行。6第一章技術(shù)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)的依據(jù)割草機(jī)主要用在園林方面。割除林中的灌木、雜草以利林木的生長(zhǎng)，行人的走動(dòng)。近幾年城市草坪的大量種植，一些小草坪的修剪、樹(shù)根周圍等草坪修剪機(jī)達(dá)不到的地方的草坪修剪都可以用割灌機(jī)來(lái)完成。我國(guó)灌木樹(shù)種資源極為豐富, 近幾年來(lái), 為了防風(fēng)固沙、保持水土、改善生態(tài)系統(tǒng)、維持生態(tài)平衡, 正在持續(xù)大面積種植灌木, 我國(guó)西部地區(qū)沙生灌木資源也非常豐富且集中。根據(jù)沙生灌木的生物學(xué)特性, 每 35 年就需進(jìn)行平茬,平茬后生長(zhǎng)加快, 萌發(fā)力加強(qiáng), 具有復(fù)壯作用。平茬收割時(shí)若手工勞作, 其勞動(dòng)強(qiáng)度大且生產(chǎn)效率低, 因此只有使用專業(yè)的割灌機(jī)械才能提高生產(chǎn)效率。我國(guó)林木收獲機(jī)械產(chǎn)業(yè)化起步晚, 與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比在技術(shù)、制造手段和工藝等方面都還有一定的差距, 主要是產(chǎn)品的品種不全, 適應(yīng)性和配套性差,產(chǎn)品的技術(shù)水平比較低。1.2 產(chǎn)品的用途及使用割灌機(jī)，又稱割草機(jī)或機(jī)動(dòng)鐮，通過(guò)動(dòng)力不同分為電動(dòng)和內(nèi)燃動(dòng)力，內(nèi)燃動(dòng)力分為二沖程和四沖程汽油機(jī)，通過(guò)傳動(dòng)方式不同分為軟軸傳動(dòng)和直桿傳動(dòng)，用途十分廣泛，如園林綠化、庭院維護(hù)、公路清理、森林防火、莊稼收獲等。1.3 主要技術(shù)指標(biāo)和重要技術(shù)參數(shù)（1）整機(jī)重量8kg72（3）耳旁噪聲90dB（4）修剪灌木雜草株徑：20mm1.4 主要工作原理作業(yè)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出端帶動(dòng)離合器轉(zhuǎn)動(dòng)，由于受到離心力的作用，離合塊與離合碟產(chǎn)生摩擦力從而使離合碟轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的另一端選用直齒圓錐齒輪減速器控制刀片轉(zhuǎn)速，將傳動(dòng)軸的鋁合金套管上的鉤環(huán)掛在操作者肩下的背帶上，握住手把，橫向擺動(dòng)硬軸,即可完成切割雜草、灌木等作業(yè)。1.5 國(guó)內(nèi)外研究狀況1.5.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概述國(guó)內(nèi)：我國(guó)園林收獲產(chǎn)業(yè)化起步比較晚，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家比在技術(shù)，制造手段和工藝方面都有較大差距，主要因?yàn)楫a(chǎn)品品種不全，適應(yīng)性和配套性差，產(chǎn)品技術(shù)水平比較低。我國(guó)割灌機(jī)的開(kāi)發(fā)研究起步于20世紀(jì)60年代，1992年黑龍江省木材采運(yùn)研究所研制出2G-200型懸掛式割灌機(jī)；遼寧省法庫(kù)縣農(nóng)機(jī)推廣站對(duì)東風(fēng)-2型小麥?zhǔn)崭顧C(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造，改造9GY-2.3型牧草收割機(jī)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用；山西省廣靈縣新特服務(wù)部研制成功了檸條收割機(jī)和麻黃收割機(jī)；福建省林科所研制成功2GB-081型背負(fù)式割灌機(jī)；1999年廣西省柳州索羅小型動(dòng)力機(jī)廠研發(fā)出具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的3GC-1.5割灌機(jī)。國(guó)外：國(guó)外對(duì)割灌機(jī)的開(kāi)發(fā)研究比較早，起點(diǎn)和水平都比較高，8（2）振動(dòng)加速度a7m/s廣泛采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。如工程塑料，CDI無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火等，機(jī)體質(zhì)量輕，功率大，操作靈巧，形成系列產(chǎn)品。以德國(guó)SHIHL公司，SOLO公司為代表。日本生產(chǎn)的割灌機(jī)型號(hào)很多，其中Xenoah杰納亞割灌機(jī)型號(hào)最多；前蘇聯(lián)生產(chǎn)的Cekop-3型割灌機(jī)可用于幼林的撫育，灌木的采伐和割草等，該機(jī)可用于大面積的除灌作業(yè)；此外，中小型的灌木收割機(jī)還有瑞典制造的帕爾.特內(nèi)爾B173和胡思可法爾165E割灌機(jī)，后者還帶有可以更換的尼龍除草絲轉(zhuǎn)盤，德國(guó)制造的FS200AV割灌機(jī)上還配有減震裝置；英國(guó)制造的大型灌木切割機(jī)有撒布列除灌機(jī)，12型灌木切碎機(jī)，橫軸甩錘式除灌機(jī)和水平甩錘式除灌機(jī)。目前，歐美各國(guó)幾乎所有的農(nóng)機(jī)公司生產(chǎn)灌木收割機(jī)械已經(jīng)形成系列化，主要結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能指標(biāo)已沒(méi)有太大變化，只是在操作舒適性和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面有所改進(jìn)。1.5.2 常見(jiàn)的割灌機(jī)械分類及其割灌原理營(yíng)林機(jī)械的一種。用于林地清理、幼林撫育、次生林改造和森林撫育采伐等割除灌木、雜草，修枝，伐小徑木，割竹等作業(yè)。在割灌機(jī)上配備一些可更換的附加裝置或設(shè)備,還可用于收割稻麥等農(nóng)作物,以及抽水、打穴鉆孔、噴施農(nóng)藥等作業(yè)。割灌機(jī)的研制同小型動(dòng)力機(jī)械的發(fā)展有密切關(guān)系。 第二次世界大戰(zhàn)后， 聯(lián)邦德國(guó)、美國(guó)、瑞典等生產(chǎn)油鋸的廠家將傳動(dòng)軸和切割工作部件作為油鋸的附件,供割草、割灌木使用。在此基礎(chǔ)上,日本引進(jìn)并研制成便攜式割灌機(jī)。割灌機(jī)根據(jù)作業(yè)方式可分為 3 種類型。便攜式割灌機(jī)，又分為側(cè)掛式和背負(fù)式兩種：9側(cè)掛式割灌機(jī)采用硬軸傳動(dòng)，主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、離合器、工作部件、操縱裝置和側(cè)掛皮帶等組成。在傳動(dòng)軸的一端配置0.75 2 千瓦的單缸二沖程風(fēng)冷汽油機(jī)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，常用的為圓鋸片、刀片或尼龍絲。作業(yè)時(shí)，將傳動(dòng)軸的鋁合金套管上的鉤環(huán)掛在操作者肩下的背帶上，握住手把，橫向擺動(dòng)硬軸,即可完成切割雜草、灌木等作業(yè)。機(jī)具重約 612 千克,轉(zhuǎn)速約 45005000轉(zhuǎn)/分。背負(fù)式割灌機(jī)。用軟軸傳動(dòng)，一般構(gòu)造與側(cè)掛式割灌機(jī)相似，不同的是其發(fā)動(dòng)機(jī)背在操作者背上，切割部件由軟軸傳動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率一般為 0.751.2 千瓦。 發(fā)動(dòng)機(jī)與背架之間以兩點(diǎn)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(hù)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(rùn)滑油。割幅一般在 1.52米之間。手扶式割灌機(jī)：由行走輪支承機(jī)具重量，由人推動(dòng)機(jī)器前進(jìn)，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作部件進(jìn)行切割灌作業(yè)。其構(gòu)造和工作原理同便攜式割灌機(jī)相似。懸掛式割灌機(jī)：懸掛在拖拉機(jī)后面，由動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)工作部件旋轉(zhuǎn)，適用于大面積割灌作業(yè)。主要由機(jī)架、鋸片、傳動(dòng)裝置、懸掛裝置和推板等組成。割灌作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)后退行駛，工作速度為 5 公里小時(shí),可鋸直徑為 10 厘米的灌木。割灌機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是用新型材料以進(jìn)一步減輕重量；采用低振動(dòng)10發(fā)動(dòng)機(jī)和先進(jìn)的減振隔振裝置并合理配置機(jī)件，以減少振動(dòng)對(duì)人體的危害；提高機(jī)械的加工和裝配精度、改進(jìn)吸排氣系統(tǒng)，以減低噪聲；增設(shè)各種安全保護(hù)裝置，以提高作業(yè)安全性；在懸掛式割灌機(jī)上增設(shè)灌木切碎裝置，簡(jiǎn)化割下灌木的清理工序。1.6 離合器的設(shè)計(jì)離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)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(kāi)關(guān)，接合或斷離動(dòng)力傳遞作用，離合器機(jī)構(gòu)其主動(dòng)部分與從動(dòng)部分可以暫時(shí)分離，又可以逐漸接合，并且在傳動(dòng)過(guò)程中還要有可能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。離合器的主動(dòng)件與從動(dòng)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(jì)選擇摩擦式離合器，其特點(diǎn)更符合本次設(shè)計(jì)的要求。如圖1所示的摩擦式離合器：圖1-1 摩擦式離合器11圖1-2 摩擦式離合器三視圖1.6.1確定總體設(shè)計(jì)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(dòng)盤間隙取為1mm，滿足要求且便于計(jì)算。滑塊離心式摩擦離合器主要用于草坪機(jī)械。1.6.2確定離合器需要傳遞的扭距離合器安裝軸轉(zhuǎn)速 n離 = n發(fā) =6000r/minpn1.56000=2.3875（N m）Mf= Me max （N m）式中：1扭距儲(chǔ)備系數(shù)，一般=1.22，此處取=1.2故 Mf= Me max =T 工=1.22.3875=2.865（N m）1.6.3摩擦式離合器摩擦片參數(shù)與尺寸計(jì)算12根據(jù)公式T=9550,可得T工=9550摩擦盤工作面平均直徑計(jì)算公式 DP=(2.54）d摩擦盤工作面外直徑 D1=1.25Dp，摩擦盤工作面內(nèi)直徑 D2=0.75Dp但經(jīng)驗(yàn)算與校核，所取值不能滿足條件，不能采用。因此，改取摩擦盤外直徑 D1=120mm，內(nèi)直徑 D2=90mm1 12 2摩擦盤寬度 b=D1 D2 120 - 902 2=15mm摩擦面對(duì)數(shù) m=1摩擦盤脫開(kāi)時(shí)所需的間隙取1mm根據(jù)公式 Tc=KTKmKV確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩其中 T 為離合器理論轉(zhuǎn)矩，可取最大工作轉(zhuǎn)矩，即 T=4.011N m,K 為離合器工況系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)6-222頁(yè)表6-3-3查表，此處 K 取1.2Km 為離合器接合頻率系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)6-222頁(yè)表6-3-4查表，Km 取1KV 為 離 合 器 滑 動(dòng) 速 度 系 數(shù) ， 根 據(jù) 公 式 m=Dpn60000(m/s)= 105 600060000=32.97(m/s)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)6-222頁(yè)表6-3-5查表，可得 KV=0.924可得，Tc=1 . 2 40111 0.924=5209（N cm)壓緊力：Q=取0.172TcDPm，為摩擦面的摩擦系數(shù)，本設(shè)計(jì)采用黃銅，代入后 Q=2 520910.5 0.17 1=3830（N)13由公式的DP=（D1+D2）=（120+90）=105mm=2 28其中 pp 為許用壓強(qiáng)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)6-232頁(yè)表6-3-16查-2K1為摩擦片數(shù)修正系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)6-238頁(yè)表6-3-20查表，取 K1=1將參數(shù)代入公式得1 2 2821摩擦面壓強(qiáng)：應(yīng)滿足 p=4Q(D12 - D2 2 )pp將已知量代入公式可得 p=4 38302 2-2根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)6-232頁(yè)表6-3-16查表，知許用壓強(qiáng)為20-21.6.4摩擦式離合器圓柱螺旋壓縮彈簧參數(shù)與尺寸計(jì)算1) 原始條件最小工作載荷 P1=0 N最大工作載荷 pn = 3830 N工作行程 h=8 mm端部結(jié)構(gòu)：端部并緊，磨平，兩端支撐圈各一圈彈簧材料：碳素彈簧鋼絲 C 級(jí)2）參數(shù)計(jì)算初算彈簧剛度 P：P=pn - p1 3830 - 0h 8=478.75(N/mm)14許用傳遞轉(zhuǎn)矩：應(yīng)滿足Tcp=1(D1-D2)DpmppK1Tc表，本設(shè)計(jì)取2040Ncm因此可知TcpTc，滿足校核條件。=37.44Ncm40Ncm，所以符合。=工作極限載荷 Pj Pn ，故 Pj=3830 N彈簧材料直徑 d 及彈簧中徑 D 與有關(guān)參數(shù)根據(jù) Pj與 D 條件從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)11-24頁(yè)表11-2-19查表得有效圈數(shù) n：n=Pdp=1543478.75= 3.22 圈按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)11-17頁(yè)表11-2-10取標(biāo)準(zhǔn)值為 n=3.25總?cè)?shù) n1=n+2=3.25+2=5.25 圈彈簧剛度 P：P=Pd 1543n 3.25=474.77 N/mm工作極限載荷下的變形量 Fj =nj=3.252.991=9.72mm 9.7mm節(jié)距 t：t=Fjn+d=9.73.25+10=12.98mm自由高度 H0= nt +1.5d=3.2512.98+1.510=57.2mm根 據(jù) 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 11-17 頁(yè) 表 11-2-12 取 標(biāo) 準(zhǔn) 值 為H0=58mm彈簧外徑 D2=D+d=40+10=50mm彈簧內(nèi)徑 D1=D-d=40+10=30mm螺旋角= arctantD= arctan12. 98 400展開(kāi)長(zhǎng)度 L：L=Dn1cos= 40 5 . 25cos 5.897 0=663.24mm驗(yàn)算15dDPjjPd104046152.9911543=5.897最小載荷時(shí)的高度：H1= H0-P1P=58-0263.3= 58mm最大載荷時(shí)的高度： Hn = H0 -PnP= 58-3830478.75=50mm極限載荷時(shí)的高度： Hj = H 0-PjP= 58-3830478.75= 50mm實(shí)際工作行程：h=H1-Hn =58-50=8mm高徑比：b=H 0D=5840=1.452.6符合條件，不必進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。1.6.5圓盤摩擦離合器軸平鍵參數(shù)與尺寸計(jì)算1）摩擦盤用平鍵參數(shù)選擇根據(jù)要求，離合器軸與摩擦片間連接采用平鍵連接。離合器主動(dòng)摩擦盤安裝軸直徑為20mm，查表選用以下尺寸的平鍵：2）鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算p =2TDkl pp其中 T：為轉(zhuǎn)矩 T=52090N mmD：軸的直徑 D=20mmk：鍵與輪轂的接觸高度 k=2.8mm，即 t2,l：鍵的工作長(zhǎng)度(mm)，選用 B 型平鍵，l=L=28mm16軸的公稱直徑 d鍵尺寸 b*h鍵槽深度半徑軸 t1轂 t2最小最大17226*63.52.80.160.25長(zhǎng)度 L28pp：許用擠壓應(yīng)力 MPa ，按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5-227頁(yè)表5-3-17查表得 pp取100120MPa代入公式得 p =2 5209020 2.8 28= 66.441MPa pp滿足校核條件。3）鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)題目要求，此處為平鍵的靜聯(lián)接，應(yīng)用的計(jì)算公式為p =2TDkl pp其中 T：為轉(zhuǎn)矩 T=52090N mmD：軸的直徑 D=25mmk：鍵與輪轂的接觸高度 k=3.3mm，即 t2,l：鍵的工作長(zhǎng)度 mm，選用 B 型平鍵，l=L=28mmpp：許用擠壓應(yīng)力 MPa ，按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5-2頁(yè)表 5-3-17 查表得 pp取 100120MPa代入公式得 p =2 5209025 3.3 28= 45.1MPa pp滿足校核條件。4）圓盤摩擦離合器軸承參數(shù)與尺寸選用此處軸承的作用是傳遞軸向力，因此選用推力球軸承。軸直徑 d=25mm，按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)7-418頁(yè)表7-2-94查表，選用以下單向推力球軸承：此型號(hào)推力球軸承滿足離合器使用要求。5）圓盤摩擦離合器其他參數(shù)與尺寸確定墊片：根據(jù)離合器安裝軸尺寸，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5-15017頁(yè)表5-1-157選取平墊圈 C 級(jí)（GB/T952002）公稱直徑 d=12mm，外徑 d2=24mm，內(nèi)徑 d1=13.5mm，厚度 h=2.5mm螺栓：根據(jù)離合器安裝軸尺寸，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5-86頁(yè)表5-1-83 ，選取 M12的螺栓。18基本尺寸/mmd25D42T11基本額定載荷/ kNCa15.2C0a30.2最小載荷常數(shù)A0.005極限轉(zhuǎn)速r/min脂4300油6000質(zhì)量 /kgW0.055軸承代號(hào)51000型51105其他尺寸/mmD126D142r0.6安裝尺寸/mmda35Da32r a0.61.7 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與用戶的一致性設(shè)計(jì)從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的功能出發(fā)，按變異組合法和類比法完成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件和設(shè)計(jì)；在作品樣機(jī)加工前，使用三維造型軟件進(jìn)行三維造型、虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真；理論上驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，然后進(jìn)行樣機(jī)制作；外觀簡(jiǎn)單美觀，拆裝方便，質(zhì)量輕，適合家庭用戶使用；噪聲降低，振動(dòng)降低，大大減少對(duì)操作者的傷害；采用齒輪機(jī)構(gòu)（實(shí)現(xiàn)減速），提高整機(jī)的工作效率，解決了普通割灌機(jī)工作效率不高的問(wèn)題；采用的割灌高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，解決了目前手動(dòng)割灌機(jī)不易實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)的問(wèn)題；產(chǎn)品成本（制造和使用成本）低，符合廣大用戶購(gòu)買能力的要求。19第二章設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書2.1 設(shè)計(jì)方案論證2.1.1 割灌機(jī)的設(shè)計(jì)原理側(cè)掛式割灌機(jī)采用硬軸傳動(dòng)， 主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、 傳動(dòng)系統(tǒng)、離合器、工作部件、操縱裝置和側(cè)掛皮帶等組成。在傳動(dòng)軸的一端配置 0.75 2 千瓦的單缸二沖程風(fēng)冷汽油機(jī)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，常用的為圓鋸片、刀片或尼龍絲。作業(yè)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出端帶動(dòng)離合器轉(zhuǎn)動(dòng)，由于受到離心力的作用，離合塊與離合碟產(chǎn)生摩擦力從而使離合碟轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的另一端選用直齒圓錐齒輪減速器控制刀片轉(zhuǎn)速，將傳動(dòng)軸的鋁合金套管上的鉤環(huán)掛在操作者肩下的背帶上，握住手把，橫向擺動(dòng)硬軸,即可完成切割雜草、灌木等作業(yè)。2.1.2 方案的選擇套管采用小直徑薄型鋁合金管，操縱把手用鋁套管，傳動(dòng)軸采用拉光圓鋼，一頭為 M7 螺紋與離合碟相連，另一端為直齒圓錐齒輪的小齒輪相連，這樣大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減輕了質(zhì)量。套管內(nèi)置五只帶橡膠套的滾針軸承，大大減少了傳動(dòng)軸傳遞到套管的振動(dòng)，離合器與套管之間用減振器隔開(kāi)，以消除發(fā)動(dòng)機(jī)傳到把手處的振動(dòng)。用偏置式把手，使得側(cè)掛后刀片位于人體的正前方，方便操20作者，同時(shí)，操縱把手可繞夾持中心旋轉(zhuǎn)，并可任意調(diào)整操作者與桿身的位置，以適應(yīng)工作時(shí)的自然姿勢(shì)。一體式油門把手采用油門鎖定、啟動(dòng)及?；鹧b置，以確保油門不會(huì)因誤操作而高速空轉(zhuǎn)、啟動(dòng)時(shí)保持一定的油門開(kāi)度及突遇緊急情況時(shí)可迅速停火。采用外形美觀的偏置式防護(hù)罩有效地?fù)踝∏懈顣r(shí)甩出的雜草。掛鉤一側(cè)加襯板，以減少機(jī)具與人的摩擦，加厚加寬背帶及襯里，可大大減輕操作者長(zhǎng)時(shí)間工作的疲勞。2.1.3 機(jī)構(gòu)的動(dòng)力選擇配套發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇是整機(jī)的關(guān)鍵，整機(jī)要求以割草為主，同時(shí)也能割灌，這樣就需要發(fā)動(dòng)機(jī)功率在 1kW 左右，排量在 30 到40 之間，同時(shí)質(zhì)量在 3kg 左右。在此，動(dòng)力選擇如下：型號(hào)型式排量最大功率最大扭矩油箱容積化油器點(diǎn)火方式1E36F；單缸、風(fēng)冷、二沖程汽油機(jī)；33.6cc；1.1kW/7500r/min；1.7Nm/5000-6000r/min；0.6L；泵膜式，泵式加濃；無(wú)觸點(diǎn)飛輪磁電機(jī)點(diǎn)火；21磁電機(jī)燃油牌號(hào)潤(rùn)滑油牌號(hào)火花塞型號(hào)啟動(dòng)方式質(zhì)量TCI；90 號(hào)汽油；二沖程專用潤(rùn)滑油 L-ERA；M7；自回式手拉繩啟動(dòng)；2.88kg。2.2 齒輪設(shè)計(jì)過(guò)程減速器在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設(shè)計(jì)、制造和使用特點(diǎn)各不相同。選用減速器時(shí)應(yīng)根據(jù)工作機(jī)的選用條件，技術(shù)參數(shù)，動(dòng)力機(jī)的性能，經(jīng)濟(jì)性等因素，比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸、傳動(dòng)效率、承載能力、質(zhì)量、價(jià)格等，選擇最適合的減速器。減速器是一種相對(duì)精密的機(jī)械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。本次設(shè)計(jì)所使用的減速器為錐齒輪減速器，由于工作要求的不同，錐齒輪傳動(dòng)可設(shè)計(jì)成不同的形式。而這次設(shè)計(jì)的小型便攜式割灌機(jī)使用的是常用的軸交角的標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度222.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)直齒錐齒輪傳動(dòng)是以大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值的。在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，則以齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量齒輪作為計(jì)算的依據(jù)。對(duì)軸交角 120的22計(jì)算。直齒錐齒輪傳動(dòng)，其齒數(shù)比 u、錐距 R、分度圓直徑 d 1 、 d 2 、平均分度圓直徑 dm1、 dm 2 、當(dāng)量齒輪的分度圓直徑 dv1、 dv 2之間的關(guān)系分別為u =z 2z1=d 2d1= cot 1 = tan 2（a）大、小齒輪均選用 45 鋼，選用 8 級(jí)精度，選取 z1=16， z 2 =22，則 u=2216=1.375 1 = arctan 2 = arctanz1z 2z 2z1=16222216= 36.02737 ，= 53.97263，d1 16mm， d 2 = 22mm2 2R = + = d 1 2 2 計(jì)算得 R = 13.601mmu 2 + 12（b）dm1d 1=dm 2d 2= 1 0.5bR（c）令 R =bR，稱為錐齒輪傳動(dòng)的齒寬系數(shù)，通常取 R = 0.25 0.35 ，最常用的值為 = 0.3 于是dm = d (1 0.5R)（d）dm1 = de1(1 0.5R) = 13.6472dm 2 = de 2(1 0.5R) = 18.7649當(dāng)量直齒圓柱齒輪的分度圓半徑 rv 與平均分度圓直徑 dm 的關(guān)系式為rv =dm2 cos （e）現(xiàn)以 mm 表示當(dāng)量直齒圓柱齒輪的模數(shù)，亦即錐齒輪平均分度圓上齒輪的模數(shù)（簡(jiǎn)稱平均模數(shù)），則當(dāng)量齒數(shù) zv 為23d1d2計(jì)算得zv =dvmm=zcos （f）當(dāng)量齒輪的齒數(shù)比uv =zv 2zv1= u 2（g）顯然，為使錐齒輪不致發(fā)生根切，應(yīng)使當(dāng)量齒數(shù)不小于直齒圓柱齒輪的根切齒數(shù)。另外，由式（d）極易得出平均模數(shù) mm 和大端模數(shù) m 的關(guān)系為mm = m(1 0.5R)（h）計(jì)算得 mm = 0.85295mm頂隙：c=c*me=0.21=0.2mm大端齒頂高：ha1=(1+x1）me=(1+0.18)1=1.18mm,ha2=0.82mm大端齒根高：hf1=(1+c*-x1)me=（1+0.2-0.18)1=1.02mmhf2=(1+c*-x2)me=（1+0.2+0.18)1=1.38mm全齒高：h=(2+c*)me=（2+0.2)1=2.2mm齒根角：f1= arctanf2= arctanhf 1Rehf 2Re000 00 0 00 0 00 0 00 0 0圓直徑： dae1 = de1 + 2ha1 cos 1 = 16+21.180.808736=17.909mmdae2 = de2 + 2ha 2 cos 2 = 22+20.820.588171=22.965mm24=4.28884=5.79358齒頂角：a1=f2=5.79358，a2=f1=4.28884頂錐角：a1=1+a1=36.02737+5.79358=41.82095a2=2+a2=53.97263+4.28884=58.26147根錐角：f1=1-f1=36.02737-4.28884=31.73853f2=2-f2=53.97263-5.79358=48.17905大端齒頂當(dāng)量齒數(shù)： zv1 =z1cos 1= 19.784mm， zv 2 =z 2cos 2= 37.404mm當(dāng)量齒輪分度圓：dv1=dm1u 2 + 1u2當(dāng)量齒輪根圓：dvb1=dv1cos=15.857mm，dvb2=dv2cos=29.980mm122.2.2 輪齒的受力分析直齒錐齒輪齒面上所受的法向載荷 Fn 通常都視為集中作用在平均分度圓上，即在齒寬中點(diǎn)法向截面 N N（Pabc 平面）內(nèi)。與圓柱齒輪一樣，將法向載荷 Fn 分解為切于分度圓錐面的周向分力（圓周力） Ft 及垂直于分度圓錐母線的分力 F ,再將力 F 分解為徑向分力 Fr1 及軸向分力 Fa1。小錐齒輪輪齒上所受各力的方向如圖 10-2 所示，各力的大小分別為圖 2-1 直齒錐齒輪的輪齒受力分析Ft =2T 1dm1Fr1 = Ft tan cos 1 = Fa 2Fa1 = Ft tan sin 1 = Fr 2Fn =Ftcos 25=16.875mm，dv2=udv1=31.904mm當(dāng)量齒輪傳動(dòng)中心距：av=(dv1+dv2)=24.390mm式中， Fr1 與 Fa 2及 Fa1與 Fr 2 大小相等，方向相反。2.2.3 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算直齒錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度可近似地按平均分度圓處的當(dāng)量圓柱齒輪進(jìn)行計(jì)算。因而可直接沿用式F = FOYSa =KFtYFaYSabm F 得F =KFtYFaYSabmm F 直齒錐齒輪的載荷系數(shù)同樣為 K = KAKvKK ,其中使用系數(shù)KA 可查表得到，取 KA = 1.25；動(dòng)載系數(shù) Kv 可按圖 10-3 中低一級(jí)的精度線及 vm(m / s )查?。粓D 2-2 動(dòng)載系數(shù) KV 值齒尖載荷分配系數(shù) KH 及 KF 可取為 1；齒向載荷分布系數(shù)可按下式計(jì)算KH = KF = 1.5KHbe式中， KHbe 是軸承系數(shù)，可從圖 10-4 中查取。引入式（h），得F =KFtYFaYSabm(10.5R ) F （1）26KA=1.25； KV =1.16； KF = KH = 1.65； KF = KH = 1.0；Ft=350NYFa 、 YSa 分別為齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)，按當(dāng)量齒輪 zv 。表 2-1 軸承系數(shù) KHbe表 2-3 齒形系數(shù) YFa 及應(yīng)力校正系數(shù) YSa引入式（b），得b = RR = d 1Ru 2 + 12= mz1Ru 2 + 12并將Ft =2T 1dm1=2T 1mmZ 1=2T 1m(1 0.5R)Z 127應(yīng) 用小輪和大輪的支承兩者都是兩端軸承一個(gè)兩端支承一個(gè)軸臂兩者都是懸臂飛機(jī)1.001.101.25車輛1.001.101.25工業(yè)用、船舶用1.101.251.50z(zv)232425262728YFa2.692.652.622.602.572.55YSa1.5751.581.591.5951.601.61z(zv)171819202122YFa2.972.912.852.802.762.72YSa1.521.531.541.551.561.57代入上式可得m 34KT 12 212YFaYSa（2）式(1)為設(shè)計(jì)計(jì)算公式；式（2）為校核計(jì)算公式。兩式中F 、F 的單位為 MPa ，m 的單位為 mm，其余各符號(hào)的意義和單位同前。2.2.4 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算直齒錐齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，仍按平均分度圓處的當(dāng)量圓柱齒輪計(jì)算，工作齒即為錐齒輪的寬度 b。按式計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度時(shí)，式中的綜合曲率為1=1v1=1v 2得1=2 cos 1 1 +dm1 sin 1 uv （j）將式（j）即 uv = u 2， cos 1 =L = b ，得uu 2 + 1等代入下式，并令接觸線長(zhǎng)度H =Pca ZE =KFt 2 cos 1 1 1 + 2 ZE = ZEZHb cos dm1 sin u 4KT 12 3 H 對(duì) = 20的直齒錐齒輪， ZH = 2.5，于是可得H = 5ZEKT 1R(1 0.5R)23 H （3）28R(10.5R)zR(10.5R)d1ud 1 2.923H21R2（4）式（3）為設(shè)計(jì)計(jì)算公式；式（4）為校核計(jì)算公式。兩式中F 、F 的單位為 MPa ，m 的單位為 mm，其余各符號(hào)的意義和單位同前。復(fù)合齒形系數(shù)：YFS1=4.5；YFS2=4.45，重合度系數(shù)： Y =0.25+0 . 75V=0.71，14l bm 2 bb l bm= 1載荷分配系數(shù)：YLS= Z 2LS =1齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算值： F1 = 784N/mm2F2 = F1YFS2YFS1= 775N/mm2齒根許用彎曲應(yīng)力： FP =FESF minYNTYrelTYRrelTYX ，齒根抗彎疲勞強(qiáng)度基本值： FE = 1200 N / mm 2 ，壽命系數(shù)： YNT = 1，長(zhǎng)期工作，取為無(wú)限壽命設(shè)計(jì)相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)： RrelT = 1