自走式草坪修剪机的设计

自走式草坪修剪机的设计The Design of Self-walking Lawn mower摘 要随着我国经济的高速增长，目前我国已经成为世界第二大经济体，在这么一个社会背景之下，人民对美好生活的追求会越来越高。近年来，社会文明与生态文明的可持续性，可协调性发展的呼声越来越高，而草坪则是社会生态文明的重要组成部分，是人民追求美好生活的重要基础。自走式草坪修剪机一般由行走装置、传动装置、割草装置以及集草装置所构成，一次作业即可完成草坪修剪以及草的收集作业，一般以效率高、适应性强见长。本文主要对自走式草坪修剪机的工作原理、主要结构做详细讲解，并重点对传动机构、剪草装置做设计、计算、选型以及强度校核工作。对于本次毕业设计的自走式草坪修剪机的整机装配图以及主要部件的零件图，均会使用AutoCAD进行对其绘制，同时，对于部门不好把握的零件，会使用Creo2.0进行三维建模，方便大家理解。关键词：自走式 草坪修剪机 传动机构 AbstractWith the rapid growth of our countrys economy, China has now leaped into the second largest economy in the world. Under such a social background, the peoples pursuit of a better life is becoming higher and higher. In recent years, the voice of the sustainable development of social civilization and ecological civilization is increasing, and the lawn is an important part of the social ecological civilization, and the important foundation for the people to pursue a better life.The self-walking lawn mower is composed of a walking device, a transmission device, a hydraulic system, a lawn mower and a grass collecting device. The lawn pruning and the collection of grass can be completed in one operation. It has the characteristics of automation, adaptability and efficiency.This article mainly explains the working principle and main structure of the Self-walking lawn mower, and focuses on the design, calculation, selection and strength checking of the transmission mechanism and the grass cutting device. Using AutoCAD software to draw out the main parts and assembly drawings, and use Creo2.0 to do three-dimensional modeling.Keywords： Self-walking Lawn mower Drive systemii目 录摘 要Abstract1 引言11.1 课题来源11.2 课题研究的目的与意义11.3 国内外草坪修剪机的发展现状11.4 国内草坪修剪机的发展前景31.5 本课题的设计任务32 自走式草坪修剪机的概述42.1 自走式草坪修剪机的定义42.2 自走式草坪修剪机的基本构造42.3 自走式草坪修剪机的工作原理53 总体设计63.1 发动机的选择63.2 传动机构的确定及其设计73.2.1 传动方式的确定73.2.2 传动比分配83.2.3 传动装置的运动和动力参数83.2.4 V带传动的设计93.2.5 蜗轮蜗杆设计计算113.2.6 齿轮设计计算143.2.7 I轴的设计计算183.2.8 II轴的设计计算213.2.8 旋刀轴的设计计算233.2.9 工作轴的设计计算243.3 剪草机构的设计263.3.1 剪草机构的概述263.3.2 旋刀刀片材料的选择263.3.3 旋刀刀片的设计273.4 其余部件的设计283.4.1 推杆的设计283.4.2 机架的设计283.4.3 万向轮的设计293.4.5 脚轮的设计293.4.6 刀壳的设计30结 论31致 谢32参考文献331 引言1.1 课题来源本课题来源于XXX机械工程系机械电子工程专业2018届毕业设计选题。1.2 课题研究的目的与意义随着社会的进步，人民生活水平的提高，对美好生活的追求，使得草坪已成为现代社会生态文明的重要组成部分。然而草坪是高度培育的草地，随着草坪业的迅猛发展，草坪面积不断扩大，使得草坪的管理已经从原始且单一的手工劳作、牲畜劳作走向半自动化、自动化、智能化方向发展，因此，草坪管理作业的自动化已经成为十分重要的课题。在中国特色社会主义进入新时代的背景下，人民对美好生活的追求必然会日俞增长，人民对高尔夫球、足球等运动的热衷程度越来越高；小区的绿化面积也成为房地产开发商的主打招牌，因此保持一块平整漂亮的草地已经成为当务之急，而性能良好的草坪修剪机便成为此项工作的关键。1.3 国内外草坪修剪机的发展现状国外：经历了两次工业革命的技术沉淀，欧美等发达国家早在20世纪初期便开始在园林管理等繁重的工作中使用机械节省劳动力，但那时主要是运用汽车、起重运输机等机器来进行农田物料的运输以及使用拖拉机来进行土地松整工作。一直到20世纪50年代，各种园林绿化专用器械才逐渐面世，诸如：剪草机、园林拖拉机等。进入20世纪80年代，随着经济的进一步增长，在欧美等发达国家中，家家户户都有一块绿色草坪，因此草坪修剪机开始走进大众的生活，特别是在美国、加拿大等国家中，草坪修剪机已经基本普及。欧洲人普遍有喝牛奶的习惯，因此欧美等国家对牧草收获机器的研发起步较早，尤其是在割草机的研制方面，技术已经十分成熟，完成了从纯人工劳作、使用牲畜劳作到使用拖拉机劳作的过度。到本世纪初，发达国家大部分园林绿化工作，从公共绿地到家庭绿地的养护和管理已经全面实现机械化作业，并且向更高层次迈进，诸如智能化草坪修剪机等。国内：相比国外，我国对于草坪修剪机等园林机器的发展相对要晚，从20世纪70年代末开始，一些园林机械厂开始生产草坪修剪机等园林机械，但是规模普遍比较小。直到20世纪90年代，随着城市绿化面积的增大（2000年时，北京、上海等城市的园林绿化面积已突破3000万）以及我国草坪业开始迅猛发展，由此带动我国草坪机器制造业的初步发展。国内草坪业的迅猛发展着实的带动了园林机械需求的快速增长，而草坪修剪机则占据了园林机械中很大的一部分。但由于我国草坪机械制造业起步较晚，跟国外相比还是存在不小的差距，主要体现如下：1.草坪机械所使用的的发动机性能指标与国外先进水平相比存在比较大的差距。目前草坪机械中所使用的的发动机主要有汽油机、柴油机、电动机三种，其中以汽油机应用最为广泛以及常见，特别是在中小型草坪机械上。而柴油机主要应用于中大型园林拖拉机上，电动机则主要应用在少数便携机械上。在汽油机的使用上，从环保方面来考虑二冲程汽油机将逐渐被淘汰，因此目前绝大部分的草坪机械所使用的发动机都是四冲程汽油机。比较著名的品牌有美国的B&S、KOHILER、日本的HONDA、德国的SOLO，而国内目前只有为数不多的草坪机械汽油发动机制造厂，如：重庆隆鑫科技股份公司，重庆力帆。但由于制造工艺以及材料方面的限制，其产品质量和性能不能满足市场上草坪机器的要求。2.产品品种以及配套机具上的差距。3.68kW是通用小型汽油机品种的一道分水岭，欧美等发达国家所研制的通用小型汽油发动机已经涵盖了3.68kW以内以及以上，而我国通用小型汽油机主要集中在3.68kw（5hp）以内，而大于3.68kw的基本上没有。3.产品质量可靠性与外观质量的差距。我国自主品牌的草坪修剪机，大都采用逆向研发，既购买国外草坪修剪机，自行拆装分解再改良制造。因此技术水平相当于国外20世纪90年代的水平，在关键性能指标上，如：体积功率、压缩比、活塞平均速度、平均有效压力等均低于国外品牌的同类产品，也造成了国产品发研发的产品在质量可靠性上跟国外品牌存在比较大的差距，产品外观质量的设计还有待提高。1.4 国内草坪修剪机的发展前景综合来看，我国自主品牌在草坪修剪机在产品开发上还比较单一，在产品的性能、质量、外观等方面对比外国同类产品还存在较大的差距。引用国务院关于加强城市建设的通知中的要求：到2010年，人均公共绿地面积达到10平方米以上（2005年则为8平方米）。在这里，我以杭州市的城市建设规划为例进行说明，如图1所示：图1 杭州市人均公共绿地面积预测图总的来讲，我国还处于草坪修剪机发展的初级阶段，发展前景十分广阔且明朗。1.5 本课题的设计任务本课题要求通过对自走式草坪修剪机的主要结构及其实现自走、剪草的工作原理进行深入的研究分析，深入理解其整体系统的结构原理，进行系统总体设计。1.熟悉自走式草坪修剪机的组成结构以及工作原理。2.根据市场需求，设计一种适合公园、校园、厂区等绿化草坪修剪的设备；3.进行整机设计和三维建模。设计主要零部件，进行强度、刚度校核；4.提交所设计的自走式草坪修剪机的整机装配图、重要零件图、三维图、设计说明书等相关设计分析结果；5.基本参数：最大割草高度35mm。2 自走式草坪修剪机的概述2.1 自走式草坪修剪机的定义手扶自走式草坪修剪机是在手扶推行式草坪修剪机的基础上，增加了行走轮驱动机构，从而构成了手扶自走式草坪修剪机。启动发动机，草坪修剪机会自行行走，作业员只需依靠扶手来进行方向的控制即可，大大降低了作业员的劳动强度，提高工作效率。欧美等发达国家的房子一般都带有草坪庭院，因此手扶自走式草坪修剪机在国外主要应用于小面积草坪庭院的自娱性修剪工作。由于这种小型草坪修剪机结构简单、价格低、使用方便灵活， 因此我国园林工作者也大量采用此设备进行草坪的修剪工作，特别适合在公园、校区、厂区等地进行草坪修剪工作。市场上常见的自走式草坪修剪机一般分为旋刀式与滚刀式两种，这是根据其修剪形式的不同所进行的分类，通常来讲，旋刀式造价会比滚刀式便宜。其中，自走旋刀式草坪修剪机，其适用于草高25-80mm的草坪，而自走滚刀式草坪修剪机，其适用于草高3-80mm的草坪。根据课程设计任务书给出的要求，最大割草高度为35mm且从成本方面来考虑，因此在这里选用自走旋刀式草坪修剪机。2.2 自走式草坪修剪机的基本构造自走式草坪修剪机是一款市面上常见的园林机器，通常用于草坪的修剪与维护，是高尔夫球场草坪维护的必备工具。其一般由剪草机构（主要是刀片与刀盘）、发动机、行走机构、扶手、操纵杆所构成。草坪修剪机分别由动力系统、传动系统、行走系统、割草系统和操作系统等5大系统所构成。机器自走和割草是通过各系统之间的相互配合来实现。动力系统：草坪修剪机实现自走以及剪草的根本保证从草坪修剪机的发展来看，目前其动力系统主要有两种形式，一种是传统内燃机，主要是指小型汽油机或者柴油机。采用传统内燃机作为动力源，其优点是功率大以及持续作业时间长，但同时噪音和振动也是其无法回避的缺点。因此，采用传统内燃机作为动力源的产品适宜在环境要求不高的场所。而另一种则是采用蓄电池作为动力源，采用蓄电池作为动力源的草坪修剪机，工作时运行平稳，噪声小，然而功率较低，持续作业时间短也是目前有待优化的问题。从工作时长来考虑，这里我们选用常规内燃动力系统。动力传递系统：既将发动机的动力与运动传递给割草装置与行走机构的媒介。行走系统：本次毕业设计的草坪修剪机由一对万向轮以及一对脚轮所组成。割草系统：草坪修剪机能对草坪进行修剪的根本保证，根据所设计的草坪修剪机对草的修剪方式的不同，其组成部件也不同。本次毕业设计所设计的草坪修剪机为旋刀式，故其割草系统主要是由旋刀刀片以及旋刀轴等部件所组成。操作系统：草坪修剪机功能的实现，依赖操纵系统对其他四个系统进行相互配合来实现，一般包括：变速箱离合手柄、割草系统手柄、油门控制手柄、变速箱操作杆等。变速箱离合手柄：原理与汽车变速箱档杆相同，根据实际作业情况，调整适合作业的转速。割草系统手柄：直接控制割台的运转和停止。油门控制手柄：通过油门手柄对草坪修剪机进行调整，可获得适合用于行走或者剪草的动力。2.3 自走式草坪修剪机的工作原理自走旋刀式草坪修剪机是发动机（传统内燃机或者电动机）作为动力源，其剪草机构由刀盘和刀具组成，发动机工作时，其输出轴透过传动机构将发动机的动力与运动传递到旋刀轴，旋刀轴带动旋刀刀片进行旋转，运用刀片旋转时产生的切割力对草进行修剪。通过动力传动机构将发动机的动力与运动传递给驱动轮，从而驱动整个机器的自动行走，自走式草坪修剪机的自走原理便是如此。3 总体设计3.1 发动机的选择根据课程设计任务书的要求，设计一台适合在公园、校园、厂区等地使用的草坪修剪机，因此对草坪修剪机有噪音控制的要求。本田GX160汽油发动机作为自走式草坪修剪机的首选发动机，具有作业时稳定性高，噪声低，燃油经济性良好，排放低等优点。其相关技术参数如下：表1 本田 GX160汽油机技术参数项目技术参数汽油机型号GX160汽油机型式单缸、四冲程气缸直径（mm）68活塞直径（mm）45排量（mL）163标定转速(r/min)3600最大功率（ps）3.0旋转方向逆时针方向（面向输出轴）化油器型式横置管磁体点火点火系统晶体化，无触点火花塞编号NGK:BPR6ES起动方式手拉反冲起动外形尺寸（长宽高）（mm）304362335调速器型式离心重锤式燃油箱容量（L）1净重（kg）15.03.2 传动机构的确定及其设计3.2.1 传动方式的确定机械传动系统是目前在草坪修剪机中使用最广泛的结构形式。在本次的毕业设计中，采用了汽油发动机作为动力源，其转速达到3600r/min。因为草坪的修剪质量受草坪修剪机前进速度的影响，且作业时修剪员的步行速度不会太快，所以行走驱动轮的转速大约只能在90r/min 左右，因此本次所设计的草坪修剪机采用三级传动方式。第1级为带传动，通过带将发动力的动力与运动传递给被动带轮。第2级常采用蜗轮蜗杆减速器传动，其减速比要大一些。第3级是齿轮传动，将小齿轮安装在蜗杆的输出轴，大齿轮安装在另一根轴上，轴两端与驱动轮相连接，使用螺栓将驱动轮与驱动轴进行连接，轴的转动带动驱动轮的运动并最终带动剪草机的走动，从而实现剪草机的自走。带传动主要是指链传动和带传动，下面我们就以这两种传动方式的优缺点进行比较，从而确定本次设计的草坪修剪机的第1级传动方式。（1）链传动。链传动是通过链条将主动轮的运动和动力传递到从动轮。在设备的运转过程中，链条是通过与链轮上的牙进行啮合，从而传递动力与运动，故其传递平稳，不存在打滑，故而链传动以传动效率高且平均传动比准确见长；同时链传动功率大，因此其过载能力强，即便是在低速、重载的条件下也能较好地运作；除此之外，链传动还具有很强的环境适应能力，可在温度高、灰尘大、有油污、腐蚀性大的环境下工作；同样，链传动还是存在比较明显的缺点的，链条与链轮啮合时总是会伴随着较大的噪音；在链条出现磨损的情况下，容易发生跳齿和脱链；又因为链条与齿轮间存在啮合，故其急速反向传动的性能差。（2）带传动。由于传动带本身具有弹性，容易安装，因此在运作的过程中可起到缓冲、吸收振动的功能，且传动平稳，可在一定程度下减小噪音的分贝；传动带一般由橡胶造成，因此其造价成本低；当机械出现过载时，传动带一般会产生打滑的现象，可在一定程度上防止其他零件的损坏；然而传动比不精确也是传动带所潜在的问题；因其材质一般为橡胶，故不适宜在高速、易燃的场所下工作，且使用寿命叫传动链要短。根据毕业设计任务书的要求，本次设计的草坪修剪机主要应用于公园、学校、厂区等场所，对噪音控制有要求，因此选择带传动作为传动方式。3.2.2 传动比分配1）总传动比本次毕业设计所设计的自走式草坪修剪机，选用Honda GX160汽油机其满载转速为ng、行走轮的转速为n；传动装置总传动比为：n1=ngn=360089=40.42）分配传动装置传动比：i=i带i蜗i齿分配到各级传动比因为带传动比的合理范围为2-4，故取i带=2.1；因齿轮传动比一般为36且大小齿轮齿数互为质数，取i齿=3.2；从而得出蜗轮传动比i蜗=6。3.2.3 传动装置的运动和动力参数从带轮传动到轮子走动各级传动效率选取：带=0.96；蜗=0.95；轴承=0.98；齿=0.97；1）发动机：转速：n0=3600r/min输入功率：P0=Pd=2.61kW输出转矩：T0=9.55106Pdn0=9.551062.613600=6.90103Nmm 2）蜗轮蜗杆轴：转速：n杆=n0i带=36002.1=1714r/min输入功率：P杆=P0带=2.910.96=2.51kW输入转矩：T杆=T0带i带=6.901030.962.91=1.39104Nmm 3）1轴：转速：n=输入功率：P=P =2.34KW输入转矩：T=7.76N4）2轴：转速：n输入功率：P =2.22KW输入转矩：T=7.76=2.365）旋刀轴：转速：n输入功率：P=P =1.27 =1.31KW输入转矩：T =9.55=3.483.2.4 V带传动的设计1）确定计算功率PC根据机械设计教材表5-9查的工矿系数KA =1.0，故有：PC=KAP=1.03.0=3.0Kw2）选择V带型号根据计算功率PC和发动机转速n1由机械设计教材图5-9和5-10，选用Z带。3）确定带轮的基准直径dd1和dd2 初选小轮直径dd1根据机械设计教材表5-10，取dd1=63mm验算带速v，有： v=11.87m/s因带速v=11.87m/s满足5-25m/s范围内，故带速合适。计算大轮直径dd2 dd2=i带dd1=2.163=132.3mm故取dd2=140mm4）确定中心距a和带长Ld 初选中心距a0根据机械设计教材，一般初定中心距a0为0.7（dd1+dd2）a02（dd1+dd2），故取a0=340mm初算带长LC和确定带长Ld Lc2a+ =2（140+63）+ =948mm根据机械设计教材表5-6和表5-7确定基准长度Ld=1000mm确定中心距a a V带传动通常设计成中心距可调的，结合实际情况，后续我们需要对V带进行安装、更换和调试工作，以及修正因V带的松弛而带来的初拉力缺失，故其中心距的变化范围为：amin=a-0.015Ld=366-0.0151000=351mmamax=a+0.03Ld=366+0.031000=396mm5）验算小轮包角6）确定V带根数Z计算单根V带的许用功率P0根据机械设计教材表5-3可得，P0=0.47kW；根据机械设计教材表5-4可得，P0=0.06kW；根据机械设计教材表5-4可得，KL=1.06；根据机械设计教材表5-4可得，K=0.95；P0=（P0+P0）KLK =（0.47+0.06）1.060.95 0.53kW计算V带根数zZPC/P0=5.6取Z=67）确定初拉力F0根据机械设计教材表5-2得知Z型带的单位长质量q=0.06kg/m，所以 F0=500（2.5-K）PcKzv+qv2 =500（2.5-0.95）30.95611.87+0.0611.872 =43N8）计算带对轴的压力FQ FQ=2F0sin2=26430.99 =510.84N3.2.5 蜗轮蜗杆设计计算1）选择蜗杆传动类型本次毕业设计选用渐开线蜗杆 ZI，其选用根据来自于国家推荐性标准 GB/T10089-1998 2）选择材料蜗杆的材料选用45钢，结合经验并基于蜗杆传动的功率以及速度来考虑；因希望效率高，耐磨性好，故蜗杆螺旋面要求淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮采用金属模的制造方法，并选用铸锡磷青铜ZCuSn10P1作为其材料；基于零件的制造成本以及节省贵重材料的用量来考虑，采用青铜作为蜗轮的齿圈的材料，而轮芯则选用廉价且不贵重的灰铸铁HT100；3）按齿面接触疲劳强度进行设计根据蜗杆传动设计准则的要求，先对齿面接触疲劳强度进行设计，再对齿根弯曲疲劳强度进行校核。传动中心距：a3KT轮ZEZH2根据传动比i蜗选取Z1=6 ，故取效率=0.95,则：T轮=9.55106 P杆n轮=9.551062.510.9517146=7.96104Nmm确定载荷系数K动作载荷较稳定取载荷分布不均系数K=1；由机械设计教材表7-8选取使用系数KA=1.15；鉴于转速不高，所受冲击力不大，可取动载系数KV=1.05K=KAKKV=1.1511.051.21确定弹性影响系数ZE根据本次毕业设计的实际情况，由铸锡磷青铜制造而成的蜗轮与钢材质的蜗杆相配合：ZE=160MPa确定接触系数Z根据设计经验，先假设蜗杆分度圆直径d1与传动中心距的比值d1=0.35，结合机械设计教材图7-14可知，Z=2.9；确定许用接触应力H结合本次设计的实际情况，蜗轮采用金属模的制造方法，并且选用铸锡磷青铜ZCuSn10P1作为其材料，蜗杆硬度45HRC，查阅机械设计教材表7-10可得，蜗轮的基本许用应力H=268MPa。应力循环次数： 601=2.06寿命系数：=0.917则：=0.917=245计算中心距 =56mm取中心距，因，从机械设计教材表7-2中取模数m=3.15，蜗杆分度圆直径，这时d1a=0.56，从机械设计教材图7-14中可查的接触系数Zp=2.57，因为,因此以上结果可用。4）蜗杆蜗轮的主要参数和几何尺寸蜗杆轴向齿距；直径系数；齿顶圆直径=；齿根圆直径；导程角；蜗杆轴向齿厚蜗轮蜗轮齿数35；变位系数；蜗轮分度圆直径；蜗轮喉圆直径115.7；蜗轮齿根圆直径；蜗轮咽喉母圆半径5）校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据， 从机械设计教材图7-15中可查的齿形系数。螺旋角系数；许用弯曲应力从机械设计教材表7-11中查得，由ZcuSn10P1所制造的蜗轮的基本许用弯曲应力为寿命系数： 弯曲强度满足6）精度等级公差和表面粗糙度的确定因本次毕业设计采用蜗杆传动（属于通用机械减速）作为动力传递机构，查阅国标GB/T10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T10089-1988，公差项目及表面粗糙度用H7/u6配合。7）热平衡核算摩擦损耗产生的热流量从箱体外壁散发到周围空气中的热量按热平衡条件可得S 由剪草机外形尺寸为外形尺寸：1870 620 7300mm故符合要求3.2.6 齿轮设计计算1）选择齿轮材料、热处理方式和精度等级根据毕业设计要求，采用圆柱斜齿轮传动；选用40Cr作为小齿轮的制造材料，调质处理，平均硬度为280HBS，同时选用45钢作为大齿轮的制造材料，正火处理，齿面硬度为240HBS；选用8级精度。2）按齿面接触疲劳强度初步计算齿轮参数由于所设计的齿轮传动方式属于闭式软齿面齿轮传动，故先对齿面接触疲劳强度进行设计，参考机械设计教材式6-26进行计算，即：d式中各参数为：试选载荷系数K=1.3；计算小齿轮的转矩：T1=9.55106P1/n1=7.76104Nmm根据机械设计教材表6-7取齿宽系数=1.0；取Z1=18，Z2=i齿Z1=57.6，取Z2=58，初选螺旋角=14；根据机械设计教材式6-22可得：由=14，查机械设计教材图6-20得：区域系数ZH=2.433；查机械设计教材表6-3得：弹性影响系数ZE=189.8MPa许用接触应力由机械设计教材式6-18，既按H=HlimZNSH计算：查阅机械设计教材图6-14(d)(c)可得，其接触疲劳强度极限为：=600MPa，=550MPa；由机械设计教材式6-20得应力循环次数：查机械设计教材图6-16(曲线1)得接触疲劳寿命系数：ZN1=0.97，ZN2=0.99;计算接触疲劳许用应力取安全系数SH=1.0，则：H1=Hlim1ZN1SH=6000.971.0=82MPaH2=Hlim2ZN2SH=5500.991.0=544.5MPaH=H2=82MPa初算小齿轮的分度圆直径d1t，得：d1t =43.18mm3）确定传动尺寸计算圆周速度v=0.66m/s，故8级精度合用；计算载荷系数K。各系数选择如下：查机械设计教材表6-1得使用系数KA=1.0；由v=0.66m/s，8级精度，查机械设计教材图6-6得动载系数KV=1.05；查阅机械设计教材表6-2，可得齿间载荷分配系数为K=1.4；查机械设计教材图6-10得齿向载荷分布系数K=1.45；由机械设计教材式6-2得：K=KAKVKK=1.01.051.41.45=2.13；对d1t进行修正：d=d=43.18=47.4mm确定模数mnmn=2.71，故取为标准模数mn=3mm；计算中心距a=93.9mm圆整为a=94mm；精算螺旋角=arccos=arccos=14.81因值在允许范围内，故与值相关的数据不需要修正；精算分度圆直径d1=mnZ1cos=2.221cos14=47.1mm；d1=mnZ2cos=2.267cos14=140.9mm计算齿轮宽度b=46.8=46.8mm圆整后取B1=47mm，B2=52mm；4）校核齿根弯曲强度根据机械设计教材式6-27，得：式中各参数如下：K、T1、b、d1、mn、值同前；由当量齿数ZV1=19.7；ZV2=63.5；查机械设计教材表6-4得查取齿形系数YFa1=2.821，YFa2=2.263；应力校正系数YSa1=1.57，YSa2=1.736；斜齿轮的纵向重合度为=0.318=0.318118tan14=1.43由机械设计教材图6-21得螺旋角影响系数Y=0.88；计算弯曲疲劳许用应力查机械设计教材图6-15(d)(c)得弯曲疲劳强度极Flim1=500MPa， Flim2=380MPa；查机械设计教材图6-17得弯曲疲劳寿命系数YN1=0.98，YN2=0.99； 取YST=1.0安全系数S=1.4，则有：F1=2KT1bd1mnYFa1Ysa1Y=22.137.7610446.847.131.592.8211.570.88122.54MPaF1F2=F1YFa2YSa2YFa1YSa1=122.542.2631.7362.8211.57=108.69MPa1()/m。在割草机工作轴的传动中，因为是一般传动，所以取 =0.51()/m。计算结果：满足强度条件，安全。3.2.9 工作轴的设计计算1）轴的材料选择材料是合金结构钢40MnB，调质处理，硬度为28HRC，,，2）轴径的初步计算根据轴的扭转强度条件： ,式中：扭转相应切力，；轴所受的扭矩，；轴的抗扭截面系数，；轴的转速，；轴传递的功率，；计算截面处轴的直径，。已知。其中A0=395500000.2T；得d=39550000P0.2Tn=395500000.2T3Pn=A03Pn因为此工作轴是采用花键与旋刀轴进行连接，故其是一根空心轴式中：空心轴的内径与外径之比，通常取=0.5-0.6；已知P =1.25，n=3600 r/min，轴的材料选用 40MnB， 。将其代入式中，得实心轴轴径；空心轴轴径。从计算结果来看，输出轴的实心部分最小轴径d7.73mm；空心部分最小轴径d7.90mm；3）轴的结构设计（如图5所示）： 图5 工作轴3.3 剪草机构的设计3.3.1 剪草机构的概述自走旋刀式草坪修剪机的剪草机构，主要由旋刀刀片与旋刀轴所组成，旋刀刀片通过螺纹圆柱销定位用螺母固定在旋刀轴上，旋刀轴通过花键与发动机输出轴连接，发动机主轴旋转时，带动旋刀轴旋转，从而使旋刀做切割工作，其结构如图6所示：图6 剪草机构3.3.2 旋刀刀片材料的选择修剪是现代草坪管理中非常重要的一环，而刀片材料的选择则对修剪的质量起到至关重要的作用。同时，刀片是草坪修剪机中的易损件，它不仅受到切割阻力的冲剂，还受到草和泥沙的强烈摩擦，还不可避免的会碰到草皮上的石头、铁罐等，这就要求刀片不仅要有较高的韧性，还要有较高的耐磨性。本次毕业设计刀片的材料选用65Mn，等温淬火后硬度为42-50HRC。3.3.3 旋刀刀片的设计1）旋刀刀刃最小长度的确定本次毕业设计所设计的旋刀式草坪修剪机是无支承切割（如图右），切割时有切割力Pd，茎秆的惯性力PAB和PBC及茎秆的反弹力PT等。为了提高草坪修剪机在进行草坪修剪工作时的可靠性，应使基杆反弹力与之和茎秆惯性力大于或等于旋刀的切割力，即：PdPAB+PBC+PT若将茎杆视为一端固定的悬臂梁，根据材料力学分析可知：为增大惯性力和茎杆的反弹力，除需尽可能的降低割茬外，还应提高切割速度，根据试验资料，对细茎杆的草切割速度应达到60m/s，粗一些的草的切割速度可低一些。查阅相关文献后，可知要使自走旋刀式草坪修剪机在进行草坪修剪工作的过程中不产生漏切等现象，其各项参数必须满足如下关系式： hmin=60Vm/Zn式中：hmin为刀刃的最小长度（mm）；Vm为机器前进速度（m/s）；Z为刀片数；n为切割转速（r/min）；故其最小刀刃长度为：hmin=60Vm/Zn=601.5/23600=0.0125=12.5mm2）旋刀转速的确定自走旋刀式草坪修剪机，因其在进行草坪的修剪工作时，圆周速度最低点位于刀刃的内端点处，故应以刀刃的内端点作为校核旋刀切割速度的基准点。经验表明，刀刃的内端点的最小切割速度V内mim应大于60m/s，才能保证在进行草坪的修剪工作时，刀刃各点均能将草切断，既：V内mim=r内-Vm式中：r内为刀刃内端点处的回转半径（m）；为旋刀角速度（1/s）；Vm为机器前进速度（m/s）；根据经验表明最小切割速度V内mim一般为60-95 m/s，但是为了使刀盘工作转速不至于过高，现取V内mim=90 m/s。旋刀刀片如图7所示：图7 旋刀刀片3.4 其余部件的设计3.4.1 推杆的设计推杆由钢管（合金结构钢Q345）以及推杆套两部分所组成，可根据作业员的身高进行调节。3.4.2 机架的设计1）机架材料的选择低合金结构钢Q345做成的结构用冷弯空心型钢2）机架的结构说明机架设计成上、下机架两部分，并通过销轴的调节来为实现对剪草高度的调节3）销轴的选择销轴材料的选择销轴材料选用35钢，调质处理，硬度为2838HRC，表面氧化。销轴的选用结合本次毕业设计的要求，选用销轴630（GB/T 882-2000），开口销（GB/T 91-2000）。草坪修剪机在进行实际作业时产生的振动等现象会对销轴产生一定冲剂，在查阅相关资料后，取许用剪切应力，许用压应力，抗拉强度。4）销轴的强度校核发动机的质量为15kg,燃油箱容量为1L，装满燃油时燃油质量为0.725kg，上机架材料采用16Mn。其质量为1.6kg。故作用在每个销轴上的力为：F=15+1.6+0.725104=43.31N销轴工作面的挤压应力： p=F2ad=43.312206=0.18Mpa；计算结果： ppp的强度条件，安全；销轴的剪切应力：=F2d24=43.3123.14624=0.77MPa；计算结果： TTp的强度条件，安全；销轴的弯曲应力：bFa+0.5b40.1d3=4320+0.51840.163=13.42MPa；计算结果： bbp的强度条件，安全。3.4.3 万向轮的设计行走轮的尺寸应与草坪修剪机的整体形状和尺寸紧紧相连。结合自走旋刀式草坪修剪机的整体设计方案并根据国标GB/T 14688-1993等相关数据，本次毕业设计的草坪修剪机，其前轮采用万向轮，以方便草坪修剪机的转向从而提高草坪修剪机在进行草坪的修剪工作时的灵活性，后轮则采用脚轮形式。万向轮的外径是=160mm，参照机械设计手册中工业脚轮的形状和尺寸，本次毕业设计的万向轮采用支架（材料：HT200）装配方式，并将万向轮支架焊接在机架上。3.4.5 脚轮的设计轮子材料是聚甲醛POM，支架材料为HT200，由于万向轮和脚轮的支架结构尺寸不相同，为了是机架在平地上保持水平，取脚轮的外径为170mm，其具体形状参照机械设计手册中工业车轮的形状和尺寸。结构采用脚轮支架装配，同样焊接在割草机底部底部。3.4.6 刀壳的设计1）刀壳材料的选用刀壳材料选用HT100，选用依据是HT100有一定的强度，抗压强度非常高，有良好的吸振性、减振性和润滑性，有良好的切削加工性与铸造性，可用于制造外罩、手把等形状简单、对强度无要求的零件。2）刀壳的结构说明为了便于安装，以及提高稳定性，减少草坪修剪机在工作时产生的振动与噪音，将刀壳设计成上方下圆，在刀壳的顶部预留四个孔，通过螺母链接的方式将其固定在机架上，起到安全防护和收集草屑的作用。在外壳的一端有延伸的排草口。从上文刀片设计部分可看出，刀片设计成对角线两端向上折弯的形状，使得刀片旋转产生的气流可将刀刃切下草屑悬浮到气流中，再经由排草口排出刀壳，就地洒落。从而避免出现草屑在刀壳内堵塞的现象。结 论本次毕业设计依据任务书的要求，设计了一台适用于学校、校区、工厂的自走式草坪修剪机，由于设备能够自行行走，大大减轻了劳动者的工作强度，既有线锻炼又修整草坪。通过近两个月来的深入学习与研究，目前已经完成了毕业设计，取得了结论性的进展，主要有如下几点：1、通过查阅相关文献，以欧美等发达国家草坪修剪机的发展现况作对比，明白了我国在草坪修剪机的研制方面与发达国家的差距，同时也看到了我国在草坪修剪机的发展上的广阔前景。2、明白了自走式草坪修剪机的工作原理、结构组成以及每个结构的作用；3、结合实际，对自走式草坪修剪机的传动机构做出了具体的设计与计算，分别是：第1级V带传动、第2级蜗轮蜗杆传动、第3级齿轮传动；通过这次的毕业设计，加深了我对机械设计的思路与过程的认识4、使用AutoCAD对自走式草坪修剪机进行零件图、装配图的绘制，进一步提高了软件的熟练度5、使用Creo2.0对所设计的自走式草坪修剪机进行动画仿真，提高了我的软件使用能力。通过本次毕业设计，使我对机械设计有了更深的理解，不再是仅仅停留在课本上，而是结合课本深入到实践中；并且掌握了自走式草坪修剪机的设计方法与步骤，尤其是传动机构部分，我相信我所掌握的技能必定会对我以后的工作产生帮助。同时，由于本人水平有限，毕业设计中也确实存在一些可以再次改进与优化的地方，总的来讲，通过毕业设计，整合大学四年所学的专业知识，做到理论联系实际，让我获良多！致 谢光阴似箭，日月如梭！四年的大学生活转眼即将走到头，本次毕业设计是我作为一名学生最后的一份作业。在这里，非常感谢我的母校XXX的辛勤培育，感谢学校给我们提供了优质的教学环境与强大的师资力量。通过这一次的毕业设计，让我真正做到了理论与实践的结合，受益良多。俗话说得好，万事开头难。说句实在话，对于毕业设计如何做，一开会我真的毫无头绪，再加上毕业设计与能否按时毕业挂钩，我心里的压力其实挺大的。在这里，我非常感谢我的指导老师XXX先生的耐心指导，他的指点让我对于这个毕业设计要如何开展有了清晰的思路，同时对于毕业论文的编写、以及答辩的相关准备，他都给出了专业且具有高度的建议；同时也感谢给我带工程图学的XXX老师，机械设计的XXX老师，互换性与测量技术的XXX老师等，没有这些课程做基础，是无法完成毕业设计，感谢你们！同时，在做毕业设计的过程中，自身难免遇到很多一时想不通的问题，在这里非常感谢给予我指