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畢業(yè)設計（論文） 題 目：自走式草坪機結構設計 學生姓名： 專業(yè)班級： 學 號： 院 系： 指導教師（職稱）： 完成時間 ： 1 目錄 目錄 2 一、 前言 4 1.1 研究目的與意義 4 1.2 國內外發(fā)展歷史及現狀 5 二、 整體方案的確定 8 2.1 割草機類型的選擇 8 2.2 方案確定 9 2.3 本章小結 10 三、切割系統的設計 10 3.1 切割器主要參數的分析 10 3.2 凸輪軸的設計 12 3.3 切割裝置的設計 13 3.4 本章小結 15 四、傳動系統的設計 15 4.1 傳動系統的結構設計和傳動比的確定 15 4.2 割草機功率需求分析和傳動效率 17 4.3 減速器的設計 19 五、輸送系統的設計 35 5.1 輸送帶速度計算 35 5.2 輸送系統參數確定 36 5.3 鏈輪傳動的設計 38 5.4 輸送主軸的設計及強度校核 40 5.5 本章小結 42 六、結論 42 參考文獻 43 2 隨著農村現代化進程的加快，農業(yè)產業(yè)結構正朝著多元化的方 發(fā)展 多 業(yè)發(fā)展 快，與 的 草 目前 草 小型 ， 小 一， ， 型 草 割機 ?￠￡?￥?§業(yè) currency1 小型 ' “??，currency1? 草￠一fi生fl 內多– 割，?需?· 小型 的 機 ?? ??? 割機的” ?…‰ 和設計? ，本設計確定`小型′動割草 機的??ˉ體方案和??的切割系統主軸˙速、切割速比、輸送速比¨設計參數 機 主要?切割系統、輸送系統、傳動系統三?分 成，?帶動?（ ˇ— 機） 割 、 輸送 小型′動割草機機結構 ，小 ?，˙ 方a? § ，整機 ???o，? ?強 關鍵詞： 草 割草機 機 設計 強度計算 動 The Design of Small Electric Mower Abstract:With the quickening course of modernization in the country, the agriculture industrial structure is facing to the multiplex direction. The stock breeding have developed quickly for 20 years, correspondingly the area of the pasture grass have increasingly expanded. At present the pasture grass is the middle or small scale, and the field block size is different, and uneven. Therefore the large-scale pasture grass harvesting machine is difficult to work in these local areas. However the fund of the middle and small scale pasture is limited, the pasture grass have been harvested many times in one vegetal period. So the harvest machines which suit the middle and small scale pasture is needed urgently. According to resembling design principle and various restraint conditions for reaper, the optimal overall scheme of reaper working on hillside and some suitable design parameters such as rotational speed of main shaft in cutting system, cutting speed index, conveying speed index have been determined. The reaper is mainly composed of cutting, conveying and Transmission system. This machine with self-driven power (the water- cooling diesel engine of 2.9kw) was adopted to vertical header, horizontal conveying . Keywords: Herbage; Reaper; Machine Design; Strength Evaluation; Double-Propelled 3 一、 前言 1.1 研究目的與意義 國 ? ? ，? 生? ?? ，生?的?? ` 的? ，￡都歸功于經濟建設的發(fā)展 經濟建設的 加快促進農業(yè)產業(yè)化機構調整， 業(yè)隨 突 主體，￠農業(yè)經濟 所占的比重越 越 國的 草'源豐富，是 巨 的天然寶藏，? 關統計 國共?”類天然草二十多 ，? 33 億畝草?， 10 億畝草山坡￥，占國土 的41.7%，居世界第二位，同時 國的秸稈'源 是非常 豐富的，可?生產 ?的飼草 飼草§ 發(fā)展 業(yè)的物?基礎，成 業(yè)發(fā)展規(guī) 模和速度的決定因素 [1][2] 隨著農村現代化進程的加快，農業(yè)產業(yè)結構正朝著多元化的方 發(fā)展 南方農村 ￥處山丘陵?，具??·奶牛、羊、鵝¨ 禽養(yǎng)殖的良o‰ ， 20 多 業(yè)發(fā) 展 快，與 的 草 目前 草 幾公頃至幾十公頃 的 小型 ， 小 一， ， 型′動割草機 ?￠￡?￥?§業(yè)， ￡?￥理位置?′動割草機 要求的‰ 比 currency1 多數 小型 運§'“??， 可?花巨'購置成套的 草 機具，currency1?成套的′動割草機 機 夠 ?，運 § 型成套的′動割草機的費 比 現￠ 草的品 主要 黑麥草、紫花苜 蓿，￡?品 韌? ，強度 ，?工 鐮刀 割時刀口￠很短時間就鈍`，農戶常將 磨刀磚帶 頭，經常磨刀，工§效率 下 ?員工' ，造成§業(yè)成本 ，currency1? 草￠一fi生fl 內多– 割，?需?· 小型 的 機 所? 盡快 找 一fi·?的方法目的￠于盡快解決 草 割的 點[3] 草 機 化技術￠北美?及歐洲￥?已經?非常成熟的經驗， 草 機 的 類 非常多，currency1 國的 草 機 化目前仍處于起步階段， 草 機 特別 是苜蓿的 機 主要是?國外進口 無論是?進口機 還是國產機 ，國內 戶￠ 購買時都 慎重，仔細分析每 機器的特點、???及? ?，￡樣才? o￥ 發(fā) ? 的§ ， 國 草產業(yè)的發(fā)展? 強 的裝 [4] ?于 國 機 業(yè)起步比 ，￠生產工 、機 設計、加工設 和?動化 ¨ 多方 與發(fā) 國 ￠著一定的 主要的?因是 國的 草 割機的 品 ， 草 割的?? ?夠 ，￡樣就 草的 生fl，研究 草 割技術的?員 ， 統一， 農 的購買 夠強 ， 重 ` 草 割機的快速發(fā)展 發(fā) 國 ￠草? 業(yè)”fi生產 都已機 化[5] 國的 草 割技術設 與發(fā) 國 比?很 的 ，currency1? 多 ?造產品， 品 ，主要的工§￠? 機構參數選擇 ￡，生產技術 成熟，設 ????， ￥￥ ??§currency1' 的國內草產品生產加工設 “ 的需要 ? 國產產品??， 發(fā)?結構，無? 業(yè)發(fā)展起 ??的§ fi然“ fl國外產品?? o， –?? ， ??·國內“ 的·費 ，所? 發(fā)??良o、?動化程度 、外 ? 美?，currency1?–?? 的國產 割機將是 國 草 割設 的關?機 一，? 促進飼草產業(yè)化?” 起 ?§?重的§ [6] 目前， 國 草的 主要…‰?工完成， 動強度 ，功效 ，?時 及時 ， ?? 規(guī)?；?、?品化及“ 發(fā)展的要求 小型 草 割機 ` 草專業(yè)戶的′?，?減? 草 時?重的體? 動，同時減 工?割草的時ˉ? 草的?˙，還?工? ¨工割草時?草?的 ?， 草生fl的 ? ， ′動割 4 草機割的草fl度一?，a于?ˇ和運輸，— 下的 帶 `很 的方a 隨著 草 產業(yè)的 速 起，— 草機 化發(fā)展帶 `?的機 ，小型′動割草機“ 需求 間 很 ，前 [7] 1.2 國內外發(fā)展歷史及現狀 1.2.1 國外電動割草機的生產研究概況 國外研 和生產 草 機 起步 ，發(fā)展 快 是美、 、法、意、currency1¨發(fā) 國 ￠ 處于 ￥位 1805 國工程師 ? · a 內特 `第一 割草機的發(fā) 專 ， 是一 裝? 刀 的?重機器，currency1?運˙ 很理? ￠1830 ??o·? 造的割草 機類 于 天 的¨ ?割草機 `的是 割草機， `? 機 具的生產率，盡?加 割 ?及? 機具的前進速度 `20世?70 代”國 研 ˙ 割草機， 速 ˙的割刀? ?進?無 ?切割的工具，具?結 構 ?， 養(yǎng)時間 ， 需要磨刀、 刀¨優(yōu)點 美國?翰 · 迪爾公司和紐荷蘭公司目前是世界fl? 的 草機 造?，美國? 翰 · 迪爾公司 草機 ? 13 fi品 49 fi機型 紐荷蘭公司現生產 12 fi品 25 fi機型[3] 具? ￥位的產品?牽引 割草壓扁機、?走 割草壓扁 機，如 NEWHOLLAND471、488、499、 1465 型¨， 結構特點：配? 刃器和 短齒 刃器，?? 草§物生fl情況選 ， 發(fā)生堵塞現? ?¨動或液壓調 切割 器 刃器傾角，? 于多石 、坡￥的 間§業(yè) 可‰的齒輪箱驅動壓扁輥， 需要 調整任何鏈‰¨優(yōu)點[4] 國的 Hesston 割草機，如 1275 型，具?國際 傳動系統 ?變速箱及主傳動軸將動?送 割草機輾壓輪， 經?二級變 速箱 ?皮帶傳 割刀 時間 ， 動割刀，割刀速度 1800 ?程/分鐘， 兩邊”?一fi 衡飛輪，?減 振動及幫助割刀切割 加強型剛?刀桿? fl久 ， 刃器經二–熱處理， 具?可‰的耐磨? 可調浮動彈簧， 割刀?完 ??浮動 方a的 刃角調 ，可?· 同￥勢及§物狀況¨[5] 世界?名 草機 造??翰 · 迪爾 John Deer 和凱 CAS 廠? 研 發(fā)?型多功?聯· 機 ，如 CASE Combine Harvester515，整機??優(yōu)異，可 40 多 農§物 及 草， §方a，可‰耐 ，可?毫 費?￥ 付潮濕倒伏密集的 草及坡￥fl的 §物[6] 因此，國外 草 機 研究 發(fā)從整機??fl已currency1'完 近 ，歐美¨天然草 的發(fā) 國 的 割設 成熟，結構參數 · 理， 可‰，生產率 很 國際?名的農機生產?如美國紐荷蘭、?翰迪爾、凱 公司， 國福?森公司，韓國成元公司， 國威?公司和前進公司的 割機都已系列 產生，￡?設 無論￠機 結構、動?配套、液壓系統還是 系統設計方 都處理 很成功，一??的設計理論、??科研成果的 ￠￡?機 fl都?體現 ￠一? 發(fā) 國 ，如美國 草 割機已 ?實?機 化，?牽引發(fā)展成?走 ，已發(fā) 出機 器? 割草機， 草業(yè)已成 國 經濟一 產業(yè)[8] 5 ?于國外的 機 ? 型 主， 機具˙彎半徑 ，需要￥頭fl， 織 要求 ，–?昂貴，因此考慮 方 ，§業(yè)￥ ‰ 及農 經濟發(fā)展 ¨多 因素，國外′動割草機￠ 省推 ￠很 的局?? 1.2.2 國內電動割草機機的生產研究概況 國 草機 產業(yè)化起步 與許多的發(fā) 國 比?很 的 ￠50 代末 海a爾機 廠生產出`?型的 ?割草機，同時還生產`引爆?刀割草機 60 代內 蒙古 機 研究所進?`后懸掛 刀 速割草機的研究， 動刀 速割草機接近￡ 時國外同類產品 進 ，?于某 ?因?十 的時間停止`￡方 的研究工§ 70 代內蒙古和?疆分別研 成?圓盤， 圓盤和四圓盤 ˙ 割草機，￡?割草機? ·于 密度的?工 和天然草 割，具?割茬 ¨ 國￠85 又研 出`六盤 齒 ˙割草機 20 世? 80 代 ? ， 國?草￥ 業(yè)投入 重 §， ? ?度減緩甚至下降， 許多 草機 造企業(yè)紛紛˙產或停產， 加fl 國與歐美¨發(fā) 國 ￠著技術 和 造¨段、工 ¨方 的 ， 國與國 外同類產品的 造??和 的 離進一步a ， 產品類型只?圓盤 ˙割草機、 后懸掛 割草機、機引?刀割草機、指盤 摟草機、圓?、方?打?機¨，目前， ? 多熱衷于討論 草的經濟效'和 境效'， ?于如何實現fl述效'，討論 研究 ?于 重缺乏?·農 的 草 機 ，造成農 草豐產 豐 ， 或豐產? 盡管 國 草 機 ，￠引進、·化的基礎fl 初步 成`散草、方 ?、圓?、壓垛、二–加壓打包§業(yè)工 系統， 每 §業(yè)機 多數 ?一機型，” §業(yè)工序間機具與動?配套? ，特別是 國農村實?草 ”包 戶生產 任 ? 后，￥ 變小， 戶 ???? 的經 規(guī)模選擇·?的機具，機具 效' ， 造成 需 目前， 國生產的 草 機 的主要企業(yè)? 3 （海a爾 業(yè)機 ˉ廠、寶 業(yè)機 廠和?疆 機 廠） 海a爾 業(yè)機 ˉ廠是 國 草 機 的? 生產廠 廠生產的天然草 和 產?工草 的割、摟產品，技術fl比 成熟，?“ 占?率 、? currency1 ， ￠ 產 草的 割方 ? 小 目前 ￥?農機推 研 成功? 的二圓盤 ˙ 草 割機，正 ? 技術 定， ?生產，可 割”類 密度的?工 和天然 草 ￠2002 fl海 公司 ??研 出`圓盤后掛 割草機， 是 a機輸 出的動?和?走裝置進? 割 草§業(yè) 現￠ 研究的方 是 方a和省時省? ˉ體 國 草 機 化 還是很 ，產品?? 定，品 ?一，?草 ￥?位 ?整套割、摟、裝、運設 數?與美國 比 懸 1.2.3 國內外電動割草機械切割部件發(fā)展概況 切割? 是′動割草機 的?主要的? ，國內外′動割草機 切割? 的結構分 和圓盤 割草機 ?走動?分 牽引 、半懸掛 、懸掛 、? 走 割草機; 割草 可 和 割草機 （1）往復式切割器割草機研究發(fā)展概況 割草機具?? 久的歷史 ?于 割天然 草和 草，具?割茬 currency1整 ， 草 ，a于調整 ¨優(yōu)點， 發(fā)展?程是從 ? 機引 從牽引 6 懸掛 發(fā)展 勢是? 生產效率，一是? 前進速度，二是 加割 加 割 將 加“ · ?，因此?? 前進速度 ? 切割??，?￠同時? 切 割器切割速度 ?于切割速度? ，引起割刀 ￡?? 加， 造成機器?動 和機 ￥，切割 產或濕? 草常產生堵刀現? ￡ 割草機fi?￡?缺點， 目 前仍§ 一 機型§國內外 currency1 和 ?生產，'?￠ 完 和?進 （2）回轉式割草機研究發(fā)展概況 近 ，“歐?于 草 ? 加，' ????fi 草 ，fl 密currency1 于倒伏 因此， ˙ 割草機 速發(fā)展， 無 ”切割 切割器刀–?裝 ￠刀盤fl，'隨刀盤一起 ˙進?割草， 前進速度 ，? 的生產率， 產生堵 塞現?， 刀– ?， 養(yǎng)方a ˙ 割草機功率· ， 10·6 ??/ （ 割草機 1·2 ??/ ， 動刀割草機 4·8 ??/ ）工§ 重 割? ，割茬 ，?草多，??￥ 的 ?程度要求 ￠ 草剛度小時? 割 茬 度 加，因此 ?于 產?桿 草，￠“歐比 ? 二、 整體方案的確定 2.1 割草機類型的選擇 2.1.1 按切割裝置分類 割草機 切割裝置 分可分 刀– 運動和 ˙運動兩類 ?? 關的'fi ?” 兩類割草機￠ 割時所需的動? 一樣， 運動的割草機所需的動? 小， 所? 運動的割草機就成 `主? 如…1所‰是兩 割草機￠ 割時，所需動? 的?比[8] 圖1旋轉式和往復式割草機所需動力的比較 7 ? ? ` ′ 力 動 的 需 所 割 收 生草重 往復式割草機 旋轉式割草機 Fig1 Comparison of rotating and reciprocating mower required power 所?本設計選 的割草機是 割草機 2.1.2 往復式割草機的分類 割草機主要分 ?下幾類： （1）¨ a機配套 又分 前懸掛 和牽引 : （2）?? a機配套 又分 前懸掛 和牽引 （3）ˉ桿 割草機 ?˙輪和ˉ桿驅動的 （4）無ˉ桿 割草機 又稱§ 衡驅動割草機， ?動刀的 運動，￠此? 程 所產生的 衡又重¨ ?fl的割草機都是?定 定刀，只?一fi動刀，?動刀的運動?率 ， ??? 堵塞， ?? ˇ?—桿 草的切割，currency1?工§時 衡?? 動刀割草機是兩 刀– 切割 因此驅動裝置和刀– ?裝置的構造比 ， 驅動時動 衡 優(yōu)越，刀–的 –數非常 ，所?§業(yè)時 ?比 快 結·￡前養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展 的特點， 草機 的研 ￠機型fl?小型 主，￠研究內 fl，重點解決 動強度 ， 工多的 業(yè)生產§業(yè)，考慮?分 的規(guī)模¨，所?本論文主要設計一 小 型?a的 動刀的 割草機 2.2 方案確定 ??fl的分析和比 ，選 動 割草機 ′動割草機主要?動?源、切割 系統、傳動系統、輸送系統和?走系統 成 割草機的動?? 機? 選擇? 兩 程的 機， 的 定功率 2.9kW, ˙速 2600r/min,外 166×196×208 切割系統，選 刀– 因 ?刀–運動時， 的速度 ? 切割 草 所需要的速度， 刀–割草機的速度是?刀–割草機的兩 將 ˙運動變 運 動 ?˙機構 傳動系統 動?? 機發(fā)動機皮帶輪輸出后，經三角皮帶輪和一? 齒輪兩 級減速，'?變傳動方 后傳 —?˙主軸，￠經?聯軸器將動?傳 —凸輪軸， 帶動刀–進?切割，同時，切割器?˙主軸經一?小鏈輪將驅動?傳 —輸送系統 減速器 齒輪傳動 輸送系統 皮帶傳輸，傳輸帶fl裝? 齒，將 草輸送 割機的 8 ?走系統，目前?走系統 ?工推?， 時 考慮機動?走，￡樣 是 `從 經濟方 考慮 ?走輪的 徑 250mm 小型′動割草機要?? 目前主要 的黑麥草、紫花苜蓿和三?草¨品 ￡? 品 ￠ 狀、??fl 異 ，切割強度 同， ? 草切割裝置要求 ，? 刀刃型 、切割運動速度及 關參數都要?a 割?? 草機的動?機型要小 ， 工§可‰ §fl要 ?a ，整機?a，–? ???fl? ，'結· 草 割的農 要求，本論文所設計的小型′動割草機的主要技術參數： 配套動?： 機2.9kW 割 ： 1 m 割茬 度：45mm 切割 ： 動 ? §物 度：600mm 刀–刃口： 刀齒間 ：39mm 刀–運動速率：1800–/min 前進方 ：¨ 推? ?數：1? 工效：334m2/h 2.3 本章小結 ￡一章主要是確定小型′動割草機ˉ體的設計方案 確定割草機的類型 動 割機 的切割系統 動刀– 傳動系統 減速器 齒輪傳動 輸送系統 帶傳動 ￡一章主要是設計小型′動割草機的 體的方案， ?后的設 計 三、切割系統的設計 3.1 切割器主要參數的分析 切割器是” 割草機?主要的? ， 工§效率和§業(yè)?? 接 整機?? 目前割草機fl ` 和 ˙ 切割器 因 ˙ 切割器切割功率· ，? ￥ 的 ?程度要求 ， ? 于山￥、丘陵、? ¨￥段，因此選 ? 9 切割器[2] ￠工§時， 機輸出 ˙動?，經?輸入軸將動?傳輸—?˙主軸, 經 ?˙機構變 運動 3.1.1 往復式切割器影響切割質量的因素分析 切割速度 pV 與進—速度 mV 間的關系， 切割速比 ?述 ￠動刀 度h一定時， 重割?和 o?的 小與機器前進速度 mV 和?˙˙速?密切的關系， 關系 切割 進程H ‰ 數學 mH V t= （1） mV 機器前進速度（m/s） t 割刀運動一fi?程時間 因 切割器割刀運動一fi?程，?˙˙動180°， 時間 t t=30n （2） 將（2）代入（1） H =30 mVn （3） n ?˙˙速（r/min） 因 草 密多 ，切割 ? ， 割草機切割速度 于 2.15m/s[3] 切割 速度? ，￡?? 加，引起機器?動，因此選擇??切割速度是關?，?˙主軸 ˙速 738 r/min ?˙ ˙一?，割刀完成兩fi?程， 割刀 速度 pV pV =15rn（m/s） （4） pV = 738 38 15 1000= 1.87 m/s r ?˙半徑（mm） n ?˙˙速（r/min） 因 切割速比λ= p m V V 將（1）、（3）代入整理 λ= 2rH （5） 現?割草機 H =（1.1·1.5）h 代入（5） 10 λ= 2(1.1 1.5)r h· （6） h 動刀刃 度（mm）， ?型切割器動刀刃 度h 54，代入（6） λ= 2 38(1.1 1.5) 54· = 0.94·1.28 切割??，實際切割速比 于理論切割速比，理論進—速度 mV 機器 定? 所 許的? 速度 3.1.2 技術參數的分析和評價 ￡?˙主軸˙速 738 r/min，切割器 速度 pV =1.87m/s， 割機 §業(yè) 速度 mV =0.99m/s，切割器選 I 型， 切割??， 選擇?￡的切割速比 切 割速比一 于1.02[3]，本機￠ 工況下 /P mV Vl = =1.871.02， 本機的設計是 ·理的 3.2 凸輪軸的設計 切割時 實現從 ˙運動 刀的 運動，?需?一fi 間傳動機構， 機構就是 ?˙機構， ??輪 結構，?兩??輪和凸輪軸 成 ?于本文設計 的是 刀割草機，驅動機構的??情況正o ， ? ·，所?凸輪軸 衡?? o，就 需要校核計算` 3.2.1 凸輪軸的設計 凸輪軸的動?是經?˙主軸 ?聯軸器傳動動?， 軸的輸入功率是 2.45kW，軸的 fi選 40Cr調?， 0A =112·97，[ ]t =35·55MPa，軸的˙速 n=738r/min， 計算軸的?小軸徑： 30 0 Pd A n （7） 0 100A = ，[ ] 40t = MPa ： 30 2.45100 14.92 738d ? mm ?于軸fl ? ,考慮? ?軸的強度 弱, 軸徑,一 ?一fi? 時,軸徑 3% ,?兩fi? 時 7% ,然后圓整 徑,因此 0(1 7%) 15.37d d=? 11 將d圓整成16mm 軸的結構‰意…見…2 圖2 凸輪軸的結構示意圖 Fig2 Schematic diagram of the structure of the camshaft 3.2.2 確定凸輪軸的各段直徑和長度 ?…可知軸段fl?小 徑￠凹 處， ④段的 徑即 4 16d = mm， 4 2L = mm 軸段①是和?˙主軸聯接的聯軸器，??聯軸器 許 的 徑， 1 20d = mm， 1 52L = mm 軸段②是定位軸肩， 2 28d = mm， 2 43L = mm 軸段③是?裝??輪，????輪的 徑和厚度可 3 20d = mm， 3 20L = mm 軸段⑤fl是圓螺母， 5 20d = mm， 5 42L = mm 3.3 切割裝置的設計 3.3.1 動刀的結構 切割裝置主要是?一? 運動的動刀和?定 動的 ??分 成，動刀和刀桿 成一體，刀桿和傳動機構 ˉ， ?將動?傳 —動刀 ?定 ??分包括刀架， 間隙調 機構¨，工§時 刀同時§ 運動，? 刀間的 草進? 割 動刀是切割器的主要工§￠ ， 光刃結構，光刃切割省?，割荏整 ， ? 磨鈍，工§ 需經常磨刀，主要 于 草 割 動刀–是一 ? ， ` 具? o的耐磨?和一定的 擊韌?，刀–一 ·“鋼 成，刃?需淬火 動刀的結構如…3所‰ 12 圖3動刀的結構 Fig3 The knife structure 1、 下動刀 2、fl動刀 3、壓板 4 機架 5、墊– 6、螺母 7、螺栓 8、墊– 圖4刀片的間隙調整 Fig4 The blade gap adjustment 3.3.3 偏心輪的設計 ??輪是 機器的?主要的一fi? ，要?實現從 ˙運動 刀的 運動，?需?一fi 間傳動機構， 機構就是 ?˙機構， ??輪 的結構 ??輪的結構如…5所‰： 13 圖5偏心輪 Fig5 Eccentric gear 3.3.4 切割裝置附件的設計 1、壓板 （見…6） 圖6 壓板 Fig6 Clamp 2、機架 （見… 7） 圖7 機架 Fig7 Frame 14 3.4 本章小結 本章主要是分析切割器的參數， ??理分析，??′動割草機的工§情況計 算出機器前進的速度和割刀切割的速度，同時進?切割裝置的設計，切割裝置是 草 割機的主要 成?分， ?? 整fi 草的 割?? 切割裝置的設計包括刀– 結構的設計、刀–間隙的調整、??輪的設計和 關附 的設計 四、傳動系統的設計 傳動系統將 機的動?分別傳送—切割器和輸送系統 4.1 傳動系統的結構設計和傳動比的確定 4.1.1 傳動系統結構設計 ??′動割草機切割系統和輸送系統的工§?理及結構特點， 機的傳動系統 見…8 1、 機 2、聯軸器 3、動?輸入皮帶輪 4、輸入軸 皮帶輪 5、小 齒輪 6、 齒輪 7、輸送主動鏈 輪 8、輸送從動鏈輪 9、??輪 10、輸送帶輪 ?、減速箱輸入軸 Ⅱ、?˙主軸 Ⅲ、凸輪軸 Ⅶ、 輸送 主軸 圖8 傳動系統簡圖 Fig8 Drive system schematic ?…8可知，動?? 機發(fā)動機皮帶輪輸出后經皮帶輪3、4和一? 齒輪5、6 兩級減速，'?變傳動方 后傳 —?˙主軸 ?˙主軸經聯軸器將動?傳 —凸輪 15 軸帶動刀桿及動刀 切割運動 同時，切割器?˙主軸經一?小鏈輪7、8將驅動 ?傳 —輸送系統 4.1.2 傳動比確定 1、曲軸主軸的轉速 pV =260r np = 30r np m/s （8） 切割器割刀 速度常 1.6·2.0 m/s，?公 （8） n= 330 30 (1.6~2)38 10PVr -= = 631.58·789.5 r/min ?˙主軸˙速nⅡ=738 r/min 2、確定傳動比 ￠ 定工§狀況， 機 定˙速 mn =2600r/min,功率 mP =2.9kW,動?經皮帶輪輸 出分兩路 一路經二級減速后， 接傳 —?˙主軸（nⅡ=738r/min） 因此切割系統 傳動比i ： i= 1i · 2i = mnn Ⅱ =2600738 =3.52 （9） 1i 一級皮帶輪減速比 2i 二級圓 齒輪減速比 ” 傳動的傳動比[4]： 帶傳動比i≤ 5 齒輪傳動比i≤ 5 鏈輪傳動比i≤ 6 ?? 設計法和結構 間位置， 1i =1.5 即： 1i = 2 1 D D 1D 小皮帶輪的 徑（mm） 2D 皮帶輪的 徑（mm） ? （9） 2i = 1 3.52 2.35 1.5 i i = = 即 2i = 2 1 1 2 2.35z nz n= = 1z 二級減速主動小 齒數 2z 二級減速從動 齒數 16 輸送系統傳動是 ??˙主軸 央的小鏈輪，經同比傳動—輸送主軸， 動? 帶動輸送帶 輸送 4.2 割草機功率需求分析和傳動效率 4.2.1 割草機的功率分析 割草機功率包括 割 切割器切割功率 1P和輸送功率 2P 即： 1 2P P P= + （10） 1P= 0102mV BL （kW）[5] （11） mV 機器前進速度（m/s） B 機器割 （m） 0L 切割每 方 的—稈所需的功率（N·m/m2） 經測定，割草 0L = 200·300，[5]所? 1P =0.99 1 200102創(chuàng) =1.94 ??經驗輸送系統功率需求 2 bP PB= （12） bP 輸送系統?位割 所需功率（kW/m）， 一 0.22·0.25 kW[11]， 2P =0.22×1 = 0.22 kW （12） 未考慮傳動效率和 ˙所需的功率， 割 割機? 所 需ˉ功率 ： 1 2 1.94 0.22 2.16P P P= + = + = kW 4.2.2 割草機的傳動效率 切割器的 運動工§是? 機的皮帶輪輸出動?，經皮帶輪、圓 齒輪二級 減速見…9 皮帶輪傳動效率 1 0.96h = ，圓 齒輪傳動效率 2 0.97h = [11]， 切割系統 ˉ的傳動效率 1 2 0.96 0.97 0.93h h h= ? ?ˉ 17 圖9 切割系統傳動圖 Fig9 Cutting system transmission diagram （1）”軸的˙速 ?軸 1 2600 1733 1.5 mnn i= = =? r/min Ⅱ軸 2 1733 738 2.35 nn i= = = ? Ⅱ r/min （2）”軸的功率 ?軸 0 1 2.9 0.96 2.78P P h= ? ?? kW Ⅱ軸 2 2.78 0.97 2.70P P h= ? ?Ⅱ? kW （3）”軸的扭矩 ′機軸 00 2.99550 9550 10.652600 m PT n= = ? N·m ?軸 2.789550 9550 15.321733PT n= = ??? ? N·m Ⅱ軸 2.709550 9550 34.94738PT n= = ?ⅡⅡ Ⅱ N·m 表1 運動和動力參數 Table1 Kinematic and dynamic parameters 軸 名 參數 ′動機軸 ?軸 Ⅱ軸 ˙速n/ （r/min） 2600 1733 738 功率P/ （kW） 2.9 2.78 2.70 18 扭矩T / （N·m） 10.65 15.32 34.94 傳動比i 1.5 2.35 效率h 0.96 0.97 4.3 減速器的設計 4.3.1 錐齒輪的設計 `實現切割系統ˉ傳動比3.52:1，可進?二級減速，一級 ?動?皮帶輪輸出 減速，第二級因要?§ ˙運動?終˙化 割刀 運動， 設計二級減速 一?圓 齒輪 1、選擇 fi 兩 齒輪 40Cr,滲碳淬火齒 ?度58-62HRC 2、選 精度¨級 因 淬火處理， 初選7級精度 3、因 是閉 ?齒 齒輪傳動， 初選小齒輪齒數 1 2 118, 42z z iz= = = 4、閉 ?齒 齒輪傳動， 齒?彎?疲 強度設計公 ，齒 接觸疲 強度 校核公 5、齒?彎?疲 設計，公 ： ( ) [ ]13 22 2 1 4 1 0.5 1 Fa Sa FR R Y YKTm z u sf f 驏 琪琪- + 桫 （13） （1）齒輪傳 ˙矩 5 5 51 1 1 2.7895.5 10 95.5 10 0.15 10 1733 PT n= = =創(chuàng) 創(chuàng) N·m （2） 齒 系數 0.3Rf = ，齒 點的 分度圓 徑 md 和模數 mm ( ) ( )0.5 / 1 0.5m Rd d R b R df= - = - ， ( )1 0.5m Rm mf= - [11] （3）?齒輪的抗彎疲 極?…查 、小齒輪的抗彎疲 強度極? 1 2lim lim 800F Fs s= = MPa （4）?抗彎疲 強度壽?系數…查 抗彎疲 壽?系數 1 2 1.0N NY Y= = （5） ?循 –數 60 hN njL= （14） n 軸的˙速（ 1 1733n = r/min ， 2 738n = r/min ） 19 j 齒輪每˙一?時齒 嚙·–數， j=1 L 齒輪工§壽?， 300小時 7 1 60 1733 1 300 3.12 10N = ?創(chuàng) 7 2 60 738 1 300 1.33 10N = ?創(chuàng) （6）計算抗彎疲 許 ?， 齒輪彎?疲 強度? 系數 1.25FS = 1 1 1 lim 1 800 6401.25 N F F F Y S s s輊 = = =臌 MPa 2 2 2 lim 1 800 6401.25 N F F F Y S s s輊 = = =臌 MPa （7）計算載荷系數K A v a FK K K K K b= （15） AK 工§情況系數，? 系數 [7]查 1.75AK = vK 動?載荷系數 ?動載系數…查 vK =1.11 aK 嚙·齒?間載荷分配系數， 1 FK b 齒輪傳動載荷分布 勻系數，?齒 載荷分布 系數 …查 1.36FK b = 即 1.75 1.11 1 1.36 2.64A v a FK K K K K b= = ?創(chuàng) （8）查 齒 系數，?齒 系數及 ?修正系數查 1 2.97aFY = ， 2 2.40aFY = （9）查 ?校正系數，?齒 系數及 ?修正系數查 1 1.53SaY = ， 2 1.67SaY = （10）計算 、小齒輪的 [ ]Fa Sa F Y Y s '加?比 [ ] 1 1 1 2.97 1.53 0.0071 640 Fa Sa F Y Y s = = [ ] 2 2 2 2.40 1.67 0.0063 640 Fa Sa F Y Y s = = 小齒輪的數值 20 （11）設計計算 ( ) 5 3 22 2 4 2.64 0.15 10 0.0071 1.844 18 0.3 1 0.5 0.3 2.35 1 m 創(chuàng) =炒 - ?創(chuàng) mm 就近圓整 值m=2mm 6、 幾何 計算 （1）計算分度圓 徑 1 1 18 2 36d zm= = ? mm 2 2 42 2 84d z m= = ? mm （2） 角 ( )1 1 2arctan / 23 20z zd = = 2 190 66 40d d= =? （3）? （ *ah =1 * 0.25c = ） * 2 a ah hm mm= = （4）齒?角 * *( ) 1.25 2.5 f ah h c m m mm= + = = （5）頂圓 徑 1 1 12 cos 39.68a ad d h d= + = mm 2 2 22 cos 85.56a ad d h d= + = mm （6）齒?圓 徑 1 1 12 cos 31.58f fd d h d= - = mm 2 2 22 cos 82.12f fd d h d= - = mm （7） R 2 2 1 2 /2 45.96R m z z= + = mm （8）齒?角 fq tan / 0.0525f fh Rq = = fq =3.0052° （9）分度圓齒厚 /2 3.14s mp= = mm 7、齒輪強度校核 齒 接觸疲 強度校核 21 ( ) [ ]1 2 3 1 4 1 0.5H H E HR R KTZ Z d u s s f f = - （16） HZ 點? 系數，?于 齒輪 HZ =2.5 EZ 彈?系數，?彈?系數 查 2189.8 / EZ N mm= [ ]Hs 接觸疲 許 ?（MPa） [ ] limH NH H Z S s s = （17） limHs 齒輪 fi的接觸疲 極?（ 1lim lim2 1400H Hs s= = MPa） NZ 接觸疲 強度壽?系數，?接觸疲 強度壽?系數…查 1 2 1.1N NZ Z= = HS 接觸疲 強度?小? 系數， 1HS = [ ] lim1 11 / 1540H H N HZ Ss s= = MPa [ ] lim2 22 / 1540H H N HZ Ss s= = MPa ( ) 5 1 2 3 4 2.64 0.15 102.5 189.8 1225 0.3 1 0.5 0.3 36 2.35H s 創(chuàng)= ? 創(chuàng)? MPa＜ EMBED Equation.DSMT4 [ ]1Hs ( ) 52 2 34 2.64 0.34 102.5 189.8 5640.3 1 0.5 0.3 84 2.35Hs 創(chuàng)= ? 創(chuàng)? MPa＜[ ]2Hs 二級 齒輪齒 接觸強度·理 4.3.2 減速箱輸入軸的設計及強度校核 （1）減速箱輸入軸的設計 軸的一端與皮帶輪 聯，另一端與小 齒輪 聯，?都是懸臂 ，軸的 fi 選 45鋼調?時， 皮帶輪的傳動效率 0.96， 計算出皮帶輪和齒輪與軸 聯￥ 方軸的 徑 30 0 Pd A n （18） P 軸傳 的功率（kW） 22 n 軸的˙速（r/min） ?前 的計算可知 2.78PI = kW， 1733nI = r/min 30 2.78103 12.06 1733d = ? mm ?于軸fl ? ，考慮? ?軸的強度 弱， 軸徑，一 ?一fi? 時， 軸徑 3% ，?兩fi? 時 7% ，然后圓整 徑，因此 ( ) 01 7% 12.90d d=? mm 將d圓整成 14mm，即 14d = mm ?于與皮帶輪 聯的軸徑 fl，?是懸臂 ，與減速箱體 配，見…10 7654321 圖1 軸結構示意圖 Fig10 Schematic diagram of shaft structure （2）確定輸入軸各段的直徑和長度 ”軸段的 徑是￠扭˙強度計算currency1 的?小 徑的基礎fl，考慮軸fl￠ 的軸 定位及裝拆要求，?軸端起逐段加?確定 ”軸段的fl度，主要 決于”￠ 與軸配·?分的軸 和￠ 間?要的軸 間隔的 離 ?fl計算可知求 輸入軸的?小 徑 mind =14mm， 處與小 齒輪ˉ接， 軸段 ①的 徑 1d =14mm， 軸fl除?裝齒輪外還??定 齒輪的套?， 1L =14+10+2=16mm 軸段②fl?裝 動軸”，因軸fl￠ ?裝的是 齒輪，軸定位時 一?角接 觸球軸”，選 7004AC型角接觸球軸” 段的 徑和fl度 ¨于軸”內徑和 度，即 2d =20mm, 端定位是套?， fl度比齒輪輪轂 度小2mm， 2L =10mm 軸段③ 軸肩定位軸”， 軸”的軸 ?定， 3 26d = mm， 3 100L = mm 軸段④fl ?裝軸”， 徑與②的 徑 ¨， 4 20d = mm， 4 12L = mm 軸段⑤fl?裝彈?擋圈??定 的軸”， 5 16d = mm， 5 4L = mm 軸段⑥fl預留端蓋?裝的 ， 6 20d = mm， 6 28L = mm 軸段⑦fl?裝?皮帶輪，考慮 帶輪裝拆方a， 7 16d = mm， 7 30L = mm 23 （3）軸的 力分析 軸的??分析見…11 因 軸的輸入功率 2.78kW，˙速=1733r/min ， 1z =18 輸入˙矩 595.5 10 15319.68PT nI = ? N·mm § ￠小 齒輪fl的”?： 1 1 2 2 t m T TF D d I I= = （19） 1md 小齒輪齒 點 分度圓 徑， 1 1m md m z= mm 齒 點 模數， ( )1 0.5 1.7m Rm m f= - = 1 30.6md = 1 2 2 15319.68 1001.29 30.6t m TF d I= = = N 1tan cosr tF F a d= a 壓?角， 20a = 1d 小齒輪分度圓 角，?前 計算可知 1 23d = 1tan cos 1001.29 tan20 cos23 335.47r tF F a d= = =窗 窗 N 24 圖11 軸的 力圖 Fig11 Axial force 1tan sin 1001.29 tan20 sin23 142.4a tF F a d= = =窗 窗 N ?軸fl??分析可計算軸fl的 ?，? ?處 1HM 、 1VM 、M、 eqM 值于下 4.2 表2 減速器輸入軸 力 Table 2 The input shaft of the speed reducer bearing reaction force 載荷 H 垂 V ?R（N） 1 1215.70HR = 2 214.41HR = 1 407.31VR = 2 71.84VR = 彎矩M（N·m） 24.03HM = 8.05VM = 扭矩T（N·m） 15.32 ˉ彎矩（N·m） 2 2 25.34 H VM M M= + = 25 計算彎矩M（N·m） ( )22 26.96 eqM M aT= + = （ 0.6a= ） （4）輸入軸的強度校核 ?fl 的彎? ?…知B處截 ? ?處， [ ]eqeq MWs s= （20） 查軸的常 fi及 主要機 ?? 可知45鋼調?時， 637bs = MPa ，?? bs 值查軸的許 彎? ? 查 軸的許 彎? ? [ ] 55s = MPa W 軸計算截 的抗彎截 模?mm3 3 3/32 0.1W d dp= （21） 3 3 3 26.96 10 33.7 0.1 0.1 20 eq eq eq M M W ds = = = = ＜[ ] s ? ?于割草機工§季 強，一荏一 一?多， 需? 精確校核疲 強度 （5）確定軸 鍵的類 和 軸fl￠ 的? ?定 ?， ￠ 齒輪與皮帶輪的軸段fl ? 齒輪 的軸段 的鍵 ①選擇?的類型 選A型 ? ②確定?的 ??軸徑d =14mm,輪轂fl 14L = mm,查 ?聯接的剖 和? [4]查 ? b=5mm,h=5mm,L=8mm ③強度驗算 確定許 ? ??聯接的許 ?和壓強 [6]查 ps輊臌 =70· 80MPa ?的工§fl度 8 5 3l L b= - = - = mm 擠壓 度 /2 5/2 2.5h h= = = mm 擠壓 ? 52 2 0.15 10 53.32( ) 14 2.5 3p Tdhls 創(chuàng)= = =創(chuàng) MPa＜[ ]Ps ? 輪軸段 的鍵 ①選擇?的類型 選A型 ? ②確定?的 ??軸徑d =16mm,輪轂fl 30L = mm,查 ?聯接的剖 和? [4]查 ? b=6mm,h=5mm,L=22mm ③強度驗算 確定許 ???聯接的許 ?和壓強 [6]查 ps輊臌 =70·80 MPa 26 ?的工§fl度 22 5 17l L b= - = - = mm 擠壓 度 /2 5/2 2.5h h= = = mm 擠壓 ? 52 2 0.15 10 44.12( ) 16 2.5 17p Tdhls 創(chuàng)= = =創(chuàng) MPa＜[ ]Ps ? 4.3.3 曲 主軸的設計及校核 1 曲 主軸的設計 割機的切割器動?輸入主軸一端與 齒輪 聯，另一端與小鏈輪 聯傳送 切割的動?，?前 的功率計算可知P=2.70kW， 齒輪傳動的效率 0.97,軸的 fi 選 40Cr調?， 0 112 97A = · ， [ ] 35 55t = · MPa，軸的˙速n=738r/min 軸的?小 徑 30 0 Pd A n （22） 0 100A = ， [ ] 40t = MPa ， 30 2.70100 15.41 738d ? mm ?于軸fl ? ,考慮? ?軸的強度 弱, 軸徑,一 ?一fi? 時,軸徑 3% ,?兩fi? 時 7% ,然后圓整 徑,因此 0(1 7%) 16.49d d=? 將d圓整成18mm 軸的結構‰意…見…12 987654321 圖12 曲 主軸的結構示意圖 Fig12 Schematic diagram of crank spindle structure 2 確定軸的各段直徑和長度 27 ??軸fl￠ 的定位, `a于拆裝,軸fl?小 徑選￠⑧段, ⑧段fl?裝的是彈 ?￡圈,即 8 18d = mm， 8 4L = mm 軸段⑦fl?裝小鏈輪, 7 22d = mm， 7 36L = mm 軸段④?裝軸”, 徑和fl度¨于 軸”的內徑和 度,選 6025型深溝球軸 ”, 4 25d = mm， 4 15L = mm 軸段③ 軸肩,?軸” 端?定, 軸”的?裝, 3 32d = mm， 3 80L = mm 軸段⑥fl?裝軸”蓋, 可選與軸④段 徑 ¨, 6 25d = mm， 6 68L = mm 軸段⑤fl 是?裝彈?擋圈, 5 18d = mm， 5 4L = mm 軸段②fl?裝 齒輪, 2 28d = mm， 2 30L = mm 軸段①fl?裝軸”與?定的套?, 徑 軸”的內徑, 1 25d = mm， 1 15 6 21L = + = mm 軸段⑨fl?裝聯軸器，a于?裝與定位， 9d = 20mm， 9L =52mm 3 曲 主軸的 力分析 ?˙主軸的??見…13 28 圖13 曲 主軸的 力圖 Fig13 The crank shaft by the attempt 因 軸的輸入功率 2.70kW， 于輸送系統功率是0.25kW， 切割系統的功率 2.45kW，主軸的˙速 nⅡ=738 r/min 齒輪的??的 小與小 齒輪的?? 小一?，即 2 1 1001.29t tF F= = N 2 1 142.40r aF F= = N 2 1 335.47a rF F= = N 鏈輪§ ￠主軸的壓軸? 1 QQ K F= （23） QK 壓軸?系數 ， 傳動 1.15QK = F ?效圓?? 1000 /F P v= （24） P 傳 功率（kW） 29 v 鏈速（m/s） 1 160 1000zn pv= （25） 1z 鏈輪齒數 n 鏈輪˙速（r/min） p 鏈‰ （mm） 計算 2.66v= m/s 93.98F = N 1 108.08Q = N 4 曲 主軸的強度校核 ?fl 的彎? ?…13知處 齒輪截 ? ?處， [ ]eqeq MWs s= （26） 查軸的常 fi及 主要機 ?? [6]可知40Cr調?時， 981bs = MPa，?? bs 值查軸的許 彎? ? 查 軸的許 彎? ?[ ] 90s = MPa W 軸計算截 的抗彎截 模? mm3 3 3/32 0.1W d dp= （27） 3 3 3 29.53 10 13.45 0.1 0.1 28 eq eq eq M M W ds = = = = MPa＜ [ ] s ? ?軸fl??分析可計算軸fl的 ?，? ?處 1HM 、 1VM 、M、 eqM 值于下 4.3 表3曲 主軸的 力 Table3 Crank shaft bearing reaction force 載荷 H 垂 V ?R（N） 1 924.20HR = 2 125.59HR = 1 110.04VR = 2 32.36VR = - 彎矩M（N·m） 27.73HM = 3.30VM = 扭矩T（N·m） 16 30 ˉ彎矩（N·m） 2 2 27.93 H VM M M= + = 計算彎矩 eqM （N·m） ( )22 29.53 eqM M aT= + = （ 0.6a= ） 5 確定曲 主軸 鍵的類 軸fl￠ 的? ?定 ?聯接，￠?˙主軸fl與 齒輪、鏈輪和聯軸器聯接 的￥方 ?聯接 需要確定 的類型及 ，?及校核強度 錐齒輪 的鍵 ①選擇?的類型 選A型 ? ②確定?的 ??軸徑d =28mm,輪轂flL =30mm,? ?聯接的剖 和? [4]查 ? b=8mm,h=7mm,L=25mm ③強度驗算 確定許 ???聯接的許 ?和壓強 [6]查 ps輊臌 =70~80