轧机设计说明书

本 科 毕 业 设 计 (论 文)单辊热轧钢板主机列的设计Design of Hot rolling-mill which drive by a single roller学 院： 机械工程 专业班级： 机械设计制造及其自动化 机械075 学生姓名： 夏晶 学 号： 010781527 指导教师： 周建来 2011 年 6月毕业设计（论文）中文摘要单辊热轧钢板主机列设计摘 要：本设计主要分析了热轧机的工作原理、工作环境和工作特点，并结合实际，对热轧机的主机列部分进行设计，对组成的各元件进行了选型、计算和校核。本轧机为单辊驱动热轧机，其主机列结构主要有主电机、凸缘连轴器、一级减速器、万向接轴、工作机座等部分组成。连接轴的作用是将动力从电机或减速器传递给轧辊。工作机座是整个轧机中最大的部件，它承担着大部分的轧制力，因此在本设计中对牌坊的校核是一个关键的部分。此外最后还对轧机的润滑要求及用油和润滑方式进行了详细的阐述。本轧机主要用于加工较薄钢板，属于小型轧机。本轧机结构简单、维修方便、性能安全可靠、操作性好、对操作人员素质要求较低、且生产效率较高。关键词：轧辊；工作机架；轴承；轧机毕业设计（论文）外文摘要Design of Hot rolling-mill which drive by a single rollerAbstract: The whole structure of hot rolling-mill is designed that base on combining with practice by analyzing the working principle, the working environment, working character.The selection, calculation and checkout of all components are accomplished. The distance of two roller of hot rolling-mill cant be adjusted. The hot rolling-mill is composed of electrical motor, the joint between two shaft, a gear, universal joint shaft, work base and other components. The role of the connecting shaft is transmiting the power from the motor or gear to the roller. The work base of the millis the largest component, which bears most of the rolling force, so the check of the memorial arch in the design is a key part. In addition, Finally the mill lubrication equirements and the oil used and themanner is described in detail in the report.This hot rolling-mill mainly used for the processing of thin steel plate, it is a small mill.The character of the rolling-mills as follows: the structure is simple, the maintain is easy, the capacity is safe and reliable, the operation is easy to the operator and the productivity is high.Keywords: Roller; Mill Housing; Bearing; Rolling Mill目 录1 绪论11.1 热轧机的发展趋势 11.2 我国割草机的发展21.3 手推割草机的使用32 割草机概述52.1 割草机的分类52.2 割草机割草的基本要求52.3 割草机的结构特点53 割草机的总体方案设计74 割草机传动部分设计104.1 割草机齿轮设计104.2 割草机行走轮设计155 割草机割草机构设计185.1 刀片材料选择185.2 滚刀刀片设计186 滚刀轴设计216.1 轴的概述216.2 轴的设计216.3 轴材料选择226.4 轴的计算227 轴承的选择267.1 轴承材料267.2 轴瓦结构277.3 滑动轴承润滑剂的选用277.4 径向滑动轴承的计算28结论 30致谢 31参考文献32 淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文） 第 43 页 共3 1 绪论1.1 热轧机的发展趋势随着网络技术、控制技术、计算机技术的发展，轧钢技术进步趋向于将生产工艺流程连续化、紧凑化、产品品种规格多样化，因而轧钢生产设备控制和管理的计算机化和信息化也成为国内外轧钢生产发展的主流。近20年是我国轧钢生产技术飞速发展时期，现代轧钢技术取得重大技术进步的主要特征是自动化技术和信息技术的应用。今后，轧钢生产工艺流程将更加紧凑化、连续化，对自动化提出了新的要求：需将先进的高精度、多参数在线综合测试技术与高响应速度的控制系统相结合，把设备运行及控制信息集中管理、实时监控，保证轧钢生产的高精度、高速度以及产品的高质量。冶金工业的现代化很大程度体现在生产过程的自动化和信息化，其中信息的传输、数据的交换成为评判自动化水平的因素，因此综合使用现今国内外先进的网络技术、自动控制技术、计算机技术来实现轧钢生产设备装备水平的全面提升，提高轧钢生产的自动化和信息化水平已成为型钢生产发展的必然趋势。轧机主传动的性能对轧机操作、运行、产品质量、品种规格范围乃至轧钢生产日常维护影响极大。从国内外轧机直流主传动应用情况来看，其发展趋势为：供电系统采用晶闸管变流器，元件模块化，采用紧凑型结构，体积小；控制系统数字化，全数字驱动系统可靠性高、性能好、自动化程度高，并融入自学习、自调整、故障自诊断等功能；实现驱动系统与计算机通讯联网。1.2.1发展状况国内常用中小型轧钢机主要有：一、二辊式初轧机 此轧机结构简单、工作可靠，由直流电机驱动，用于二辊式初轧机，可将钢锭往复轧制成各种矩形坯。二辊可逆式轧机也可用于轧制轨梁和中厚板。二、三辊式轧机 其在同一机座上可两向轧制，而轧机无需反转，由一台交流电动机经减速器和齿轮座驱动数台三辊式轧机，可实现轧件往复多道次轧制。它用于开坯和型钢生产，具有设备简单和投资少的特点。轨梁轧机及大型轧机可用直流电机驱动，在生产中必要时可调速改善轧制条件。三、复二式轧机 此轧机作用与三辊式相似，但轧机调整、孔型配置较为方便，用于横列式小型轧机。四、四辊式轧机 此种轧机可利用工作辊传动，也可用支撑辊传动，机架刚度大。辊系采用轧机专用轴承，压下蜗轮副为二次包络面，压下力大，机型有可逆与不可逆两种，适用于开坯初轧或粗轧，是轧制普碳钢、合金钢、不锈钢、铜、铝等理想的轧机设备。其结构主要有主电机、减速器，人字齿轮座、万向接轴、托架、工作机架、电动压下装置、左右卷取机、以及液压站和直流电控等部分组成，支撑辊材质为9Cr2MO。轴承座配液压换辊装置，方便换辊。3 主电机容量的选择3.1 轧制力的计算3.1.1 轧辊主要尺寸的确定压下量=20-6=14；咬入角=20所以；轧辊辊身直径D=232 （3.1）取轧辊辊身直径为250轧辊辊身长度L根据实际工作情况，取为L=500；轧辊辊径的直径d和长度l：一般近似的认为轧辊辊径的直径与辊身的直径存在如下的关系：d=（0.50.55）D （3.2）所以d=0.5250=250；而且l与d的关系是=（0.831.0）取l=125；3.1.2 轧制力计算考虑到工作的环境温度是1050，又是钢板轧制，所以选择艾克隆德公式（适用于热轧型钢轧机）计算平均单位轧制力。P=（1+m）(k+) (3.3)式中 m-考虑外摩擦对单位压力的影响系数；k-轧制材料在静压缩时变形阻力， MPa；-轧件粘性系数,；u-变形速度， s。m，k，u的计算公式计算系数 （3.4）式中-摩擦系数，对于钢轧辊，对于硬面铸铁轧辊，T为轧制温度；h，h-轧制前后轧件的高度，；R-轧辊半径，；代入具体数值，得m=1.2 计算变形阻力k （3.5）式中t-轧制温度，；w-碳的质量分数，；w-锰的质量分数，；w-铬的质量分数，。代入数值，得计算轧件粘性系数 （3.6）式中c-考虑轧制速度对的影响系数，当轧制速度小于6时，c取1.0带入具体数值：；带入公式(3.3)得P=（1+1.2）(47.9+0.0350.525)=105.4L=41.8=N (3.7)3.2电机轴上力矩计算轧制力的力臂a的计算 (3.8)；式中 ，为轧制时的咬入角；咬入角，十分接近20跟前面的计算吻合由于空转辊的传动力矩为零，如不考虑其辊颈处的摩擦，则对空转辊的作用力必然通过空转辊中心，在这类轧机上，一般都是下辊驱动，上辊的速度可随金属运动速度变化。单辊驱动的轧制过程是稳定轧制过程，下驱动辊所承受的轧制力矩为： =4039.4 (3.9)；摩擦力矩，其中（根据胶木瓦轴选取）轧辊轴承处的摩擦阻力矩， =4043.15 (3.10)；3.3主电机选择轧制速度 (3.11)；代入具体数值，轧制速度电机功率N N= (3.12)总传动效率，可按下式确定： 式中 万向接轴传动效率，取值0.94 减速器的传动效率，取值0.94 凸缘联轴器的传动效率，取值0.96带入具体数值： N=查电机手册 选择Y355M2-8电机(基速740，功率160KW)速比；电机形状如下图所示: 图3：Y355M2-8电机4减速箱的设计4.1齿轮设计与校核4.1.1 确定齿轮精度等级、齿轮类型、齿数和材料（1)选用斜齿圆柱齿轮传动（2）选用7级精度。选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（3）选小齿轮齿数是z1=20，大齿轮齿数是z2=uz1=（4）选取螺旋角。初选螺旋角=4.1.2依据齿面接触的强度进行设计：按照设计计算公式（10-9a）4试算： （4-1）（1）明确公式内的各字母所表示的数值 1）载荷系数 Kt=1.6 2）确定小齿轮传递的转矩 T=95.510 3）查阅表10-7确定齿宽系数为d=1 4）查阅表10-6确定材料的弹性影响系数为ZE=189.8MP 5）查阅图10-21d根据齿面硬度确定：小齿轮的接触疲劳强度极限为Hlim1=600MP；大齿轮的接触疲劳强度极限为Hlim2=550MP 6）根据10-13计算出应力循环次数=60njLh=607401=3.19710=3.19710/3.2=0.999 7）查阅图10-19确定接触疲劳寿命系数为：KHN1=0.90；KHN2=0.95 8）确定接触疲劳许用应力根据失效概率是1%，安全系数是S=1，依据式（10-12）有：MP MP9)许用接触应力=10)初选11)由图10-26查得（2）带入公式（4.1）得： =mm（3)确定圆周速度v v=m/s（4)确定齿宽bb=d=1.1152.52=152.52mm（5)确定齿宽与齿高之比b/h模数是： mm齿高是： h=2.25m=2.257.5=16.875mmb/h=（6）计算纵向重合度=（7）确定载荷系数因为v=6m/s,且减速器是7级精度，查阅图10-8选择动载系数为：KV=1.15查阅表10-3可得 =1.2，由10-4查得因为b/h=9，KH=1.52查阅图10-13可得所以载荷系数为：=11.151.21.44=1.99（8）根据实际的载荷系数校核计算出的分度圆直径，依据式（10-10）有：mm（9）确定模数=mm4.1.3根据齿根弯曲强度设计计算查阅公式（10-5）可得弯曲强度的设计计算公式是： （5-3）(1）明确公式内的各字母所表示的计算数值1）查阅图10-20d可得：小齿轮的弯曲疲劳强度极限为FE1=500MP，大齿轮的弯曲疲劳强度极限为FE2=380MP。2） 查阅图10-18可得：弯曲疲劳寿命系数为KFN1=0.85，KFN1=0.88。3） 确定弯曲疲劳许用应力选择弯曲疲劳安全系数为S=1.4，依据（10-12）可得：MPMP4） 确定载荷系数K5）确定齿形系数查阅表10-5可得 YF1=2.8，YF2=2.1756）确定应力校核系数查阅表10-5可得 YS1=1.55，YS2=1.7957）确定大、小齿轮的然后进行比较 大齿轮的数值大8）根据纵向重合度。从10-28图中查得9) 计算当量齿数 (2）设计计算:mm比较计算结果，由齿轮接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力大小，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，所以可选择由弯曲疲劳强度计算得到的模数5.26并就近选择标准值=6mm,根据接触疲劳强度计算得到的分度圆直径为： d1=154.99mm，确定小齿轮齿数确定大齿轮齿数 通过上述的设计计算得出的齿轮传动方案，即满足了齿面接触疲劳强度的要求，又满足了齿根弯曲疲劳强度的要求，而且结构相当紧凑，保证了经济性能指标，避免了不必要的浪费。4.1.4 确定几何尺寸(1）确定中心距mm 将中心距圆整为455(2）按圆整后的中心距修正螺旋角(3）确定分度圆直径mmmm(4）确定齿轮宽度mm圆整后取。4.1.5确定结构尺寸(1）确定小齿轮的结构尺寸模数： =6mm压力角： =20螺旋角： =分度圆直径： d1=155mm齿顶高： ha=m=6mm齿根高： mm全齿高： mm齿顶圆直径： mm齿根圆直径： mm中心距： mm齿数比： u=4.9(2） 确定大齿轮的结构尺寸分度圆直径： d =755mm齿顶圆直径： mm齿根圆直径： mm其它尺寸同小齿轮的尺寸相同。4.2 齿轮轴的设计4.2.1 材料选择碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以45钢制造传动轴比较切合本次设计的实际。4.2.2求输入轴上的转矩T已知电机功率P=150KW，转速n=740r/min。T=95500004.2.3初步确定轴的最小直径由于选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表15-3，取,于是得 为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 联轴器的计算转矩,查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取=1.3，则：=按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用CY9型凸缘联轴器，其公称转矩为400。凸缘联轴器的孔径为d=75mm，故取=75mm，凸缘联轴器与轴配合的毂孔长度L=142mm。4.2.4轴的结构设计(1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端需制出一轴肩，故取=81mm，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取D=85mm。凸缘联轴器与轴配合的毂孔长度L=142mm，为了保证轴端挡圈只压在凸缘联轴器上而不压在轴的端面上，故段得长度应比L略短一些，现取=140mm。2）选择滚动轴承。选用深沟球轴承6217，其尺寸为故=85mm，而。 右端轴承采用轴肩进行轴向定位。取=95mm。 3）段为小齿轮，小齿轮宽度155mm，模数： =6mm，分度圆直径： d1=155mm，齿顶圆直径： mm，齿根圆直径：mm4）轴承端盖的总宽度为55mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与凸缘联轴器右端面间的距离l=35mm，故取=90mm。5）取齿轮距箱体之距离a=16mm，轴承距箱体内壁的距离为8mm，所以取。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。（2）轴上零件的周向定位凸缘联轴器与轴的周向定位采用平键连接。选用平键尺寸为,凸缘联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（3）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径为5mm。小齿轮的结构形状如下图：4.3输出轴的设计4.3.1 材料选择碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以45钢制造传动轴比较切合本次设计的实际。4.3.2求输入轴上的转矩T取齿轮传动的效率，则=P又=150r/min于是 =95500004.2.3初步确定轴的最小直径由于选取轴的材料为45钢，调质处理，根据表15-3，取,于是得 为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 联轴器的计算转矩,查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取=1.3，则：=按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用SWC型部分轴承座十字轴式万向接轴。SWC225的孔径为d=135mm，故取=135mm，联轴器与轴配合的毂孔长度L=152mm。4.2.4轴的结构设计(1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1）为了满足万向接轴的轴向定位要求，轴段右端需制出一轴肩，故取=141mm，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取D=145mm。万向接轴与轴配合的毂孔长度L=302mm，为了保证轴端挡圈只压在万向接轴上而不压在轴的端面上，故段得长度应比L略短一些，现取=150mm。2）选择滚动轴承。选用深沟球轴承61930，其尺寸为故=150mm，而。 右端轴承采用轴肩进行轴向定位。取=165mm。 3）取安装齿轮处的轴段的直径=155mm，齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为150mm，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略小于轮毂宽度，故取。4）轴承端盖的总宽度为55mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与万向接轴右端面间的距离l=35mm，故取=90mm。5）取齿轮距箱体之距离a=16mm，轴承距箱体内壁的距离为8mm，所以取，至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。（2）轴上零件的周向定位齿轮和联轴器与轴的周向定位采用平键连接。按查得平键截面,键槽用键槽铣刀加工，长为130mm，同时为了保证齿轮和轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为。联轴器与轴的联接选用平键尺寸为,凸缘联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（3）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径为5mm。输出轴的结构尺寸如下:1.2.2存在问题国内割草机械市场发展缓慢，我国草坪机械产品全线接受检验，应用中暴露出些质量问题。对此，有关专家认为，当前我国畜牧机械产品质量水平低的原因有以下几个方面。目前草地草坪业投入始终严重不足，相对支持力度减缓甚至下降，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技术、制造手段、工艺等方面的差距，制造能力和水平进一步拉大了距离。如现有割草机械生产制造企业的产品质量低，使用故障多、可靠性差。往复式割草机工作半天即需刃磨，使用可靠性不到80。国外割草机工作400公顷，故障率仅为4左右，而我国的产品在同样的作业量其故障率为25左右。在相同作业情况下，我国的割草机完成的工作量仅是国外同类机型的一半。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。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。一段时间内，由于资金投入严重不足，技术创新的原动力、研发能力、技术模仿步伐放缓甚至停顿。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改进与创新。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，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，草地是绿化的一种重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油机作动力，采用尼龙绳甩打草叶；或者是使用电动、柴油机的割草机，这种割草机体积大、噪音大，适用于空旷大草坪，易夹草出故障，遇到石块可能使刀片断裂，发生事故。随着国内人们生活水平的提高，人们对居住的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，不适用于公共设施、公园、运动场、道路、农场和林场等场合。1.3.2注意事项（1）不可以将手动割草机用于割除攀藤植物、屋顶或阳台上的青草等，那样有可能伤害到身体。（2）每次使用之前都需要进行一次检查，确认所有的螺栓、螺母、工具都没有磨损或损坏，对于磨钝或损坏了的刀片应当更换。（3）再检查一下要割草的草坪表面，要清除干净石头、木块、电线等其他坚硬的物体，这些物品碰到刀具时会飞甩出去而无法控制。（4）旁边有人，尤其是儿童和动物的时候，不要使用该割草机。（5）割草时一定要穿用防滑底做成的结实靴子。（6）旋转的刀片转筒可能会造成人身伤害，刀片转筒和操作人员之间的安全距离是通过导杆隔开的，一定要一直保持这个安全距离。在堤岸或斜坡上割草时尤其要注意，一定要顺着斜坡的方向割。（7）当后退拉动割草机时要特别小心，有绊倒的危险。（8）任何时候都不要将手或脚放在运动部件的上方或下方。（9）如果刀具或割草机遇到障碍或坚硬的物体时，一定要适当全面地检查割草机。（10）只有在能见度好，视野清晰的时候才可以进行工作。2割草机概述2.1割草机的分类按切割器类型可以分为旋刀式、往复式、滚刀式、甩刀式、甩绳式。其中，应用最多的是滚刀式割草机和往复式割草机。往复式割草机割茬低而整齐，草坪损失少，单位割幅的金属用量和功率消耗低，因而成本较低。它的作业速度一般为68km/h。提高割刀的往复次数并解决割刀的全平衡问题后，作业速度可以提高到1012km/h。往复式割草机适用于切割直立而生长密度不过分高的草坪。旋转式割草机工作平稳，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。按配套动力和作业方式分可以分为：为手推式、手扶随行式、手扶自行式、坐骑式和拖拉机悬挂式割草机。按动力驱动方式主要分为人畜力驱动、发动机驱动和电力驱动三种形式割草机。其中，以发动机驱动的割草机最多，发动机多为单缸汽油机。太阳能割草机虽然已有生产，但应用较少。动力驱动的割草机按牵引方式或悬挂方式可分为前置式、侧置式、后置式、中置式割草机。目前，也有旋刀式手推随行式割草机，大部分采用中置悬挂，而滚刀手推随行式割草机多采用前置式挂接，大型的割草机则采用混合牵引方式。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）割草高度可根据要求调整，适应高度调整范围大，当草坪要求修剪很低能达到要求。（2）割草整齐、平整，同一行程前后割草高度一致，两次作业行程衔接平滑、无接茬。（3）对地形的适应能力强，仿行能力强，随地形变化前后剪草高度一致。（4）割草机对草坪碾压轻、伤害少。（5）草屑收集干净，或被切割部分细碎性能好（草屑撒在草坪中当肥料时），以便于洒落在草坪下及时腐烂。（6）割草机质量好，故障少，节省燃料、效率高。（7）易于操作、轻便灵活、维修调试方便，零部件通用性和互换性好。（8）正确掌握修剪草坪的时间并且制定科学的修剪高度和修剪频率。2.3手推滚刀式割草机的结构特点（1）本次设计的手推滚刀式割草机主要由连接成框形的行走轮、支架、扶手架和割草机构组成，行走轮的内圈具有齿轮，割草机构由滚刀和定刀构成，滚刀的轴架于支架上，该轴的两端分别装置有与行走轮的内圈齿轮相啮合形成行星轮系的小齿轮，定刀固定于支架上，定刀的刃部与滚刀的刃部相切。（2）手推滚刀式割草机的工作原理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。（3）本设计方案的特点是：1）用人力作为动力，具有节省能源、无污染的特点.2）其传动部分结构简单，维护方便。3）体积小、重量轻、结构简单、操作方便、保养方便、成本低廉，且采用人的推力为动力，无废气及噪音等污染。4）割草动作没有撕扯，对草坪更有益。3割草机的总体方案设计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48米/分，即0.8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2635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，并且根据不同性别和不同年龄将扶手的高度和倾斜角度设计成可以调节的。站立工作时操作的有关尺寸，以及人体需要的可能活动空间.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,且可在850-1300毫米之间调节，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。又因为该割草机是手推式的，动力来源于人的行走以及推力。应考虑到其结构尺寸方面的因素，因而行走轮直径不宜过大。其切割速度要求要大于0.8m/s,如果小于这个速度,那么草将被撕裂和扯断,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=48103/2603.1458r/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,且可在100-140cm之间调节，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=48103/2603.1458r/min传动比：i12=1/5.3滚刀的转速：n2=585.3=307.4r/min滚刀的切割速度：=2.57m/s切割速度大于0.8m/s，合适。人的持续推力为1520kg，取F=2010=200N则p=Fv=2000.8=0.16kW集草类型：就地洒落4割草机传动部分设计本次设计的手推滚刀式割草机的传动部分由行走轮及滚刀轴的两端分别设置的与行走轮的内圈齿轮相啮合形成行星轮系的小齿轮组成。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。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分：（1）开式、半开式传动在农业机械、建筑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。这种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。齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它工作条件虽有改善，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）闭式传动而汽车、机床、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(机匣)的，这称为闭式齿轮传动(齿轮箱)。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。本次设计的手推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、半开式传动。4.1.2齿轮的设计准则齿轮传动是靠齿与齿的啮合进行工作的，轮齿是齿轮直接参与工作的部分，所以齿轮的失效主要发生在轮齿上。主要的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等。齿轮传动的失效形式不大可能同时发生，但却是互相影响的。例如齿面的点蚀会加剧齿面的磨损，而严重的磨损又会导致轮齿折断。在一定条件下，由于上述第一、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动力，并可以改变运动的形式和速度。齿轮传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命长。在机械零件产品的设计与制造过程中，不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，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，降低成本，减少消耗。如果齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早损伤，甚至失效。因此如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作。为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其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。常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。钢制齿轮的热处理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、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为4055HRC。特点是抗疲劳点蚀、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，能承受不大的冲击载荷。(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 正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。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手推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240HBS,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=48103/2603.1458r/min，根据传动比i12=1：5.3，则小齿轮的转速为n2=585.3=307.4r/min，取 F=2010=200N，人的步行速度为48米/分，即0.8米/秒，则P=FV=2000.8=0.16 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=1.4，由式（10-12）得： MPa=303.57MPa MPa=238.86MPa4）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 =0.850mm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=212mm 2）计算中心距 86mm 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=48103/2603.1458r/min。行走轮的具体结构及尺寸如图4-3、4-4。图4-3行走轮效果图图4-4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手推滚刀式割草机的割草机构由滚刀和定刀构成，滚刀的轴架于支架上，该轴的两端分别装置有与行走轮的内圈齿轮相啮合形成行星轮系的小齿轮，定刀固定于支架上，定刀的刃部与滚刀的刃部相切。通过调节滚刀与定刀的相对位置，可以得到不同的剪切高度。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