人力手推式割草机的三维设计.doc

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1、济南大学毕业设计1 前言1.1 割草机的发展历史在19世纪之前，人们修剪草坪的主要工具是镰刀，同时放牧牛羊也是保持草地平整的有效方法。但是随着高尔夫球、足球及网球等运动的兴起，人们迫切要求拥有平整美观的草地做运动场地。英国工程师托马斯普拉克内特是第一个想出制造割草机的人。在1805年他获得了第一台割草机的发明专利。那是一台装有环形刀身的笨重机器，而且运转不很理想。1830年，英国纺织工程师比尔.布丁获得了滚筒割草机的专利，1832年兰赛姆斯农机公司就开始批量生产滚筒式割草机了，1902年英国人伦敦恩斯制造了以内燃机做动力的滚筒式割草机，其原理至今仍在使用。在西方发达国家，20世纪初期，割草机就

2、已经得到了快速的发展。随着社会的进步和经济的发展，人们对自然环境的要求也越来越高，城市环境的保护任务变得越来越迫切。我国草坪事业也得到了迅速平稳的发展。草坪的美化环境，固土护坡，净化空气等多种功能已经成为人们的共识，人们开始大量的种植草坪，以期能为环境建设做更大的贡献。自第一台滚刀式割草机的问世，到现在已经过了大约100多年了，原来主要应用于牧场的割草机械现如今已经发展成为有几十个品种，适用于不同场合的割草机。我国的割草机技术起步较晚，生产规模普遍较小，产品用途比较单一，均没有形成规模批量生产，所以长期以来，我国所需的割草机均以进口为主。据统计，到1999年底我国有各种园林机械10万台左右，但

3、1999年我国的割草机销售量只有3万台左右，而且其中80%为进口。我国割草机的进口主要来自于日本、美国、瑞典、意大利等国家，进口价格大约在0.38万元到5.8万元。改革开放以来，我国的草坪事业由开始到兴起，再到长足发展，虽然只有短短的十几年的时间，却为草坪机械业的发展带来了勃勃生机 。首先是机械先进，90%以上的都是进口产品，其次，从草坪种植到养护生产环节机械设备配套齐全，基本上实现了全程机械化，其三，产品品种多、系列化程度颇高。在草坪机械中割草机发展最为快速，我国引进使用的割草机有十几个国家的几十种机型，我国也已经开始生产割草机，目前国内外所用的割草机种类繁多，其分类方法也多样化。我国目前生

4、产的割草机根据刀具的类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。滚刀式割草机由带有刀片的滚筒和不动的定刀组成。它相对于旋刀式割草机有更好的修剪质量，是高质量草坪修剪最常用的割草机型。适用于草高3-80毫米的草坪，但问题主要是价格相对贵，维修保养要求比较严格。而旋刀式割草机的工作原理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，它适合于在25-80毫米范围内的剪草。由于其价格低廉，保养、使用灵活、维修方便，只要将刀片磨快，剪草效果还是可以的。因此，一般要求的草坪都选用它，成为目前国内外最流行的割草机。按照动力划分割草机可以分为机动和人推两类。人推的主要是滚刀式，小巧灵活，适于家庭庭院中小型草坪使用。

5、机动的还可分为柴油机、汽油机和电动机三类驱动。其中以小型汽油机作为动力的较为普遍，而柴油机多用于大型的割草机械，如牧场的割草机。1.2 我国割草机的发展1.2.1发展状况跟据调查，我国生产割草机的厂家有50家左右。大多数为园艺系统的公司以及转产割草机的机械厂。市场上草坪修剪机的品牌有很多，既有进口的产品，也有国内制造和中外合资的，功率从2.6-1.2千瓦，剪幅从43.2-127厘米。我国国内的生产厂家主要有：中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司，生产立特牌-NEAT草坪割草机，现占国内市场的50%，现年产近5000台。山东省莱州市仲院宇峰铡草机厂研制出的全新微型电动铡草机，该机以0.75-1.

6、1kW单相照明电为动力，无电地区或停电时可用165、175、180等型号柴油机为动力，适宜铡切玉米秸、麦秸、稻草及青贮饲料，每小时铡草量为300-400kg，切草长度为1.5-2cm。整机结构紧凑，体积小，重量轻，全机重仅32kg，移动方便，并具有切碎均匀、出料顺畅、扬程远、噪音低等特点。南通机床厂是转型生产割草机的厂家。其产品为地草王系列产品；56厘米自走式草坪割草机（4.5千瓦），84厘米随进式割草机（7.8千瓦），84厘米电启动式割草机（7.8千瓦），122厘米坐骑式割草机（13.4千瓦）。该厂生产除发动机以外的零部件，发动机多选用美国产品，1999年已经有产品出口美国。目前，我国已经研

7、制开发出草坪割草机试验台，草坪割草机作为现代城市绿化的主要设备，目前市场上国产的割草机也有一定的市场，但质量参差不齐。对于草坪割草机的安全指标，国内也仅有检测方法，没有现成的撞击试验专用设备进行检测。为了对其进行科学的测试，北京市农机试验鉴定推广站成功研制了草坪割草机专用试验台。该试验台自动化程度高，采用了气动传动技术、机电安全锁定机构及气动调速技术，可对国内各型草坪割草机进行安全性能试验，能够完成草坪机的撞击试验和刀片护罩强度试验。试验结果表明，该专用试验台达到国内先进水平，安全性高，检测快捷。1.2.2存在问题我国割草机械技术发展缓慢，我国草坪机械产品在全线接受检验中暴露出些质量问题。对此

8、，有关专家认为，当前我国割草机械产品质量水平低的原因有以下几个方面。1. 目前我国对于草地草坪业的投入始终不足，相对支持力度甚至减缓下降，使得许多割草机械制造企业纷纷转产或停产，再加上我国与欧美等发达国家存在着制造手段、技术、工艺等方面的差距，制造能力和水平进一步拉大了距离。产品品种不全，成套性差。美国约翰迪尔公司的割草机械有13个品种49个机型；纽荷兰公司现生产12个品种25个机型，可供各种经营规模的用户选择。我国的用户不能根据自己的经营规模选择合适的机具，机具使用效益不高。2. 产品技术水平低。割草机械产品技术水平高低是衡量该行业整体科学技术水平的重要标志之一。在很长一段时间内，由于资金投

9、入严重不足，技术创新的研发能力、原动力、技术模仿步伐甚至放缓停顿。我国已定型的割草机械大部分属国外上世纪的技术水平，20多年来基本没有什么大的创新与改进。而且缺乏应有的售后服务体系。 专家分析认为，造成割草机械产品质量水平低的原因有多方面，但缺乏资金投入和人才短缺是造成研发能力和生产制造工艺水平低的关键所在。1.3手推割草机的使用1.3.1设计用途目前，草地是绿化的一种重要形式，大型生态园的绿地设计已是房地产开发团中一个重要环节。在我国，在庭院里修整草坪通常使用身背柴油机作为动力，使用电动、柴油机的割草机，或者是采用尼龙绳甩打草叶，这种割草机相对体积大、噪音大，适用于空旷大草坪，容易夹草导致故

10、障，有时遇到石块可能使刀片断裂，甚至发生事故。随着人们生活水平的不断提高，人们对绿化水平要求越来越高，尤其带花园的别墅不断增加，更需要开发一种适合小面积草地、无噪音的手推式割草机。本次设计的手推割草机是专为家庭庭院及私人花园设计的，适用于公共设施、运动场、道路、公园、农场和林场等场合。1.3.2注意事项（1）每次使用之前都需要进行一次整体检查，确认所有的工具、螺栓、螺母都没有磨损或损坏，对于磨钝或损坏了的刀片应当及时更换，防止发生事故。（2）不可以将人力手推割草机用于割除屋顶或阳台上的青草等，那样有可能危害到人体。（3）旁边有儿童或动物的时候，不要使用该割草机（4）。要检查要割草的草坪表面，要

11、清除干净石头、木块、电线等坚硬的物体，这些物品碰到刀具时会飞甩出去而无法控制，甚至伤害到人。（5）如果操作不当，旋转的刀片转筒有可能会对使用者造成伤害，刀片转筒和操作人员之间的安全距离是通过导杆隔开的，所以一定要一直保持这个安全距离。（6）任何时候都不要将手或脚放在运动部件的上方或下方。（7）如果刀具或割草机遇到障碍或坚硬的物体时，一定要及时全面地检查割草机，并将物体清理。（8）在能见度好，视野清晰的时进行工作。2割草机概述2.1割草机的分类按切割器类型割草机可以分为旋刀式割草机、滚刀式割草机、甩刀式割草机、往复式割草机、甩绳式割草机等。其中，应用最多的一般是往复式割草机和滚刀式割草机。旋刀式

12、割草机工作平稳，对草坪的适应性强，特别适用于稠密、倒伏、缠连的牧草，能以816km/h的作业速度工作，生产率高。但是结构复杂，价格高，单位割幅功率消耗大。往复式割草机割茬草坪损失少，比较低而且整齐，单位割幅的金属用量和功率消耗低，所以成本较低。它的作业速度一般为68km/h。在解决割刀的全平衡问题并提高割刀的往复次数后，作业速度一般可以提高到1012km/h。往复式割草机适用于切割生长密度不是很高而且是直立的草坪。按配套动力和作业方式分可以分为：手扶随行式割草机、手扶自行式割草机、手推式割草机、坐骑式割草机和拖拉机悬挂式割草机。按动力驱动方式割草机主要分为人畜力驱动割草机、发动机驱动割草机和电

13、力驱动割草机三种形式割草机。其中，以发动机驱动的割草机居多，而且发动机多为单缸汽油机。太阳能割草机虽已有生产，但因价格昂贵，应用较少。2.2割草机割草的基本要求不论是哪一种类型的割草机对草坪修剪的基本要求是一样的：（1）割草平整、整齐，同一行程割草高度一致，两次作业行程衔接无接茬。（2）对地形的适应能力强，仿行能力强，地形变化但剪草高度一致。（3）割草机对草坪碾压轻、伤害少。（4） 草屑收集干净，被切割部分细碎性好（5）割草机故障少，质量好，节省燃料、效率高。（6）轻便灵活、易于操作、维修调试方便，零部件互换性和通用性好。2.3手推滚刀式割草机的结构特点（1）本次设计的人力手推式割草机主要由连

14、接成框形的行走轮、割草机构、扶手架和支架组成，割草机构由滚刀和定刀构成，行走轮的轴上具有齿轮。滚刀的轴架于支架上，轴的两端分别装有与行走轮轴上齿轮相啮合的小齿轮，定刀固定在支架上，滚刀的刃部与定刀的刃部相切。（2）人力手推滚刀式割草机的工作原理人在行走的时候，行走轮轴上齿轮带动啮合的小齿轮转动，然后带动滚刀进行转动，滚动与定刀相切运动，对草坪进行切割。不需要其他外力进行驱动。（3）本设计方案的特点是：1）用人力作为动力，节省能源、无污染。.2）传动部分结构简单，维护修理方便。3）重量轻、体积小、操作方便、结构简单、保养方便、成本低廉。4）割草动作不会撕扯草坪，对草坪有益。3割草机的总体方案设计

15、人力手推式割草机的动力是来源于行走轮驱动，即靠人的推力来驱动。查阅人机工程手册，人步行速度约为35千米/时，即4864米/分，考虑到要推动割草机进行切割，选取人的步行速度为60米/分，即1.0米/秒。查阅机械设计手册得到以下数据：成年男性身高：1825周岁 15541830毫米2635周岁 15451851毫米3660周岁 15531798毫米平均身高：1860周岁 15431814毫米成年女性身高：1825周岁 14571709毫米2635周岁 14491698毫米3660周岁 14451683毫米平均身高：1860周岁 14491697毫米成年男性臂长：1825周岁 279350毫米263

16、5周岁 280349毫米3660周岁 278348毫米平均臂长：1860周岁 279349毫米成年女性臂长：1825周岁 253319毫米2635周岁 253320毫米3660周岁 251317毫米平均臂长：1860周岁 252319毫米立姿工作岗位工作高度：男性：95010501150毫米105012001300毫米女性：8509501050毫米100011001200毫米综合以上因素，设计扶手以及支架的尺寸由人机工程手册查得，人体身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推杆距地面的高度取为1000毫米,符合人体作业适应度。设计原则：工作场地的高度取决于作用力、操作者的身高、操作者操作

17、物件的尺寸、以及视野范围。A：精密工作，靠肘支撑工作。（设计尺寸针对男性：105115毫米 针对女性：100110毫米）B：虎钳固定在工作台上的高度：113毫米C：轻手工工作。（男性：95100毫米 女性：9095毫米）D：用劲大的工作。（男性：8095毫米 女性：7590毫米）本设计属于D范围内的设计。又因该割草机是人力手推式的，动力来源于人的行走时的推动力。同时应考虑到其结构尺寸方面的因素，因而行走轮直径不应过大。其切割速度要求要大于1.0m/s,如果小于这个速度,草将被扯断或撕裂,而不是被切割了;如果轮子直径过小,则推行比较费力,不能达到设计要求,要满足人的推力在200N左右都能推动这部

18、割草机才行。初步选取外轮直径=260mm,由公式n=v/D得：外轮的转速n=60103/2603.1472r/min。由人机工程手册查得，人体身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推杆距地面的高度取为100cm,符合人体作业适应度。由以上分析确定割草机的各项参数：割草机的整体宽度：648mm割草机的割幅：400mm割草高度：1242mm滚刀的直径：d=160mm行走轮直径：=260mm行走轮的转速：n=60103/2603.1472r/min传动比：i12=1/5.3滚刀的转速：n2=725.3=384.0r/min滚刀的切割速度：切割速度大于1.0m/s，合适。人的持续推力为1520

19、kg，取F=2010=200N则p=Fv=2001.0=0.20kW集草类型：就地洒落4割草机传动部分设计本次设计的人力手推滚刀式割草机的传动部分由行走轮轴上车轮及滚刀轴的两端分别设置的小齿轮组成。当推动扶手架使割草机在草地上前行时，行走轮的内齿轮带动小齿轮旋转，使得滚刀也跟着一起转动，通过滚刀刃与定刀刃形成的剪切动作，将草坪上多余高度的草割断，完成作业。4.1割草机齿轮的设计4.1.1齿轮传动的类型齿轮传动就装置形式可分为：（1）开式、半开式齿轮传动在建筑机械、农业机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。齿轮传动装有简单的防护罩，有时还

20、把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。开式齿轮传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，故只宜用于低速传动。半开始齿轮传动工作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。（2）闭式传动 机床、汽车、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体的，这称为闭式齿轮传动。它与开式或半开式的齿轮传动相比，润滑及防护等条件较好，多用于重要的机械。本次设计的人力手推式割草机属于农业机械，且是简易的机械设备，因此齿轮传动属于开式、半开式齿轮传动。4.1.2齿轮的设计准则齿轮传动是靠两个齿轮的啮合进行工作的，轮齿是齿轮直接

21、参与动作的部位，所以齿轮的失效一般会发生在轮齿上。主要的失效形式有齿面点蚀、轮齿折断、齿面磨损、塑性变形以齿面胶合等。齿轮传动的失效形式虽一般不可能同时发生，但却会是互相影响的。例如齿面的点蚀总会加剧轮齿的磨损，而严重的磨损又会导致轮齿折断。在一定条件下，因为上述第一、二种失效形式是主要的，因此设计齿轮传动时，应根据实际工作条件分析其可能发生的主要失效形式，以确定相应的设计准则。对于软齿面(硬度350HBS)的闭式齿轮传动，润滑条件良好，齿面点蚀将是主要的失效形式，在设计时，通常按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。对于硬齿面(硬度350HBS)的闭式齿轮传动，抗点蚀能力较强，轮齿

22、折断的可能性大，在设计计算时，通常按齿根弯曲疲劳强度设计，再按齿面接触疲劳强度校核。开式齿轮传动，主要失效形式是齿面磨损。但由于磨损的机理比较复杂，目前尚无成熟的设计计算方法，故只能按齿根弯曲疲劳强度作为设计准则，为了延长开式、半开式齿轮传动的寿命，可用增大模数10-20的办法来考虑磨损的影响。由于本次设计的手推割草机的齿轮传动属于开式、半开式传动，因此需按齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。4.1.3齿轮的材料选择及其热处理齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和力，并可以改变运动的方向和速度。齿轮传动使用范围广，效率较高，传动比恒定，使用

23、寿命长。在机械零件产品的设计制造过程中，不但要做到材料的性能能够适应零件的工作要求，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，减少消耗，降低成本。如果齿轮材料选择不当，就会出现零件的过早损伤，甚至失效或者会造成成本的提高，资源的浪费。因此如何合理地选择和使用金属材料是一项比较重要的工作。为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮材料及其它的热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。钢制齿轮的热处理

24、方法主要有以下几种：(1)表面淬火 常用于中碳钢和中碳合金钢，如45号钢、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般可达到4055HRC。特点是抗疲劳点蚀能力强、抗胶合能力高，耐磨性好。由于齿心部末淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受稍微小的冲击载荷。(2)渗碳淬火 常用于低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。(3)渗氮 渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700900HV。由于渗氮处理

25、后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、铜、铅等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAlA。(4)调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为220280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。(5)正火 正火能细化晶粒，消除内应力，改善切削性能和力学性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。为了减小胶合的可能性，并使配对的大小齿轮寿命相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30-50HBS。这是因为小齿轮受载荷次数

26、比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄，强度低于大齿轮。为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。从材料本身价格来考虑。碳钢和铸铁的价格是比较低廉的，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可降低成本。从金属资源和供应情况来看，应尽可能减少材料的进口量及价格昂贵材料的使用量。综上所述，选择小齿轮材料为40Cr，调质处理，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢，同样经过调质热处理，硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。4.1.4齿轮精度的选择各类机器所用齿轮传动的

27、精度等级范围列于下表中，按载荷及速度推荐的齿轮传动精度等级如下图所示。各类机器所用齿轮传动的精度等级范围：表4-1齿轮传动的精度等级机 器 名 称精 度 等 级机 器 名 称精 度 等 级汽轮机36拖拉机68金属切削机床38通用减速器68航空发动机48锻压机床69轻型汽车58起重机710载重汽车79农业机器811人力手推式割草机属于农业机械，速度、精度要求都不高，故选用8级精度（GB1009588）。4.1.5按齿根弯曲疲劳强度进行设计（1）按图4-1所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动;齿轮精度为8级;小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240

28、HBS,二者材料硬度差为40HBS;闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小齿轮的齿数可取Z=2040。开式、半开式齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使轮齿不致过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，一般可取小齿轮齿数Z=1720。初选小齿轮齿数Z2=20,根据传动比i12=1：5.3，为了使各个相啮合齿对磨损均匀，传动平稳，Z2和Z1一般互为质数，故可取大齿轮的齿数为Z1=106。 图4-1传动简图（2）计算小齿轮传递的转矩。由人机工程手册查得人的持续推力为 1520kg ,由于外轮的转速n1=60103/2603.1472r/min，根据传动比i12=

29、1：5.3，则小齿轮的转速为n2=585.3=384.0r/min，取 F=2010=200N，人的步行速度为60米/分，即1.0米/秒，则P=FV=2001.0=0.20 kW，根据公式算得： （3）由机械设计表10-7选取齿宽系数=0.8。（4）由机械设计式（10-5）得轮齿的弯曲强度设计公式为： （mm）（5）确定公式内的各计算数值1）由机械设计图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE2=500MPa；大齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=380MPa；2）由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN2=0.85, KFN1=0.88；3)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1

30、.4，由式（10-12）得： MPa MPa4）计算载荷系数K。 K=KAKVKFKF= 5)查取齿形系数。由机械设计表10-5查得YFa2 =2.80；YFa1 =2.18。6）查取应力校正系数。由机械设计表10-5查得YSa2=1.55； YSa1=1.79。7)计算大、小齿轮的并加以比较。0.01429 =0.01634 大齿轮的数值大。（6）设计计算 为了延长开式、半开式齿轮传动的寿命，可用适当增大模数的办法来考虑磨损的影响，因此，可取由弯曲强度算得的模数圆整为标准值m=2mm。（7)几何尺寸的计算 1)计算分度圆直径 d2=Z1m=202mm=40mm d1=Z2m=1062mm=2

31、12mm 2）计算中心距 3）计算齿轮宽度 b=d2=0.840mm=32mm取B2=35, B1=38（8）结构设计及绘制齿轮零件图小齿轮的结构及尺寸见图4-2。图4-2小齿轮4.2割草机行走轮的设计割草机的行走轮由内齿轮和轮胎组成。内齿轮根据前面的设计要求材料选取45钢。轮胎在此不仅仅与内齿轮轮配合，也是与地面抓合产生动力的关键所在，因此轮胎的大小尺寸应与割草机的整体形状和尺寸紧紧相连。轮胎的外径是 =260mm,而其具体形状是参照现代机械设备设计手册中驱动轮的形状尺寸，外圈材料为橡胶。选取外轮直径：=260mm,由公式n=v/D得：外轮的转速n=60103/2603.1472r/min。

32、图4-3行走轮材料选择依据：45号钢为优质碳素结构用钢,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板、梢子、导柱等,但须热处理。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。随着现代工业的飞速发展,仪器设备的功率越来越大,转速越来越快,振动和噪声的危害也越来越突出。振动和噪声不仅影响产品质量和操作精度、缩短产品寿命、危及安全性,而且污染环境，影响人身健康。因此,掌握振动与噪声控制技术是各国工业发展面临的重大课题。消除振动和噪声的有效方法之一是减少振动源的振动和隔离振动

33、的传递。目前广泛使用的方法是利用橡胶材料与骨架材料(如金属、纤维、工程塑料等)复合制成的功能装置或特殊的橡胶粘弹性高阻尼材料来消除振动源的振动冲击和吸收噪声。这种橡胶减震功能装置已广泛应用于飞机、舰船、汽车、火车和建筑工程等方面以及仪器仪表的振动隔离。橡胶材料减震主要承受压缩应力、剪切应力和扭转力矩以及两种或两种以上应力的复合作用,在保证机车的高速性、舒适性和安全性方面起着重要作用。 5割草机割草机构的设计人力手推式割草机主要由连接成框形的行走轮、割草机构、扶手架和支架组成，割草机构由滚刀和定刀构成，行走轮的轴上具有齿轮。滚刀的轴架于支架上，轴的两端分别装有与行走轮轴上齿轮相啮合的小齿轮，定刀

34、固定在支架上，滚刀的刃部与定刀的刃部相切。滚刀与定刀的密接调整。这里指的是动刀片和定刀片的接合状态。如果密接不良，在切割的过程中容易导致草的根拔和撕扯，不能顺利的割断。滚刀和定刀片的刀刃部分应该相切，最大允许有0.5毫米的间隙。5.1刀片材料的选择割草机刀片必须采用高强度优质钢材，经过特殊热处理工艺保证刀片有较高的强度、锋利度、耐磨性、抗冲击韧性。刀架及刀片外形应该符合空气动力学要求，尽量减少运动时的空气阻力，以降低功率消耗。装配、调整刀具时，必须保证两端力矩平衡，以减少振动和噪声。滚刀和定刀的刀片材料均选用弹簧钢。弹簧钢是专门用来制造各种弹簧和弹性元件或类似性能要求的结构零件的主要材料。弹簧

35、钢具有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。除此之外，弹簧钢还具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)、精确的外形和尺寸。5.2滚刀刀片的设计割草机滚刀刀片数为9片，且相互间隔等分地分布于滚刀架的圆周面上。每个刀片都与滚刀架用螺钉固定，这样当某一个刀片磨钝或损坏后，可以只更换这一个刀片，维修方便，降低了费用。当然滚刀片也可以是6、7、8片，具体可按设计要求而定。6滚刀轴的设计6.1轴的概述轴是组成机器的主要零件之一

36、。一切做回转运动的传动零件都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此，轴的主要功用是支撑回转零件及传递动力和运动。按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既能承受弯矩又能承受扭矩的称为转轴。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。还有很多种不同的分类方法，在此就不一一列出。轴的材料主要有碳钢和合金钢。钢轴的毛胚多用轧制圆钢和铸件，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，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢。但是，合金钢比碳钢具有更高的力学性能

37、和更好的淬火性能。因此，在传递打动力，并要求减少尺寸与质量，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。但在本次设计中，因为传递的动力较小，且碳钢在满足各种性能要求的条件下更为经济，所以选用碳钢45。对轴进行热处理的各种方法包括：高频淬火、渗碳、氮化、氰化等。表面强化处理包括喷丸、滚压等，这些方法对于提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。6.2轴的设计轴的设计也和其它零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可

38、靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对于刚性要求较高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。轴的结构设计又包括制定处合理的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及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴联结的方法；载荷性质、大小、方向及分布情况

39、；轴的加工工艺等。而影响轴的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须使轴满足以下条件：轴和轴上工作的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装卸和调整；轴应具有良好的制造工艺等。6.3轴的材料选择轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用扎制圆钢和锻件，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，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更高的淬火性能。因此，在传递大的动力时，并且要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于

40、高温或者低温条件下工作的轴，常采用合金钢。各种热处理（高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（喷丸、滚压），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，且具有廉价、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低的优点，可以用于制造外形比较复杂的轴。6.4轴的计算（1）求滚刀轴上的功率P2、转速n2和转矩T2人的持续推力为1520kg, 外轮的转速n1=60103/2603.1472r/min，根据传动比i12=1：5.3，则小齿轮的转速为n2=725.3=384.0 r/min，取F=2010=200NP=FV=2000.8=0.16Kw根据公式算得

41、：（2）求作用在齿轮上的力因已知滚刀轴端的齿轮的分度圆直径：d2=Z1m=202mm=40mm而 Fr=Ft tan=tan20o=90.46N（3）初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。本设计选取轴的材料为45钢，调质处理,适用于承受交变负荷、中等速度、中等负荷，强烈磨损、无很大冲击的重要零件。取A0=112，于是得=15.708mm因此，选取轴径为16mm。输出轴的最小直径显然是安装小齿轮处轴的直径d1-2。为了使所选的轴直径d1-2与小齿轮的孔径相适应，故需同时选取小齿轮的孔径为16mm。（4）拟定轴上零件的装配方案1）根据设计要求，已知割草机的割幅为400mm，由前面齿轮设计计算

42、可知小齿轮的宽度为35mm。由于小齿轮上主要受径向力，所受的轴向力不大，因此小齿轮一端利用轴肩定位，另一端可利用弹性挡圈进行轴向定位。2）选择滚动轴承 3）轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位采用平键连接。键连接的功能、分类、结构型式及其应用如下：键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或者轴向滑动的导向。键的来年界主要有：平键连接、半圆键连接、锲键连接和切向键连接。键的选择包括类型选择和尺寸选择两方面。其主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽b键高h表示）与长度L。键的截面尺寸bh，按轴的直径d由标准中选择键的长度L。一般可以按轮毂的长度决定，

43、键长等于或略短于轮毂的长度。一般轮毂的长度可以取为L=(1.52)d，这里d为轴径，由设计手册表4-1查出。普通平键和普通锲键的主要尺寸。因为：d=16mm,即公称直径：d1217公称尺寸：bh=55 公称尺寸b:5深度：轴t:3.0极限偏差：毂t1:2.3 极限偏差：L=(1.52)d =2432mm。键的长度系列在2432之间有25、28、32三种。取长度L=25。平键选用材料为45钢，个数为2。键槽用键槽铣刀加工，长为25，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为。4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计表15-2，取轴端倒角为245，各轴肩处的圆角半径见图4-2

44、。（5）求轴上的载荷确定轴承的支点位置，已知B/d=30/181,由机械设计图15-23可知e=0.5d=9，则Fr的作用点与支点的距离为L=43，Fr= Fttan=90.46N，则 弯矩MH=FrL=90.4643=3889.78 NmmMV=FtL=248.5543=10687.65 Nmm则11373.48 Nmm 扭矩（6）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式（15-5）及上面的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力20.16MPa前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计表15

45、-1查得=60MPa。因此,故安全。 7结 论人力手推滚刀式割草机适用于庭院，花园等小型草地使用，不需要以电力或柴油为动力，节约能源，保护环境。人们在散步的时候运用该割草机，既锻炼身体又可修整草坪，一举两得。该割草机体积小、重量轻、操作方便、结构简单、成本低廉、保养方便，且采用人的驱动力作为动力，无废气，无噪音，同时割草动作时对草坪没有撕扯，对草坪更有益。在此次的毕业设计中，我根据查到的人力手推式割草机的技术参数要求，先确定了割草机的总体方案设计，然后对割草机的传动部分、滚刀轴、割草机构、轴承等进行合理设计。在满足工作要求的前提下，使割草机的结构更为紧凑，以减小人力手推式割草机的整体尺寸，减小割草机的体积和自重，使工作、使用更加方便。通过这次较为完整的对人力手推割草机的设计，我发现，单纯的理论知识学习与实际设计之间有很大的差距。这次毕业设计既提高我查阅文献资料、设计规范、设计手册以及电脑制图等专业能力，同时也教会了我如何综合运用所学的专业基础知识，解决实际应用问题，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的经验得到了丰富，能力得到了锻炼，使我的毅