手推式草坪修剪机设计

湖南农业大学东方科技学院全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 设 计 手推式草坪修剪机设计THE DESIGN OF HANDS PUSH LAWN MOWING MACHINE学生姓名：荣彦学 号：200841914315年级专业及班级：2008 级机械设计制造及其自动化(3)班 指导老师及职称：全腊珍 教授学部：理工学部湖南长沙提交日期：2012 年 5 月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业设计作者签名：年 月 日目 录摘要1关键词11 绪论21.1 引言21.2 手推式割草机在国内外的发展和使用21.3 设计手推式割草机的意义21.4 作品的结构特点与优势32 总体方案设计32.1 总体要求32.2 手推式剪草机设计与制作的具体任务32.3 其他工作设计方案比较42.4 主要技术指标52.5 工作原理52.6 总体结构52.7 两种方案的比较及最终选择63 传动机构设计63.1 机构的动力计算63.2 剪草机后轮的设计73.3 大齿轮设计与计算过程83.4 后轮轴的设计与计算过程123.5 后轮轴滚动轴承的选用153.6 后轮轴键的选择154 增速机构设计164.1 齿轮轴的设计与计算164.2 齿轮轴滚动轴承的选用194.3 齿轮轴键的选择205 转换机构设计205.1 端面齿轮和拨杆的运动分析与计算206 执行机构设计236.1 刀具的概述236.2 刀具的运动分析246.3 刀具的结构尺寸及相关参数256.4 固定刀片设计276.5 活动刀片设计277 剪草机机架与万向轮设计287.1 万向轮的设计287.2 机架的设计288 剪草机的使用方法289 剪草机使用后的维护2910 总结29参考文献30致谢31附录311手推式草坪修剪机设计学 生：荣彦指导老师：全腊珍(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘 要：为了更好的适应人们的需求，通过仔细分析对比，改进了原有的切割形式。本设计中，手推式剪草机主要利用滚动的轮子带动机械运动。手推式剪草机结构简单，连接平稳，噪音极小，并且操作十分容易，既给使用人带来方便，也给周围的人带来舒适，安静的环境。能更好的满足客户的需要。本文基于机械设计和相关的理论研究，设计了手推式剪草机的传动部分，并且用凸轮和推杆的设计方法设计了端面齿轮和拨杆。此次设计的手推式剪草机的左右两侧对称，其特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小，弯曲性能好,不易出现堵塞，具有很强的适应性。关键词：草坪修剪机 ；剪草 ；手推 ；改进设计Hands Push Lawn Mowing Machine DesignStudent：Rong YanTutor：Quan Lazhen（Normal College of Science and Technology , Hunan Agricultural University, Changsha 410128,China)Abstract : In order to adapt to the demands of the people, through analysis and comparison, I improve the original form of cutting. This design, hand thrust lawnmowers mainly use the scroll wheel drive mechanical motion. Hand thrust lawnmowers has simple structure, low noise, smooth operation, and very easy to use, bring convenience to people around, comfortable and quiet environment. To better meet the needs of the client.Based on the mechanical design and relevant theory research and design, hand thrust lawnmowers transmission part, and the design method of CAM and putting the end gear and dial design. The design of the hand thrust about lawnmowers, its characteristic is the symmetry of simple structure, smooth operation, small bending, friction, good performance, do not appear to jam, strong adaptability.2Keywords：the lawn cropper; cut grass ; hand pushing ; improvement design1 绪论1.1 引言本作品设计旨在设计一款体积小，质量轻，噪音小，使用方便，适合小面积草坪的剪草处理的手推式草坪修剪机。作品设计的应用主要是家庭式草坪。家庭草坪面积不大，如果购买市面上的高能耗剪草机价格过于昂贵，且不需要这么大的功耗，造成了资源的浪费 ，所以有必要设计一款适合家庭使用的小功率，高效，低成本的剪草1机来解决上述问题。本次设计作品采用人力传动，定动刀片剪草，无污染，割草效率高，使用起来轻便灵活，适合家用庭院式草坪剪草。1.2 手推式割草机在国内外的发展和使用国内目前生产的剪草机械按动力划分可以分为机动和人推的两类。以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。滚刀式剪草机由带有刀片的滚筒和不动的床刀组成。它较旋刀式剪草机有更好的修剪质量,是高质量草坪最常用的剪草机型 2。适用于草高3080 mm 的草坪,其问题主要是价格贵,维修保养要求严格。而旋刀式剪草机(又称悬刀式) 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,它适于 2580 mm 范围内剪草 3。它的价格相对低廉，保养、维修和使用都很方便，是国内外目前最流行的剪草机。此外，还有甩绳式和甩刀式剪草机。国外大多使用滚筒式、圆盘式或水平旋转式割草机，这些割草机坚固耐用，工作速度快。如荷兰公司生产的 616 和 617 型圆盘割草机，为使割刀接近地面就行作业，所以机器上装有可调节的浮动系统，从而使割刀与地形相近 4，降低割茬高度，北欧割草机以其操作简单、维修方便独特的防碰撞装置、先进的挂钩装置，减少机械对草坪留茬的压力 5，使草苗更快、更健康的生长。目前市面上的剪草机大多引擎这会产生较大的噪音，带来环境污染，在办公和学习的地方，这种动力引擎的剪草机非常不受欢迎 6。由于保养维护费用较高;同时动力引擎剪草机主要依靠刀片的高速旋转把草割断，通过旋转气流把草排出，因此，对整机的安全性要求较高，操作时也会给工作人员带来强烈的震动，使得操作很不舒服。虽然当前的先进剪草机剪草效率较高，剪草效果较好，但是价格也较昂贵，对于一般的用户难以接受 7。所以研究一款操作方便，噪音小，无污染且造价较低的手推式草坪修剪机势在必行。 1.3 设计手推式草坪修剪机的意义大多数的剪草机都带有动力引擎剪草机有动力装置，保养，维护费用较高；同时3动力引擎剪草机主要依靠刀片的高速旋转把草排出，因此，对整机的安全性要求较高，操作时也会给工作人员带来强烈的震动，使操作很不舒适。利用人力推动行走轮的转动转换作为动力源 8，这样的一款剪草机，结构简单，连接平稳，噪音极小，适合小面积草坪修剪，并且操作十分容易，既给使用人带来方便，也给周围的人带来舒适，安静的环境。1.4 作品的结构特点与优势1）通过人力推动作为动力源，具有节省能源、无污染的特点2）体积小、质量轻、结构简单、操作方便、保养方便、成本低廉，无废气及噪音等污染, 是小面积草坪修剪的首选产品。3）该机采用固定刀片与活动刀片相对错动的剪切原理，结构紧凑，剪草效率高。 4) 剪草的高度可在 2060mm 之间调整，割幅 330mm，,质量 29kg（刀片材料由9SiCr 制作） ；5)采用耐用的铸铝底盘和结构件，具有永不生绣、不卷曲变形的特点；6)前轮采用万向轮，具有良好的导向性，后轮的一个轮子装上寿命长的球轴承，使剪草机转弯时易于推动；7)金属手柄易于折叠，以减少包装尺寸，手柄长度可伸缩，对于不同身高的操作者同样适用；8)底盘独特的设计可防止草堵塞出口通道；9) 剪草的效果较理想，且成本低，是小面积草坪修剪的首选产品。 2 总体方案设计2.1 总体要求利用轮子运动传动变速箱中的齿轮实现刀具的往复运动的功能。手推式剪草机由变速齿轮、端面齿轮、拨杆和剪刀等构件组成，端面齿轮和拨杆是一对工作组合。端面齿轮通过自身的转动将旋转方向的力传动给拨杆，引起水平方向的往复运动，从而使刀具自身往复运动。采用齿轮机构（实现增速） ，采用端面凸轮机构（运动形式转换机构） ，将转动转变为直线往复运动,采用的剪草高度调节机构。2.2 手推式割草机设计与制作的具体任务 我们所设计的手推式草坪剪草机首先要通过一个传力构件将人力传递出去。为了让操作者在正常行走速度下操作，传递出去的力应通过增速机构继续传递。因执行修剪草动作刀片的相对运动方向与人行进的方向垂直，经前面增速机构传递过来的运动都需要再经过一级转换机构传递到执行构件。4通过分析得到手推式草坪剪草机的组成框图，如图 1 所示：图 1 手推式草坪剪草机的组成框图Fig 1 Hand push lawn mower composition block diagram2.3 其他工作设计方案的比较能实现手推式草坪修草功能的技术原理较多，但各有利弊，具体分析如下：（1）用脚驱动 用脚驱动时，一般操作者都需站在或坐在被驱动的机器上用力，这样所设计的修草机，除了要完成剪草动作外，还要承受操作者的自重，且要有方向控制装置，使机器结构复杂，尺寸较大，不适合小面积草坪使用。（2）用手驱动 用手驱动，可避免用脚驱动时存在的问题，使所设计的机器小巧，且可灵活操作。因此，我们选择设计手动式修草机。（3）用打的方式 即用刀片或打草绳将草打断。用此法修草时所需的速度非常高，以其在草还没被打倒之前将草打断，这样的修草产品已有，但效果不好。（4）用剪的方式 即用刀将草剪断，用两个刀片作相对运动的原理较易将草剪断，且不需要很高的速度。因此，我们选择设计成手动式剪草机 9。手动的形式又用手摇动和用手推动两种。机械容易实现的是简单的转动和往复直线运动，如果用手摇动手柄实现执行构件的往复移动，操作者要完成的动作过多，操作不方便 10。要使操作者只通过简单的操作即可完成剪草动作，可以用手推剪草机向前行驶，靠剪草机轮子的转动将转动运动转变成往复移动而输出到执行构件。显然设计成手动式草坪剪草机是合理而可行的。2.4 主要技术指标5外形尺寸：850490390mm输入功率： W1.49轮子转速： min/03r力矩： 57.2NT轮净质量： kgM变速要求：单级刀具，一固定刀片和一活动刀片相互运动单根剪草载荷：f=0.5N同时剪草量： 根50N2.5 工作原理本次设计的手推式剪草机主要利用轮子运动传动变速箱中的齿轮实现刀具的往复运动的功能。手推式剪草机由变速齿轮、端面齿轮、拨杆和剪刀等构件组成，端面齿轮和拨杆是一对工作组合 11。端面齿轮通过自身的转动将旋转方向的力传动给拨杆，引起水平方向的往复运动，从而使刀具自身往复运动。剪草机工作时由人推动机器行走，从而使剪草机的后轮 1 传动，带动与其同在一根轴上的大齿轮 2 传动，通过齿轮 2 与齿轮 3 组成的增速机构使速度得以提升，并带动端面凸轮 4（为了实现几何形状封闭和便于调整，采取两个端面凸轮以背靠背形式装配）回转，端面凸轮 4 带动拨杆 5 运动，通过端面凸轮 4 与拨杆 5 组成的转换机构将回转运动变为直线往复运动，使固定其上的活动刀片与固定在机架上的固定刀片形成相对交错运动，完成剪草动作。手推式草坪修剪机机构简图如下图 2：1.传动机构 2.增速机构 3.转换机构 4.执行机构图 2 手推式草坪修剪机机构简图Fig 2 Hand push lawn-trimming machine mechanism2.6 总体结构6该机构由轮子带动，通过一对单级减速器进行传递转矩，再由端面齿轮和拨杆组合变化运动方向，最终输出往复剪切运动。总体方案设计如图 3 所示：图 3 总体方案设计Fig 3 The overall scheme design2.7 两种方案的比较及最终选择选择这个设计方案能够更好的实现运动传递。无引擎驱动，节省能源，无污染（噪音、废气） ，采用绿色环保设计。采用齿轮机构（实现增速） ，提高整机的工作效率，解决了手动剪草机工作效率不高的问题；采用端面凸轮机构（运动形式转换机构），将转动转变为直线往复运动 12，从而满足剪草运动要求，形状类似冠轮，解决了端面凸轮加工难的问题。采用的剪草高度调节机构，解决了目前手动剪草机不易实现高度调节的问题。另一方案，用蜗轮蜗杆传动，直接带动割草圆盘旋转割草的方式。机构更加简单，刀具拆装方便。但草柔软，且一端自由，采取割的方式将草截断较难实现，割草的数目不多。要想割的效率快，必须采用大功率。我采用的剪草机方案结构比较简单，与之相比轴的位置较为容易定位，而蜗轮蜗杆传动的割草机一水平一竖直的轴造成了机架结构的复杂。并且增速机构采用端面齿轮和拨杆的运动组合，结构简单，运动实际为一凸轮推杆的运动组 13。同时剪草的数量较多，在功率一定得情况下，剪得方式始终比割得方式效率高。3 传动机构设计73.1 机构的动力计算草坪上的草为特殊纤维材料，较易剪断，不需要太大的载荷。通过实际运用中割草机械的分析，可以假设剪一根草所需载荷为 f=0.5N，同时剪草数量最多为 500 根。可得 F=250N；端面齿轮上所受力的大小为： NF1251轮子提供转矩带动剪刀，进行机械运动。假设轮子的直径为 D=200mm；轮子周长为 C=628.3mm。假定人的正常行走步数为 500mm/s。假定刀具所受的力全部来自轮子的转矩所引起的运动。则 121ffPFv（1）172.5fPW轴上的所传递的功率大小为： ff 9.13821轴上的所传递的功率大小为： P.4621轮子所传递的功率大小为： W.92轮手推式剪草机对齿轮的设计要求（1）合理选用模数：在现代变速箱设计中，各档齿轮模数的选择是不同的。但为了经济性和用途的要求，初选模数：m=2。（2）合理选用压力角：对于同一分度圆的齿轮而言，若其分度圆压力角不同，基圆也就不同。当压力角越大时，基圆直径就越小，渐开线就越弯曲，轮齿的齿根就会变厚，齿面曲率半径增大，从而可以提高轮齿的弯曲强度和接触强度。合理选用螺旋角：3.2 剪草机后轮的设计后轮是行走轮，通过人力推动剪草机使行走轮往前转动，行走轮安在后轮轴上，8带动轴上面的齿轮旋转，从而实现机器的传动，后轮的设计尺寸如下图所示：图 4 后轮零件图Fig4 rear wheel drawing3.3 大齿轮设计与计算过程（1）输出转矩设计：转速： min104.1365.0rCn轴上的转速： in122.9ri计算轮子传递的转矩： PT605.9轮（2）可得： m7.1234NT轮轴 上的转矩为: 9mNiT09.31211（2）齿轮的参数设计：选择齿轮材料、热处理、精度等级及其齿数剪草机为一般工作机器，齿轮选择常用材料及热处理，8 级精度。小齿轮：40Cr(调质 )，齿面硬度 280HBS；大齿轮：45 钢（调质） ，齿面硬度 240HBS。二者硬度相差 40HBS。选择小齿轮齿数： =23，大齿轮齿数：1z 6912iZu（3）基本参数的选择试选载荷系数： 6.tK选择的齿宽系数为： 80d查得弹性系数为： MpaZE.19按齿面硬度查取接触疲劳极限：小齿轮： , 大齿轮： ；H7201limpaH5802lim（4）计算应力循环次数 N假定工作机载荷有轻微冲击，每星期左右修剪一次草坪，每周工作 8h，预期使用寿命为 50 年。小齿轮的应力循环次数为： hLjnN1160（3）可得： 810492.N大齿轮的应力循环次数为： 7123.0Ni（5）计算接触疲劳许用应力查得接触疲劳寿命系数：小齿轮 , 大齿轮2.1HNK92.0HNK接触疲劳强度安全系数 0.S有公式：101lim59.6HNKMPaS（4） 2lim26.4HNaS（5）试算小齿轮分度圆直径：21312EHtKTZud（6）可得： mdt17.2为了保证制造工艺简单，取 mdt401模数： z74.1取标准模数： m2小齿轮分度圆直径： mzd461大齿轮分度圆直径： 382大齿轮齿宽 ，圆整取 ；bBd.12mb37小齿轮齿宽 (加宽 5mm)m41中心距： （7） da921小齿轮齿全高： 11.54afhm大齿轮齿全高： 22.af齿轮的相关参数如下表所示：11（6）计算载荷系数 K查得使用系数 25.1A圆周力，NdTFt 0.71 mNbFtA74.530.12.查得动载荷系数 .VK查得齿间载荷分配系数 , 2.1H.FK查得齿向载荷分布系数 一般经仔细跑合，取39 2.1FHK计算载荷系数： .034AVH（8）（7）修正计算：3312.043.16ttKdm已取 ,符合接触疲劳强度条件。m46.（8）齿轮齿根弯曲疲劳强度校核过程确定设计参数载荷系数 K= 034.21.725.1FVAK小齿轮传递的转矩： mNT09.3查得齿形系数：, 12.6FY2.4F应力修正系数：，1.58S21.75S查得弯曲疲劳寿命系数：小齿轮 ,大齿轮.01FNK90.2FNK按齿面硬度查得弯曲疲劳极限 ：小齿轮 ,大齿轮limMpa6limlim2450FMPa12计算弯曲疲劳许用应力 F取弯曲疲劳强度安全系数 3.1S由公式1limFNKS（9）可得 MpaF4.051由公式， ，可得 FNSK2lim2MpaF5.312（10）齿根弯曲应力；1111280.5FFSFKTYMPabdmA 121274.FSFKTYPabdmA结论：计算可得弯曲疲劳强度足够。3.4 手推式剪草机中轴(后轮轴)的设计与计算（1）选择轴的材料该轴无特殊要求，选择 45 钢调质处理， MpaB640初步估算轴径：按扭转强度估算输入端的最小轴径。按 45 钢，取 C=116根据公式：5%133min10.4612.3.7PdC加（11）取 41min（2）轴的结构设计轴上零件的轴向定位周向定位大齿轮在轴上为对称定位，左右两端靠套筒定位，装拆，传力较为简单；两端13轴承常用同一尺寸，以便于加工、安装和维修；为便于拆装轴承，轴承处轴肩不宜太高。齿轮与轴的轴向固定采用普通平键联接。根据轴的直径查得齿轮处的键截面尺寸为 ，配合为 ，滚6bhm76Hr动轴承内圈与轴的配合采用基孔制。确定各段轴径和长度通过确定定位轴肩高度，从左轮子连接处向右取 。14618218614mm考虑轴的结构工艺性：考虑到轴的结构工艺性，在轴的左端和右段均制成 倒角。52轴的强度演算经结构设计之后，各轴段作用力大小和作用点位置、轴承跨距、各段轴径等参数均已知。齿轮上作用力的大小转矩： =3911Nmm1T齿轮端面分度圆直径：(12)112346()coss0nmdzm圆周力：(13) 17.5()tTFNd径向力：(14) tantan20.61.9()coscosr轴向力： NFt0（15）垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩： 211.54.20.56.30.5()r aBVFN 8.()DVrBVN截面 C 处的弯矩为： 120.5963725()BVCMFmA左96.0DN右14图 5 轴垂直面上截面的弯矩图Fig 5 vertical upper section bending moment水平面上轴承的支反力及主要截面的弯矩： 120.58()tBHFNDtBH截面 C 处的弯矩为： mMBCH102465.图 6 轴水平面上截面的支反力Fig 6 axis horizontal cross section of the supporting reaction force截面 C 处的合成弯矩为： 22109()CHCVMNmA左 左 7右 右15图 7 轴水平面上截面的弯矩及合成弯矩Fig 7 shaft water plane section moment and resultant bending moment按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，取 ，该0.6截面上的计算应力：221.4()vMTPaW（16）通过查表可知：材料为 45 钢，调质处理的许用应力为 ，由于 24000h hpcnLh6610.3)(0（18）由此可见，轴承的寿命高于预期的计算寿命，符合要求。3.6 后轮轴键的选择3.6.1 选择键的联接的类型和尺寸键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择：键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来选定。键的主要尺寸是其截面尺寸（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 由标准中选取定。键的长度 L 一般可按轮毂的长度而定。即键长等于或略短于轮毂长度；而导向平键则按轮毂的一般的轮毂长度及其滑动距离而定。一般轮毂的长度可取为 L=（1.5-2）d，这里 d 是轴的直径。所选定的键长亦应符合标准规定的长度系列 15。普通平键和普通楔键的主要尺寸可以查阅机械设计手册。后轮轴上三处有键槽，中间的键槽用于齿轮的轴向定位，两端用于后轮周向定位。一般 8 级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键联接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键 A 型。两端安装后轮处也选用普通平键 A 型。后轮轴安装齿轮处 D=42mm，从机械设计手册中可以查得截面尺寸为 128，即宽度为 12mm，高度为 8mm，取键长为 L=90mm。安装后轮的轴径为 18mm，从机械设计手册可以查到截面尺寸为：66 ，即宽度为 6mm，高度为 6mm，取键长为 L=28mm。3.6.2 校核键联接强度（1）安装齿轮处的键的强度校核键、轴的材料为钢，齿轮的材料也为钢，故查机械设计手册得： =100-p120MPA,取平均值 =110MPA。键的工作长度 l=L-b=36-12=24mm，p17键与轮毂键槽的接触高度 K=0.5h=0.58=4mm。由式得：= =14.30mpa24000h hpcnLh 66103.)(0（20）21由此可见，轴承的寿命高于预期的计算寿命，符合要求。4.3 齿轮轴键的选择4.3.1 选择键的联接的类型和尺寸齿轮轴上两处有键槽且对称布置，用于端面凸轮的周向定位，一般 8 级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键联接，并且选用圆头普通平键 A 型。齿轮轴安装凸轮的轴径为 D=18mm，从机械设计手册中可以查得截面尺寸为66，即宽度为 6mm，高度为 6mm，取键长为 L=28mm。4.3.2 校核键联接强度键、轴的材料为钢，凸轮的材料也为钢，故查机械设计手册得： =100-p120MPA,取平均值 =110MPA。键的工作长度 l=L-b=28-6=22mm，p键与轮毂键槽的接触高度 K=0.5h=0.56=3mm。由式得：= =13.68mpa110mpa 强度合格 pKldT31025 转换机构设计5.1 端面齿轮和拨杆的运动分析与计算端面齿轮的形状如图 11 所示：图 11 端面齿轮的形状Fig11 The end gear shape对拨杆的运动要求为：22当端面齿轮转过 时，推杆上升 20mm；26端面齿轮再转过时 ，拨杆下降 20mm；推杆继续转过 时，拨杆又停止不动。8拨杆在端面齿轮处安装 16，拨杆上升对应的端面齿轮所旋转的角度 ，c 为 。268在端面齿轮上拨杆与端面齿轮接触点旋转的角度所对应的行程为： 269.530adm81c式中 d 为拨杆与端面齿轮接触点在端面齿轮上离中心位置的直径大小。图 12 端面齿轮的轮廓曲线Fig 12 the end gear profile curve假设在端面齿轮上的运动行程为 ,接触点上下运动的位移为 ,可得运动轨迹方XY程为： 2360dYkX在式中各参数：为端面齿轮旋转的角度；k 为与端面齿轮运动行程与接触点上下运动的位移的相关参数。代入特殊值 ， 可得：k=0.0230426从而得出接触点上下运动位移的轨迹方程为：(21) 22360YkXd推程阶段 ： 180326123221360YkXd130,8远休止阶段 ： 81Y=20 18032回程阶段 ：22360YkXd3,近休止阶段 ： 4584Y=0 45,0由此可得出端面齿轮在各个运动阶段的运动形式。 通过上述运动分析可以求出拨杆在端面齿轮上的工作轮廓线。由于端面齿轮为六个相同的近似于凸轮的结构。故只需研究拨杆一个往复运动的工作轮廓线即可。计算结果可得端面齿轮的工作轮廓线对应的值如下表：表 1 端面齿轮的工作轮廓线Table 1 The end face gear Contour Line（mm）X(mm)Y00 022.269 0.11844.538 0.47466.807 1.06689.076 1.8951011.345 2.960213.614 4.263415.883 5.8021618.152 7.5782418 20.421 9.5912022.690 11.84124.959 14.328427.228 17.0512629.497 20.000通过上述表中参数，我们可以近似加工出端面齿轮的工作轮廓线。度数越分的密，端面齿轮的形状越精确。6 执行机构设计6.1 刀具的概述手推式剪切机采用刚性切割式，运动方式选择往复式运动。往复式切割装置由上、下两组刀片组成，分动和双动两种运动方式。本设计采用单动运动方式。单动切割器是动刀片在定刀上作往复运动；其特点是： ，刀ts片的行程与上、下刀片的距离均相等。剪切时，草两侧同时受到切割，在一个行程中，运动速度的大小有变化，合理切割的方法是利用较大的速度来剪切 17。刀片的速度图如图 211 所示。剪刀自 点0a向右运动时，其速度自零逐渐增加，在没有达到 之前，因切刀不相接触，不发生切1a割。刀片到达 时，两刀刃开始接触，这时 称为始切速，然后刀片继续向右运动1aV而进入切割，直到刀片到达 时，两刀刃相向接触完毕，这以后不再切割，这时1C称为终切速。由 到 为切割速度的变化范围。由图可知 大于终切速 。1cV1aVc 1aV1c25图 13 切割速度的变化Fig 13 The cutting speed changes6.2 刀具的运动分析刀片一个行程时间内机器前进的距离称为切刀的进程，以 H 表示，切刀一秒钟内运动的绝对距离为：10.51236286.49mvtxtnmc（22）50myvt（23）式中： 机器的前进速度mvs刀具水平运动的距离1t轮子的周长C一个行程所需要的时间为： sxt07.49.2861（24）一个行程运动的绝对距离：x=20mm035myvt可得切刀的进程 H 为：H= 由于端面齿轮旋转一周刀具往复运动 6 次，刀具行程运动呈现对称的加速减速运动，速度从 0 到达 的所需的时间与 到达 0 的时间均为 。1av1av.035s运动分析可知，刀具呈现匀加速运动，运动方程式为：121.35at可得：127.4/635avms切刀的平均速度： 0.8.7/2pvs将切刀的平均速度 与机器的前进速度 的比值 称为刀机速比。mv26，据类似的茶树修剪机和采茶机的试验分析，可得动力转速较小的0.571pmv手推式剪草机传动的效率较高。6.3 刀具的结构尺寸及相关参数刀片是切割装置的主要部件，由于使用条件和运动参数的不同，使刀片的参数随不同的机型而有些差异。手推式剪草机的主要参数如下表 2 所示： 表 2 手推式剪草机的主要参数Table2 The hand thrust lawnmowers Main Parameters项目切割器的形式切割幅宽刀片间距刀片运动形式刀片往复频率刀片形状 配套动力操作人数 净重手推式剪草机往复切割 330mm 16mm 单动 860r/min 平形149.1W113r/min 1 人 30kg切割角的增大使切口变得不整齐。当刀片行程在 时，刀片的切割角13.54m和楔角 不影响剪草的质量。往复式刀刃的切割角 和楔角 如图 14 所示。 图 14 往复式刀刃的切割角 和楔角Fig14 The reciprocating blade cutting angle and wedge angle试验分析可知行程与剪草质量的关系：刀片的刀距行程对剪草的质量没有显著的影响。剪草质量比较好的行程在20mm40mm，碎片也相应较少。切割间距在 1030mm 时，切口平整；切割间距在30mm 以上时，切口就不平整；切割间距大于 40mm 时，采摘面就象抓采样的，漏采的也增多。