茶樹(shù)修剪機(jī)的設(shè)計(jì) (12)

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1、茶樹(shù)修剪機(jī)的設(shè)計(jì) 摘要：我國(guó)種茶歷史悠久，種植地域廣泛，迫切需要機(jī)械修剪器具來(lái)代替手工修剪機(jī)械修剪是解決勞力不足和降低生產(chǎn)成本的根本途徑。茶樹(shù)修剪機(jī)是基于生產(chǎn)過(guò)程中茶樹(shù)修剪的實(shí)際需要而設(shè)計(jì)的高效茶樹(shù)修剪設(shè)備，主要用于茶樹(shù)的深修剪、衰老茶樹(shù)的重修剪或臺(tái)刈面臨的問(wèn)題。 本次設(shè)計(jì)的是手推式茶樹(shù)修剪機(jī)，避免了背負(fù)式和手提式的負(fù)荷作業(yè)。整個(gè)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了茶樹(shù)修剪機(jī)總體、傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)架等的設(shè)計(jì)過(guò)程。首先進(jìn)行茶樹(shù)修剪機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)構(gòu)思和擬定傳動(dòng)方案；其次進(jìn)入到零部件的選型和設(shè)計(jì)，依次包括汽油機(jī)的型號(hào)選擇、普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、刀片的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)校核以及機(jī)架的設(shè)計(jì)。其中，設(shè)計(jì)的弧形刀

2、刃能鎖緊茶樹(shù)枝干，增加了切口的平整度，將對(duì)茶樹(shù)的傷害降到最低；最后階段進(jìn)行了零件圖和裝配圖的繪制工作。 本次設(shè)計(jì)的茶樹(shù)修剪機(jī)可以實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)的機(jī)械化修剪，能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，有效的提高了生產(chǎn)效率，保證鮮葉品質(zhì)，符合清潔化規(guī)模生產(chǎn)的要求，降低了生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞：茶樹(shù)修剪機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；弧形刀片；重修剪；帶輪；軸 I 目 錄 茶樹(shù)修剪機(jī)的設(shè)計(jì) I 第1章 緒論 1 1.1設(shè)計(jì)目的及意義 1 1.1.1茶樹(shù)修剪的目的及意義 1 1.1.2 茶樹(shù)修剪機(jī)的設(shè)計(jì)目的及意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.3

3、茶樹(shù)修剪機(jī)的應(yīng)用研究 3 1.4本款茶樹(shù)修剪機(jī)研發(fā)意義 4 第2章 設(shè)計(jì)構(gòu)思 5 2.1 設(shè)計(jì)步驟 5 2.2設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) 5 2.3機(jī)器的結(jié)構(gòu)構(gòu)思 5 2.3 擬定傳動(dòng)方案 6 第3章 零部件的選型和設(shè)計(jì) 8 3.1汽油機(jī)型號(hào)的選擇 8 3.1.1 汽油機(jī)的功率計(jì)算 8 3.1.2 選取的汽油機(jī)型號(hào) 9 3.2 普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 3.2.1 帶Ⅰ的設(shè)計(jì) 9 3.2.2 帶Ⅱ的設(shè)計(jì) 13 3.2.3 帶輪Ⅰ的設(shè)計(jì) 16 3.2.4 帶輪Ⅱ的設(shè)計(jì) 17 3.2.5 帶輪Ⅲ和Ⅳ的設(shè)計(jì) 18 3.3 刀片的設(shè)計(jì) 18 3.3.1 刀片材料的選擇 1

4、9 3.3.2 刀片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.3.3 刀片加工路線的制定 20 3.4 軸的設(shè)計(jì)和校核 21 3.4.1 軸Ⅰ的設(shè)計(jì) 21 3.4.2 軸Ⅱ的設(shè)計(jì) 26 3.4.3 軸Ⅲ的設(shè)計(jì) 30 3.5 機(jī)架的設(shè)計(jì) 32 3.5.1機(jī)框的設(shè)計(jì) 33 3.5.2 機(jī)頭的設(shè)計(jì) 33 3.5.3 機(jī)架的結(jié)構(gòu)圖 34 3.5.4 機(jī)架高度的調(diào)節(jié) 35 結(jié) 論 36 參考文獻(xiàn) 37 致 謝 38 附 錄 39 附錄A 帶Ⅱ的設(shè)計(jì)過(guò)程 39 附錄B 軸Ⅱ的設(shè)計(jì)過(guò)程 39 III 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 第1章 緒論 1.1設(shè)計(jì)目的及意義

5、 1.1.1茶樹(shù)修剪的目的及意義 茶樹(shù)修剪是人為地抑制頂端主枝生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)的措施，可刺激著生部位較低的芽萌發(fā)新技，增強(qiáng)樹(shù)勢(shì)，培養(yǎng)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹(shù)冠。茶樹(shù)修剪方法主要有幼齡茶樹(shù)的定形修剪、成齡茶樹(shù)的輕修剪與深修剪，衰老茶樹(shù)的重修剪及臺(tái)刈等。? 成齡茶樹(shù)經(jīng)多年采摘和輕修剪后，樹(shù)冠采摘面上會(huì)形成密集而細(xì)弱的分枝，這就是常說(shuō)的“雞爪枝”，?這時(shí)，茶樹(shù)新梢育芽能力減弱，生長(zhǎng)乏力，茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)下降，為更新樹(shù)冠采摘面，就必須采用深修剪技術(shù)，剪去密集細(xì)弱的雞爪枝層，使茶樹(shù)重新抽發(fā)新枝，提高茶樹(shù)育芽能力，延長(zhǎng)茶樹(shù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)年限。 深修剪技術(shù)的方法通常剪去冠面10～15cm枝梢，目前茶樹(shù)的深修剪工作一般用雙人抬修剪機(jī)

6、來(lái)實(shí)施，但雙人抬修剪機(jī)比較笨重，且工作效率低。 重修剪的對(duì)象則是半衰老和未老先衰的茶樹(shù)。這種茶樹(shù)，雖然骨干枝的抽生能力仍較強(qiáng)，但生產(chǎn)枝的育芽能力已很弱，芽葉瘦小，葉張又薄又細(xì)，輕伸修剪根本不起作用，即使采用深修剪也不能達(dá)到目的，這時(shí)，就得采用重修剪技術(shù)。重修剪茶樹(shù)一般在離地30～40cm處修剪樹(shù)干。臺(tái)刈則是比重修剪更為徹底的改造樹(shù)冠的修剪技術(shù)，其對(duì)象是嚴(yán)重衰老的茶樹(shù)，但目的與重修剪相同；茶樹(shù)臺(tái)刈后，從根頸部抽發(fā)的新枝能重新形成樹(shù)冠。重修剪及臺(tái)刈由于修剪的茶樹(shù)枝干一般較粗，現(xiàn)有的茶樹(shù)修剪機(jī)械很難擔(dān)當(dāng)大任、不但效率低，而且常出現(xiàn)露枝現(xiàn)象；因此許多地方還在采用人工以砍柴刀對(duì)枝干進(jìn)行砍切修剪，勞動(dòng)狀

7、況惡劣、勞作水平極其落后，另外人工砍切修剪對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)是十分不利的。 1.1.2 茶樹(shù)修剪機(jī)的設(shè)計(jì)目的及意義 中國(guó)是茶樹(shù)的原產(chǎn)地，是世界上發(fā)現(xiàn)和利用茶樹(shù)最早的國(guó)家，茶葉種植地域廣泛，是我國(guó)重要傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)作物。據(jù)2010年《茶葉藍(lán)皮書(shū)》指出：2009年中國(guó)茶園種植面積達(dá)186萬(wàn)公頃，產(chǎn)茶量135萬(wàn)噸，居世界第一；茶葉出口30.3萬(wàn)噸，創(chuàng)匯7.05億美元[1]。從“2015年國(guó)際茶業(yè)大會(huì)”獲悉，根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，近20年來(lái)，中國(guó)的茶產(chǎn)量增長(zhǎng)驚人，近10年間價(jià)格呈上漲之勢(shì)，中國(guó)茶產(chǎn)銷(xiāo)量已占全球38%，成為全球最重要的茶葉產(chǎn)銷(xiāo)大國(guó)，其中2013年中國(guó)的茶葉貢獻(xiàn)為54億美元，中國(guó)茶葉經(jīng)濟(jì)進(jìn)入

8、了快速發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。 目前情況下，茶樹(shù)修剪工作是制約茶葉種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一，茶樹(shù)修剪是茶園管理重要工作內(nèi)容，而對(duì)茶樹(shù)的深修剪或重修剪主要依靠茶農(nóng)采用手持大剪刀的傳統(tǒng)方法，這就導(dǎo)致茶樹(shù)修剪工作勞動(dòng)強(qiáng)度大而且生產(chǎn)效率非常低，作業(yè)質(zhì)量難以保證。而普通修剪機(jī)用于重修剪是屬于破壞性使用，一般不宜提倡。所以茶農(nóng)迫切需要一款新型茶樹(shù)修剪機(jī)來(lái)對(duì)茶樹(shù)進(jìn)行深修剪和重修剪。 本次設(shè)計(jì)就是針對(duì)成齡茶樹(shù)的深修剪、衰老茶樹(shù)的重修剪或臺(tái)刈面臨的問(wèn)題及現(xiàn)有修剪設(shè)備的不足，研究出一種全新的茶樹(shù)重修剪機(jī)械設(shè)備，并對(duì)整機(jī)各結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行協(xié)調(diào)，對(duì)修剪機(jī)所用刀片的材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，欲研發(fā)出一種手推式茶樹(shù)修剪機(jī)

9、，避免了手提式或背負(fù)式的負(fù)荷作業(yè)，可明顯降低勞動(dòng)強(qiáng)度，成倍地提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，保證鮮葉品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高要求的清潔化規(guī)模生產(chǎn)，不僅可以自由地選擇茶樹(shù)的修剪高度，而且可以在地形復(fù)雜的山坡上作業(yè)。同時(shí)，設(shè)計(jì)的弧形刀刃能鎖緊茶樹(shù)枝干，增加了切口的平整度，將對(duì)茶樹(shù)的傷害降到最低。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)采茶機(jī)械研究開(kāi)發(fā)工作始于1958年，至今已走過(guò)50多年漫長(zhǎng)曲折的歷程。1965年以前，主要是根據(jù)我國(guó)茶園特點(diǎn)對(duì)采茶機(jī)的采摘原理而動(dòng)力類型進(jìn)行反復(fù)的研究和選擇。此后，采茶機(jī)的研制工作在我國(guó)各產(chǎn)茶省普遍展開(kāi)。到70年代后期，先后提出過(guò)十多種單人采茶機(jī)型，并組織過(guò)幾次

10、全國(guó)性的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，但最終因這些機(jī)具動(dòng)力、軟軸不過(guò)關(guān)和機(jī)器本身制造質(zhì)量水平不高，未能在生產(chǎn)中大量應(yīng)用。到70年代末期，受日本機(jī)械化茶樹(shù)修剪的影響，我國(guó)開(kāi)始了茶樹(shù)修剪機(jī)的研制。這一時(shí)期開(kāi)發(fā)的數(shù)種平形、弧形往復(fù)切割式以及各種輕、深、重茶樹(shù)修剪機(jī)，因機(jī)具的動(dòng)力需向日本引進(jìn)，而且還受制造廠企業(yè)規(guī)模的限制，部分零部件的質(zhì)量欠穩(wěn)定，因此推廣應(yīng)用進(jìn)展較慢。80年代末期，我國(guó)開(kāi)始與國(guó)外合資生產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)，在杭州和長(zhǎng)沙先后組建了浙江川崎茶葉機(jī)械有限公司和長(zhǎng)沙落后茶葉園林機(jī)械有限公司。這兩家合資企業(yè)均從日本進(jìn)口零部件進(jìn)行裝配成臺(tái)，為了抓住這一契機(jī)，農(nóng)業(yè)部等部門(mén)自80年代末期開(kāi)始，一方面組織各主要采茶省份的有關(guān)機(jī)械廠

11、家對(duì)茶樹(shù)修剪機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)、吸收，加速國(guó)產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)的發(fā)展速度，另一方面大力抓推廣應(yīng)用工作，從而使我國(guó)的茶樹(shù)修剪機(jī)機(jī)械化事業(yè)步入了新的發(fā)展階段。 為了滿足國(guó)內(nèi)茶區(qū)對(duì)茶樹(shù)修剪機(jī)的需求，我國(guó)有關(guān)部門(mén)十分重視和支持國(guó)內(nèi)有關(guān)廠家采取多種形式生產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)。例如完全國(guó)產(chǎn)、主件進(jìn)口配件國(guó)產(chǎn)和散件進(jìn)口國(guó)內(nèi)組裝等。浙江川崎茶葉機(jī)械有限公司和長(zhǎng)沙落合茶葉園林機(jī)械有限公司為進(jìn)口日本散件在國(guó)內(nèi)組裝修剪機(jī)的中外合資廠家，而杭州采茶機(jī)械廠、南昌飛機(jī)制造公司、寧波電機(jī)廠、無(wú)錫揚(yáng)名采茶機(jī)廠，福州建新農(nóng)機(jī)廠和泰州林業(yè)機(jī)械廠等，以零部件全部國(guó)產(chǎn)或個(gè)別零件進(jìn)口，大部分零部件式生產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)。 我國(guó)茶樹(shù)修剪機(jī)械化事業(yè)之所

12、以長(zhǎng)期徘徊不前，主要原因之一是國(guó)產(chǎn)的修剪機(jī)械質(zhì)量不過(guò)關(guān)，這主要是我國(guó)小型動(dòng)力機(jī)、機(jī)械加工、技術(shù)設(shè)備水平低和原材料質(zhì)量良莠不齊等綜合因素造成的。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)認(rèn)真總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，開(kāi)始重視對(duì)國(guó)外茶樹(shù)修剪機(jī)技術(shù)的消化吸收，從而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了符合我國(guó)國(guó)情的茶樹(shù)修剪機(jī)械，并形成了自己的特色，加之國(guó)內(nèi)綜合工業(yè)的水平的不斷提高，使我國(guó)國(guó)產(chǎn)的茶樹(shù)修剪機(jī)械現(xiàn)已接近國(guó)外進(jìn)口同類機(jī)械的水平。 1.2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外對(duì)茶樹(shù)修剪機(jī)的研制工作起步比較早。在茶樹(shù)修剪機(jī)械的研制與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，尤以日本、前蘇聯(lián)等一些茶葉種植發(fā)達(dá)國(guó)家研究的較深，開(kāi)發(fā)的重修剪機(jī)型號(hào)也較多。例如，日產(chǎn)的E7B-750型單人修剪機(jī)配日本

13、單缸二沖程1.03kw（1.4馬力）汽油機(jī)，采用平刀片往復(fù)式切割，切割幅寬750mm。具有以下特點(diǎn)：①重量輕，方便單人操作，平形、弧形樹(shù)冠均可使用，適應(yīng)性好；②發(fā)動(dòng)機(jī)性能好，操作簡(jiǎn)便，機(jī)身上設(shè)有停車(chē)按鈕及汽油機(jī)調(diào)試控制手柄，刀片運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、慢、停控制十分方便。 早在80年代末期，日本川崎茶機(jī)和落合茶機(jī)公司先后進(jìn)入中國(guó)，在國(guó)內(nèi)引進(jìn)組裝采茶機(jī)和茶樹(shù)修剪機(jī)等，基本上占領(lǐng)了中國(guó)的茶樹(shù)修剪機(jī)市場(chǎng)，取得了良好銷(xiāo)售業(yè)績(jī)[2]。此外，日本的小松和德國(guó)施蒂爾等園林綠化修剪機(jī)也在中國(guó)茶園中得到大量推廣應(yīng)用，還有日本共立、新大華、本田，意大利紅葉、美國(guó)百力通、臺(tái)灣海馬等。 目前，國(guó)外對(duì)茶樹(shù)的輕、中修剪機(jī)械的研制

14、及應(yīng)用均已成熟，并進(jìn)入大面積應(yīng)用推廣期。 1.3茶樹(shù)修剪機(jī)的應(yīng)用研究 人工修剪每人8小時(shí)只能剪0.02h㎡，需付酬金1750元/h㎡；采用修剪機(jī)修剪，二人8小時(shí)可修剪0.4h㎡，人均工效為手工的10倍，與人工相比費(fèi)用降低了1312.5元/h㎡。采用修剪機(jī)進(jìn)行重修剪時(shí)，人工重修剪每人8小時(shí)僅能剪0.0133h㎡，每天工資需80元，需付酬金6000元/h㎡；用修剪機(jī)勉強(qiáng)湊合使用，兩人用雙人修剪機(jī)作主修剪，另一人用單人修剪機(jī)補(bǔ)修遺留枝與邊枝，三人可修剪0.2h㎡，工效是手剪的5倍，生產(chǎn)成本是3963元/h㎡。與手工相比可降低成本2037元/h㎡。? 通過(guò)以上研究，許多專家和學(xué)者都認(rèn)為：機(jī)械修剪

15、是解決勞力不足和降低生產(chǎn)成本的根本途徑。而普通修剪機(jī)用于重修剪是屬于破壞性使用，一般不宜提倡。并建議生產(chǎn)廠家能生產(chǎn)專用重修剪機(jī)，以滿足用戶需要。? 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的覃松林研究分析了單、雙人茶樹(shù)修剪機(jī)使用時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題，他重點(diǎn)指出，單人修剪機(jī)和雙人修剪機(jī)不準(zhǔn)作老茶樹(shù)的深修剪和重修剪，否則機(jī)器將嚴(yán)重超載而遭到破壞。 1.4新型茶樹(shù)修剪機(jī)研發(fā)意義 通過(guò)以上科技人員的研究結(jié)果可以看出，茶樹(shù)修剪機(jī)無(wú)論是單人型還是雙人型，都難以承擔(dān)起老茶樹(shù)的重修剪任務(wù)，這迫切需要國(guó)內(nèi)的科技工作者研究開(kāi)發(fā)出一種專門(mén)用于老茶樹(shù)的重修剪機(jī)械。? 綜觀國(guó)內(nèi)外，目前對(duì)老茶樹(shù)重修剪方面的研究很少，而且研究領(lǐng)域也僅僅側(cè)重于重修

16、剪工作對(duì)茶樹(shù)的影響及效應(yīng)分析，對(duì)重修剪機(jī)械的開(kāi)發(fā)和研制以及應(yīng)用基本上還處于空白狀態(tài)，本設(shè)計(jì)的開(kāi)展將打破該領(lǐng)域的空白局面，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。 第2章 設(shè)計(jì)構(gòu)思 2.1 設(shè)計(jì)步驟 （1）查閱大量的茶樹(shù)和茶樹(shù)修剪設(shè)備的相關(guān)文獻(xiàn)； （2）擬定茶樹(shù)修剪的主要技術(shù)指標(biāo)； （3）根據(jù)機(jī)器的技術(shù)指標(biāo)、工作場(chǎng)所等進(jìn)行設(shè)計(jì)分析； （4）初步確定整臺(tái)機(jī)器的結(jié)構(gòu), 擬定傳動(dòng)方案； （5）具體零部件的選型、設(shè)計(jì)校核； （6）裝配圖和零件圖的繪制。 2.2設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) 本次設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)如下： （1）刀具的使用壽命：720h左右； （2）修剪樹(shù)高：30-70cm； （3）修剪幅寬：5

17、00cm； （4）工作效率：最高0.24h㎡/h； （5）切口的平整度：平均80%。 2.3機(jī)器的結(jié)構(gòu)構(gòu)思 目前，茶樹(shù)修剪機(jī)都是在戶外工作，動(dòng)力不宜選取電動(dòng)機(jī)，柴油動(dòng)力馬達(dá)相對(duì)笨重，一般首選小型的汽油機(jī)。在能達(dá)到動(dòng)力輸出要求的前提下，為了降低生產(chǎn)成本，傳動(dòng)方式首選普通V帶傳動(dòng)。為了達(dá)到設(shè)計(jì)幅寬的要求，在機(jī)架的前排并列的安置了三個(gè)刀片及帶輪結(jié)構(gòu)，在軸的兩端安裝軸承可以實(shí)現(xiàn)軸的固定?？紤]到要降低勞動(dòng)強(qiáng)度和更廣泛的適應(yīng)多種復(fù)雜地形，選擇采用手推式作業(yè)，可以靈活工作，且能都減輕修剪機(jī)的自重和生產(chǎn)成本，為實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)修剪機(jī)修剪茶樹(shù)的高度可調(diào)節(jié)，在機(jī)架把手與機(jī)架連接處設(shè)計(jì)了一個(gè)角度可調(diào)節(jié)的定位銷(xiāo)，將

18、設(shè)計(jì)的各個(gè)構(gòu)件裝置在機(jī)架上。并且，在機(jī)架的前端可以裝上機(jī)頭，有利于修剪作業(yè)。綜合考慮上述技術(shù)指標(biāo)、機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性和所需傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，擬定了整臺(tái)機(jī)器的示意圖。 1— 汽油機(jī) 2—帶輪 3—V帶 4—傳動(dòng)軸5—機(jī)頭 6—刀片 7—定位銷(xiāo) 8—機(jī)架把手 圖2-1 機(jī)器的示意圖 注：在圖中刀片（6）的位置處，垂直紙面并列的安置了三個(gè)刀片及帶輪結(jié)構(gòu)。 2.4 擬定傳動(dòng)方案 2.4.1 傳動(dòng)方案的要求 合理的傳動(dòng)方案，首先應(yīng)滿足工作機(jī)的功能要求，其次還應(yīng)滿足工作可靠、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、成本低、工藝性好、使用和維護(hù)方便等要求。 2.4.2

19、擬定傳動(dòng)方案 任何一個(gè)方案，要完全滿足上述所有要求是十分困難的，要統(tǒng)籌兼顧，滿足最主要和最基本的要求。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)構(gòu)思，擬定了兩種傳動(dòng)方案。 以下兩圖中的三個(gè)刀片結(jié)構(gòu)是垂直于紙面并列安置在機(jī)架上的，以求達(dá)到設(shè)定的修剪幅寬。 傳動(dòng)方案一： 圖 2-2 第一種傳動(dòng)方案 傳動(dòng)方案二： 圖2-3 第二種傳動(dòng)方案 方案一中的動(dòng)力直接通過(guò)V帶，從汽油機(jī)輸送到帶輪上，方案二的動(dòng)力則是通過(guò)聯(lián)軸器和減速器傳輸?shù)綆л喩系?，提高了機(jī)器的生產(chǎn)成本，維修難度較大，同時(shí)也增大了機(jī)器的結(jié)構(gòu)尺寸和重量?？紤]到經(jīng)濟(jì)性及機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)所需要的準(zhǔn)確性，我們分析決定采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的帶輪傳動(dòng)

20、，故我們選擇第一種傳動(dòng)方案。 第3章 零部件的選型和設(shè)計(jì) 基于上述設(shè)計(jì)構(gòu)思確定的傳動(dòng)方案，接下來(lái)就可以進(jìn)行具體零部件的設(shè)計(jì)。本章節(jié)的主要內(nèi)容包括汽油機(jī)型號(hào)的選取、普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、刀片的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)校核和機(jī)架的設(shè)計(jì)。其中，V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括帶的設(shè)計(jì)和帶輪的設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。 3.1汽油機(jī)型號(hào)的選擇 查閱茶樹(shù)修剪的相關(guān)資料，確定刀片的切削力、轉(zhuǎn)速和切削半徑，基于上述參數(shù)可以計(jì)算出刀片的功率，進(jìn)而可以選定汽油機(jī)的型號(hào)。確定有關(guān)參數(shù)如下： （1）刀片的切削力F=100N； （2）刀片切削的最大半徑R=50mm； （3）刀片轉(zhuǎn)速n=1500r/min； （4）每級(jí)普通平帶的傳

21、動(dòng)效率1=0.94； (5) 汽油機(jī)的效率； 圖3-1 刀片示意圖 3.1.1 汽油機(jī)的功率計(jì)算 3.1.2 選取的汽油機(jī)型號(hào) 查閱文獻(xiàn)[7]，選擇由上海三菱重工業(yè)（上海）有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為GM182LN的汽油機(jī)，啟動(dòng)方式為反沖起動(dòng)器或電起動(dòng)器，額定功率P=3.3kw，額定轉(zhuǎn)速n1=1800r/min,立軸，扭矩T=23.1N.m,外形尺寸為317.5×354.5×353mm，凈重15.8kg。 3.2 普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：帶Ⅰ、帶Ⅱ的設(shè)計(jì)以及相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì)。各帶及帶輪在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置如圖3

22、-2所示： 圖3-2 帶及帶輪示意圖 由于帶Ⅱ和帶Ⅲ的設(shè)計(jì)要求一樣，故只需設(shè)計(jì)帶Ⅱ。 3.2.1 帶Ⅰ的設(shè)計(jì) （1）確定計(jì)算功率Pca1，以下公式、查閱的圖表如不特別說(shuō)明，均來(lái)自文獻(xiàn)[8]。 表3-1工作情況系數(shù)KA 工 況 KA 空、輕載起動(dòng) 重載起動(dòng) 每天工作小時(shí)數(shù)/h <10 10~16 >16 <10 10~16 >16 載荷變動(dòng)微小 液體攪拌機(jī)，通風(fēng)機(jī)，和鼓風(fēng)機(jī)（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕型輸送機(jī) 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 載荷變動(dòng)小

23、 帶式輸送機(jī)（不均勻載荷）、通風(fēng)機(jī)（>7.5kW）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)金屬切削床、旋轉(zhuǎn)篩、劇木機(jī)和木工機(jī)械 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷變動(dòng)較大 制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)、橡膠機(jī)械、振動(dòng)篩、紡織機(jī)械、重載運(yùn)送機(jī) 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.4 載荷變動(dòng)很大 破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式。顎式等）、磨碎機(jī)（球磨、棒磨、管磨） 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 由表3-1查得Ka=1.1，由文獻(xiàn)中公式得 （3-1）

24、 （2）選擇普通V帶的型號(hào) 根據(jù)Pca1=3.63kw，n1=1800r/min，查閱文獻(xiàn)中普通V帶選型圖，選用A型普通V帶。 （3）確定帶輪的直徑dd1和dd2 查閱文獻(xiàn)，選取dd1=125mm，并且。 大帶輪的直徑為 根據(jù)普通V帶輪的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列表，選取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=150mm。 則實(shí)際的傳動(dòng)比 從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為=1500r/min 從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速誤差為： 在±5%的范圍內(nèi)，為允許值。 （4）驗(yàn)算帶速V1 由帶速公式得

25、 （3-2） =11.8m/s。 在5~30m/s的范圍內(nèi)，故帶Ⅰ的速度大小合適。 （5）定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld1和實(shí)際中心距ai 按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求初定中心距，由初選帶傳動(dòng)的中心距公式得： 0.7（dd1+dd2）

26、 由實(shí)際中心距近似公式得 （3-5） =409mm 中心距范圍 （6）驗(yàn)算小帶輪的包角的大小 由小帶輪包角公式得 （3-6） =177o 因?yàn)?177o>90o,故包角的大小合適。 （7）確定V帶的根數(shù)Z1 根據(jù)dd1=125mm，n1=1800r/min,查文獻(xiàn)中V帶基本額定功率表，用插值法得：P01=2.255kw。 查文獻(xiàn)中表得，帶長(zhǎng)度修正系數(shù)KL1=0.93。 查得包角修正系數(shù)Ka1=0.99。 根據(jù)傳動(dòng)比i=1.2，查V帶額定功率的增量表得，。

27、 由確定帶的根數(shù)公式得： （3-7） 圓整后得Z1=2。 （8）求初拉力F01及帶輪上的壓力FP1 圖3-3帶輪受力分析圖 查資料得A型普通V帶每米質(zhì)量q=0.10kg/m。 根據(jù)公式得單根V帶I的最小初拉力為 （3-8） =131.2N 對(duì)于新安裝的V帶Ⅰ，初拉力 帶作用于軸上的壓軸力公式為

28、 （3-9） =786.9N （9）設(shè)計(jì)結(jié)果 對(duì)于帶I,選擇2根型號(hào)為A-1250GB/T11544-1997的皮帶，中心距為ai=409mm，帶輪直徑dd1=125mm，dd2=150mm，軸上的壓力FP1=786.9N。 3.2.2 帶Ⅱ的設(shè)計(jì) 帶II在傳動(dòng)系統(tǒng)中的位置可見(jiàn)下圖 圖3-4 傳動(dòng)帶II位置圖 （1）帶Ⅱ上的功率為 P1=P2==3.1kw 主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為nI=1500r/min,從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為nII=1500r/min （2）確定計(jì)算功率Pca2 由表3-1得KA=1.1。 Pca2=KAP1==3.4kw

29、 （3）選擇普通V帶的型號(hào) 根據(jù)Pca2=3.4kw，nI=1500r/min,選用A型普通V帶。 （4）確定帶輪基準(zhǔn)直徑ddI、ddII 選取ddI=125mm，且ddI=125mm>75mm。 大帶輪直徑為：=125mm。 選取標(biāo)準(zhǔn)值為125mm，則實(shí)際的傳動(dòng)比為I，從動(dòng)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速分別為： =1 =1500r/min 從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速誤差率為： 在±5%的范圍內(nèi)，為允許值。 （5）驗(yàn)算帶速V2 由式得 =9.8m/s 在5~30m/s的范圍內(nèi)，故帶Ⅱ的速度大小合適

30、。 （6）確定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld2和實(shí)際中心距aI 按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求初定中心距a02 由相應(yīng)計(jì)算公式得 0.07（ddI+ddII）

31、 （7）驗(yàn)算小帶輪的包角的大小 =180o 因=180o>90o,故小帶輪的包角大小合適。 （8）確定V帶的根數(shù)Z2 根據(jù)ddI=125mm，nI=1500r/min,用插值法得：P02=2.255kw。 帶長(zhǎng)度修正系數(shù)KL2=0.89，包角修正系數(shù)Ka2=1。 根據(jù)傳動(dòng)比I=1，查表得額定功率增量為：。 = =1.7 圓整后得帶II的根數(shù)為：Z2=2。 （9）求初拉力F02及帶輪上的壓力FP2 查得A型普通V帶的每米質(zhì)量為q=0.10kg/m。帶輪與V帶的受力分析示意圖見(jiàn)圖3-3帶輪受力分析圖。 單根V帶I

32、I的最小初拉力(F0)min2為 = =128.2N 對(duì)于新安裝的V帶Ⅱ，初拉力(F0)2=1.5(F0)min2=1.5128.2=192.3N。 作用于軸上的軸壓力 FP2= = =769.2N （10）計(jì)算結(jié)果 對(duì)于帶II,選用2根A-1000GB/T11544-1997的皮帶，中心距aI=300mm，帶輪的直徑ddI=125mm，ddII=125mm，軸上的壓力FP2=769

33、.2N。 表3-2 V帶明細(xì)表 型號(hào) 根數(shù)Z 中心距a/mm 軸壓力Fp/N 帶I A-1250GB/T11544-1997 2 409 786.9 帶Ⅱ A-1000GB/T11544-1997 2 300 769.2 3.2.3 帶輪Ⅰ的設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)文獻(xiàn)可知，當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑時(shí)，帶輪采用腹板式。 為了使V帶工作面與帶輪的輪槽工作面緊密貼合，V帶輪輪槽的工作面夾角做成了34o<40o。 查文獻(xiàn)[6]中表5.3-39得，帶輪寬 B=（z-1）e+2f (3-10) 式中：z-輪槽數(shù)； e-槽

34、間距，mm； f-槽邊距，mm； 取e=15mm，f=11mm，代入數(shù)據(jù)得2輪槽的帶輪寬度B1=37mm。 參照文獻(xiàn)[8]中圖8-14（b），即可得到V帶輪的結(jié)構(gòu)及尺寸公式，進(jìn)而得到帶輪Ⅰ的結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖所示 圖3-3 帶輪Ⅰ的結(jié)構(gòu)圖 其中技術(shù)上要求鑄造帶輪的輪槽工作面不應(yīng)有砂眼、氣孔，其他部分不應(yīng)有縮孔等鑄造缺陷。 3.2.4 帶輪Ⅱ的設(shè)計(jì) 帶輪Ⅱ的設(shè)計(jì)步驟與帶輪Ⅰ的相同，為了便于加工，帶輪Ⅱ的結(jié)構(gòu)、加工方法以及表面粗糙度均與帶輪Ⅰ相同，不同的是帶輪的基準(zhǔn)直徑，結(jié)構(gòu)圖如下 圖3-4 帶輪Ⅱ的結(jié)構(gòu)圖 3.2.5 帶輪Ⅲ和Ⅳ的設(shè)計(jì) 由于帶輪Ⅲ和Ⅳ的基準(zhǔn)直

35、徑相同，安裝處的軸直徑相同（見(jiàn)下文），為了便于加工，取用和帶輪Ⅰ完全相同的帶輪。 3.3 刀片的設(shè)計(jì) 刀片是茶樹(shù)修剪機(jī)的核心部件之一，現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)刀片的壽命一般在300h以上。其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及加工工藝的制定。其在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置可見(jiàn)圖3-5所示： 圖3-5 刀片示意圖 3.3.1 刀片材料的選擇 刀片在高速的環(huán)境下工作，在剪切過(guò)程中，會(huì)受到很大的摩擦力和擠壓力。因此，制造刀片的材料要具有較高的硬度、耐磨性及韌性，基于上述要求，查閱文獻(xiàn)[6]中表2.8-38，選擇牌號(hào)為W18Cr4V的高速工具鋼作為刀片的材料。 W18Cr4V是應(yīng)用最廣的高速工具鋼，其性

36、能有：具有較高的硬度，熱處理后硬度可達(dá)到63-66HRC,抗彎強(qiáng)度可達(dá)到3500MPa。優(yōu)點(diǎn)：通用性好，易于磨削加工，工藝成熟。 3.3.2 刀片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 刀片的結(jié)構(gòu)采用圓形的刀盤(pán)，兩邊裝有兩個(gè)對(duì)稱的刀片，刀片是一次性鑄造而成的，滾刀在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)與樹(shù)干緊密接觸，將樹(shù)干一層層刨削掉。 由于刀刃有一個(gè)半徑為30mm的弧度，能很好的鎖緊樹(shù)干，順勢(shì)把樹(shù)枝割斷，降低了撕裂度，增加了切口的平整度。其結(jié)構(gòu)示意圖如下： . . 圖3-6 刀片結(jié)構(gòu)示意圖 3.3.3 刀片加工路線的制定 高速工具鋼的加工工藝已經(jīng)成熟，完全可以加工出上述結(jié)構(gòu)的刀片。刀具

37、從選材到包裝，經(jīng)過(guò)精細(xì)打磨，需要30多道工序才能完成。 （1） 刀具制造工序流程 剪板（開(kāi)料）→沖坯 →打嘜→沖眼→調(diào)直→迫刀→熱處理→水磨（單面、雙面磨）→打砂（打刀背、打刀面、打刀柄）→拋光（機(jī)拋）→開(kāi)刃口（機(jī)械開(kāi)刃口）→打披鋒→釘?shù)丁⑺堋凇牡丁蛩ド皫АD→表面處理。 （2） 刀具的熱處理工藝 刀具的熱處理工藝：根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)的特殊性及使用要求，對(duì)刀具進(jìn)行熱處理時(shí)需先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度28～32HRC。待半精加工完成后，再進(jìn)行表面滲氮處理，滲氮層厚度0.4～0.6mm，硬度600～750HV。熱處理后應(yīng)保證刀具不變形，達(dá)到設(shè)計(jì)精度要求。 3.4 軸的設(shè)計(jì)和校核

38、 本章軸的設(shè)計(jì)主要包括軸I、軸II、軸III和軸IV的設(shè)計(jì)及校核。各軸在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置見(jiàn)圖3-7。 圖3-7 軸示意圖 3.4.1 軸Ⅰ的設(shè)計(jì) （1）軸Ⅰ的設(shè)計(jì)計(jì)算 P4=P12=3.30.94=3.1kw 1）選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 由于我們?cè)O(shè)計(jì)的軸對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[8]中軸的常用材料及其主要力學(xué)性能表查得抗拉強(qiáng)度極限=640MPa，許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa。 2）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑DI 查得A0=112cm。 由軸的直徑公式可得 (3-11)

39、 = ≈14.3mm 對(duì)于d100mm的軸，最小軸徑處有1個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將軸徑增大5%～7%，為15.0mm～15.3mm。 取DI=20mm。 3）設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制機(jī)構(gòu)草圖 a.確定各軸段的直徑 帶輪的另一端需要軸肩定位，由DI=20mm，軸肩高度h1=（0.07～0.1）DI =（1.4～2.0）mm。 取h1=3mm,則DII=DI+2h1=26mm。 直徑為DII處的軸段是一軸環(huán)，軸環(huán)的寬度L11.4h1=2.4mm，取L1=26mm。 再由h2=（0.07～0.1）DII=（1

40、.82~2.6）mm。 取h2=2mm，則DIII=DII+2h2=30mm，這段軸是用來(lái)安裝軸承的。 查文獻(xiàn)[6]中表4.2-57，初步選用型號(hào)為6406 GB/T 276-1994的軸承，軸承寬度B=23mm，軸承內(nèi)圈安裝尺寸damin=39mm，軸承內(nèi)圈端面直徑d≈48.6mm軸肩的高度。 取DIV=42mm， 第V段軸也是來(lái)安裝軸承的，故DV=DIII=30mm。 軸承另一端需要軸肩定位，damin

41、便于加工，取第VII段軸的直徑為DVII=DI=22mm。 綜上所述: DI=DVII=20mm DII=DVI=26mm DIII=DV=30mm DIV=42mm b.確定各軸段長(zhǎng)度 根據(jù)汽油機(jī)的高度及整機(jī)結(jié)構(gòu)，確定軸Ⅰ的總長(zhǎng)為400mm。 由上述帶輪Ⅰ的設(shè)計(jì)可知，帶輪Ⅰ的寬度B1=37mm。 查閱文獻(xiàn)[6]中高強(qiáng)度墊圈表3.2-92（GB/T 3632-1995），墊圈選用鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型螺栓用墊圈，最大厚度Smax=4.8mm。 直徑為DI處的軸段主要是用來(lái)安裝2個(gè)2輪槽的帶輪輪槽的帶輪，根據(jù)帶輪寬度、墊圈的厚度以及安裝的結(jié)構(gòu)確定此處的軸長(zhǎng)LI=140mm。 直

42、徑為DII處的軸段長(zhǎng)度，可以根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定軸承端面和帶輪的距離為L(zhǎng)II=24mm。 直徑為DIII處的軸段長(zhǎng)度是軸承的寬度LIII=B=23mm。 直徑為D7處的軸段是用來(lái)安裝刀片，根據(jù)刀片的厚度、螺母的長(zhǎng)度以及墊片的厚度確定軸長(zhǎng)為L(zhǎng)VII=50mm。 直徑為D5處的軸段也是用來(lái)安裝軸承，長(zhǎng)度LV=23mm。 直徑為D6處的軸段和D2處一樣長(zhǎng)LVI=24mm。 最后留下的軸長(zhǎng)就是第4段軸的長(zhǎng)度了，LIV=116mm。 軸Ⅰ的最終尺寸如下圖所示： 圖3-8 軸Ⅰ結(jié)構(gòu)圖 （2）軸Ⅰ的校核 圖3-9 軸Ⅰ的作用力示意圖 基于上述示意圖，按照彎扭合成應(yīng)力公式校核

43、軸的強(qiáng)度。 以B為基點(diǎn)，由∑MB=0得： FNC×139-Fp1×270+Fp2×208+Fr×84=0 由∑Fy=0得： Fr+FNB+Fp1-FNC-Fp2=0 式中：Fr=100N,Fp1=787N，F(xiàn)p2=769N 代入數(shù)據(jù)解得：FNB=199.5N（↑）,FNC=317.5N(↓) 根據(jù)文獻(xiàn)[9]中的知識(shí)，繪制的彎矩圖和扭矩圖如下 圖3-10 軸Ⅰ力矩圖 從彎矩圖和扭矩圖可以看出C點(diǎn)和D點(diǎn)是危險(xiǎn)截面，需要校核。 C點(diǎn)在豎直面內(nèi)： 彎矩： MVC=Fr×223+FNB×139≈50031N.mm 扭矩:

44、 TC=9.55×106×≈19737N.mm 由軸的彎扭合成強(qiáng)度公式得： (3-12) 式中：≈0.6； 代入數(shù)據(jù)得： ≈19MPa<60MPa D點(diǎn)在豎直面內(nèi)： 彎矩： MVD=Fr×292+FNB×208-FND×69≈48789N.mm 扭矩: TC=9.55×106×≈19737N.mm 代入數(shù)據(jù)得： ≈47MPa<60MPa 故軸Ⅰ的設(shè)計(jì)滿足要求。 (3) 軸承的選擇和校核 因FNB

45、所以只要C處的軸承可用即可。 由FNC=317.5N,n2=1500r/min，查文獻(xiàn)[6]，初選型號(hào)為6406 GB/T 276-1994的軸承，基本額定動(dòng)載荷C=47500N。 由軸承的基本額定動(dòng)載荷公式得： (3-13) 式中:； 查閱文獻(xiàn)[8]，取軸承的預(yù)期計(jì)算壽命Lh’=18000h。 查文獻(xiàn)[8]，取載荷系數(shù)fp=1.8，則滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷。 代入數(shù)據(jù)得： C1=6718N

46、方式相同，現(xiàn)只設(shè)計(jì)軸I上的軸承定位。 首先設(shè)計(jì)了安裝軸和軸承的支架，再根據(jù)軸承的外形尺寸而設(shè)計(jì)出了軸承座，最終將軸承座通過(guò)12個(gè)直徑為7mm的螺栓固定在軸承支架上，進(jìn)而就可以固定軸承了。軸承座的結(jié)構(gòu)圖如下： 圖3-11 軸承座結(jié)構(gòu)圖 軸承在機(jī)架上的定位圖如下： 圖3-12 軸承座定位圖 （5）鍵的選擇 考慮到此處連接需要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、對(duì)中性要好，故選用平鍵連接。查閱文獻(xiàn)[6]中普通平鍵型式尺寸表5.1-32，選用鍵6×110GB/T 1096-2003的圓頭普通A型平鍵。 3.4.2 軸Ⅱ的設(shè)計(jì) （1） 軸Ⅱ的功

47、率計(jì)算 1) 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 因我們?cè)O(shè)計(jì)的軸對(duì)材料無(wú)特殊的要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其抗拉強(qiáng)度極限，許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa 2) 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑DI 查表得A0=112cm ≈14.0mm 對(duì)于d100mm的軸，最小軸徑處有1個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將軸徑增大5%～7%，為14.7mm～15.0mm 根據(jù)軸的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)GB2822-81，取DI=20mm 3) 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制機(jī)構(gòu)草圖 a.確定各軸段的直徑 帶輪的另一端需要軸肩定位，由DI=20mm，軸肩高度h1=（0.07～0.1）DI

48、 =（1.4～2.0）mm。 取h1=3mm,則DII=DI+2h1=26mm， 直徑為DII處的軸段是一軸環(huán)，軸環(huán)的寬度L21.4h1=4.2mm，取L2=26mm。 再由h2=（0.07～0.1）DII=（1.82～2.6）mm。 取h2=2mm，則DIII=DII+2h2=30mm，這段軸是用來(lái)安裝軸承的。 查表初步選用型號(hào)為6406 GB/T 276-1994的軸承，軸承寬度B=23mm，軸承內(nèi)圈安裝尺寸damin=39mm，軸承內(nèi)圈端面直徑d≈48.6mm軸肩的高度，取DIV=42mm。 第V段軸也是來(lái)安裝軸承的，

49、故DV=DIII=30mm。 軸承另一端需要軸肩定位，damin

50、m，代入數(shù)據(jù)得2輪槽的帶輪寬度B3=37。 墊圈選用鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型螺栓用墊圈，最大厚度Smax=4.8mm。 直徑為DI處的軸段主要用來(lái)安裝1個(gè)2輪槽的帶輪，根據(jù)帶輪寬度、墊圈的厚度以及安裝的結(jié)構(gòu)確定此處的軸長(zhǎng)LI=100mm。 直徑為DII處的軸段長(zhǎng)度，可以根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定軸承端面和帶輪的距離為L(zhǎng)II=24mm。 直徑為DIII處的軸段長(zhǎng)度是軸承的寬度LIII=B=23mm。 直徑為D7處的軸段是用來(lái)安裝刀片，根據(jù)刀片的厚度、螺母的長(zhǎng)度以及墊片的厚度確定軸長(zhǎng)為L(zhǎng)VII=50mm。 直徑為D5處的軸段也是用來(lái)安裝軸承，長(zhǎng)度LV=23mm。 直徑為D6處的軸段和D2處一樣長(zhǎng)LVI

51、=24mm。 最后留下的軸長(zhǎng)就是第4段軸的長(zhǎng)度了，LIV=116mm。 2）軸Ⅱ的最終結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： 圖3-13 軸Ⅱ結(jié)構(gòu)圖 （2）軸Ⅱ的校核 圖3-14 軸Ⅱ的作用力示意圖 基于上述示意圖，按照彎扭合成應(yīng)力公式校核軸的強(qiáng)度 以B’為基點(diǎn)，由∑MB’=0得： FNC’×139-Fp2×230+Fp2×193+Fr×84=0 由∑Fy=0得： Fr+FNB’+Fp2-FNC,-Fp2=0 式中: Fr=100N

52、,Fp2=769N 代入數(shù)據(jù)解得：FNB’=44.3N（↑），F(xiàn)NC’=144.3N(↓) 繪制的彎矩圖和扭矩圖如下 圖3-15 軸Ⅱ力矩圖 從彎矩圖和扭矩圖可以看出C’點(diǎn)和D’點(diǎn)是危險(xiǎn)截面，但C’點(diǎn)軸的直徑大于D’點(diǎn)的，所以只需要校核D’點(diǎn) D’點(diǎn)在豎直面內(nèi)： 彎矩： MVD’=Fr×277+FNB’×193-FNC’×54≈28458N.mm 扭矩: TC=9.55×106×≈18463N.mm 式中：≈0.6； 代入數(shù)據(jù)得： ≈38MPa<60MPa 故軸Ⅱ的設(shè)計(jì)滿足要求。 (3）軸

53、承的選擇和校核 因FNB’

54、功率計(jì)算 1) 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 因我們?cè)O(shè)計(jì)的軸對(duì)材料無(wú)特殊的要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其抗拉強(qiáng)度極限，許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa 2）軸Ⅲ的最終尺寸如下圖所示： 圖3-16 軸Ⅲ結(jié)構(gòu)圖 （2） 軸Ⅲ的校核 圖3-17 軸Ⅲ的作用力示意圖 基于上述示意圖，按照彎扭合成應(yīng)力公式校核軸的強(qiáng)度 以b為基點(diǎn)，由∑Mb=0得： FNc×139-Fp2×193+Fr×84=0 由∑Fy=0得： Fr+FNb+Fp2-FNc=0 其中：Fr=100N，F(xiàn)p2=769N 代入數(shù)據(jù)解得：FNb=138.3N（↑），F(xiàn)Nc=100

55、7.3N(↓) 根據(jù)材料力學(xué)中的知識(shí)，繪制的彎矩圖和扭矩圖如下 圖3-18 軸Ⅲ力矩圖 從彎矩圖和扭矩圖可以看出c點(diǎn)是危險(xiǎn)截面，需要校核。 c點(diǎn)在豎直面內(nèi)： 彎矩： MVc=Fr×223+FNb×139≈41524N.mm 扭矩: Tc=9.55×106×≈17190N.mm 式中：； 代入數(shù)據(jù)得： ≈16MPa<60MPa 故軸Ⅲ的設(shè)計(jì)滿足要求。 （3）軸承的選擇和校核 因FNb

56、 GB/T 276-1994的軸承，基本額定動(dòng)載荷C=47500N。 式中：； 取軸承的預(yù)期計(jì)算壽命Lh’=18000h。 取載荷系數(shù)fp=1.8，則滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 代入數(shù)據(jù)得： C3=21293N

57、帶。基于設(shè)計(jì)參數(shù)，綜合考慮，就可以設(shè)計(jì)出機(jī)架的整體結(jié)構(gòu)尺寸。 3.5.1機(jī)框的設(shè)計(jì) （1）設(shè)計(jì)參數(shù) 1）修剪幅寬為500mm 2）汽油機(jī)量15.8kg，外形尺寸317.5×354.5×353mm 3）人的身高估計(jì)為170cm （2）設(shè)計(jì)過(guò)程 根據(jù)汽油機(jī)的外形尺寸可以定出安裝動(dòng)力處的位置尺寸，由于人的身高為170mm，斜坡處的水平長(zhǎng)度為277mm，故傾斜角為 安裝支撐軸處的直徑選為標(biāo)準(zhǔn)系列內(nèi)的51mm，修剪幅寬為500mm，故機(jī)框的寬度為500mm，其他尺寸的設(shè)計(jì)參見(jiàn)非標(biāo)件的設(shè)計(jì)，這里過(guò)程略去。 設(shè)計(jì)的機(jī)框的結(jié)構(gòu)尺寸如下所示 圖3-19 機(jī)框 3.5.2 機(jī)頭的

58、設(shè)計(jì) 機(jī)頭的作用是在修剪機(jī)向前移動(dòng)的過(guò)程中，將茶樹(shù)的枝干分開(kāi)，使其更好地與刀片接觸，刀片可以鎖緊枝干，降低切口的撕裂度。 機(jī)頭的材料選用40Cr的鋼材，厚度取為10mm，長(zhǎng)度就是修剪幅寬500mm。 為了在夾角的最低處能將枝干固定住，便于刀片的切割，留出了一定的弧度，故機(jī)頭夾角設(shè)計(jì)為58o。 最終的機(jī)頭結(jié)構(gòu)圖如下所示： 3-20 機(jī)頭 3.5.3 機(jī)架的結(jié)構(gòu)圖 最終機(jī)架的結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖3-21 機(jī)架的結(jié)構(gòu)圖 3.5.4 機(jī)架高度的調(diào)節(jié) 為了實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)修剪機(jī)高度的調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)一系列不同規(guī)格直徑的車(chē)輪，這樣就可以實(shí)現(xiàn)修建高度的自調(diào)了。 車(chē)輪直徑的尺寸系

59、列有：1400mm，1200mm，1000mm三種規(guī)格。 結(jié) 論 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從總體上來(lái)講，主要可以分為兩個(gè)階段： 第一個(gè)階段是以查閱大量的資料為基礎(chǔ)，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和零部件的設(shè)計(jì)。首先要確定茶樹(shù)修剪機(jī)的總體的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方案，再進(jìn)入到零部件的設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)公式的應(yīng)用比較多，加上大量的計(jì)算和參閱資料，感覺(jué)比較枯燥，大多結(jié)構(gòu)與尺寸都要計(jì)算或借鑒可靠的設(shè)計(jì)原則經(jīng)驗(yàn)而得出。主要是刀片和機(jī)架都是非標(biāo)件，結(jié)構(gòu)很難確定，為此我專門(mén)了解了刀具的設(shè)計(jì)資料，最終采用弧形的刃口來(lái)切割茶樹(shù)枝干，可以降低對(duì)茶樹(shù)的損傷。機(jī)架的結(jié)構(gòu)尺寸只能根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)

60、的各個(gè)零部件的尺寸來(lái)確定。 第二個(gè)階段是圖紙的繪制以及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)。這個(gè)階段我需要完成刀具和帶輪的零件圖以及裝配圖的繪制。對(duì)機(jī)械制圖和公差配合等知識(shí)要求較高，先需要查閱大量的資料，然后再根據(jù)設(shè)計(jì)好的尺寸結(jié)構(gòu)進(jìn)行繪制和標(biāo)注。 這次設(shè)計(jì)中不足之處在于自己設(shè)計(jì)方面的知識(shí)很匱乏，導(dǎo)致我設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)展的很困難。例如：在設(shè)計(jì)機(jī)架時(shí)，我只能根據(jù)緒論里的技術(shù)指標(biāo)以及設(shè)計(jì)好的各個(gè)零部件的尺寸來(lái)確定機(jī)架的尺寸，尤其在設(shè)計(jì)各個(gè)零件之間如何固定連接很困難。 設(shè)計(jì)期間，我過(guò)得非常充實(shí)，在一次次解決困難的過(guò)程中，我一次次體會(huì)到解決難題后的喜悅。通過(guò)這次設(shè)計(jì)提高了我收集資料的能力、思維能力、解決問(wèn)題的能力以及繪圖等

61、各方面的能力。 參考文獻(xiàn) [1] 胡健，何增富，詹國(guó)祥等．茶樹(shù)修剪采摘機(jī)械的現(xiàn)狀及展望[J]．農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2011，37（5）：21. [2] 權(quán)啟愛(ài)．我國(guó)茶葉機(jī)械化的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]．中國(guó)茶葉，2006，28（6）：4-8. [3] 潘周光，毛文．茶樹(shù)重修剪機(jī)的研制概況[J]．林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2008，36（7）：6-8. [4] 權(quán)啟愛(ài)．國(guó)內(nèi)采茶機(jī)械化的新進(jìn)展[J]．茶葉機(jī)械雜志，1994，（1）：14-16，37. [5] 周章添，譚小紅，潘周光．茶樹(shù)重修剪機(jī)研制進(jìn)展及改進(jìn)設(shè)計(jì)[J]．茶葉雜志，2008，34（2）：111-114. [6] 王少懷，徐

62、東安，高紅霞．機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009． [7] 王建軍，譚旭光，孫祖梅等．內(nèi)燃機(jī)及配附件產(chǎn)品供應(yīng)目錄[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010． [8] 濮良貴．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，2006． [9] 劉鴻文．材料力學(xué)[M]．北京：高等教育出版社，2004． [11] 甘永立．幾何量公差與檢測(cè)[M]．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008． [12] 朱冬梅，胥北瀾，何建英等．畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖[M]．北京：高等教育出版社，2008． [13] 趙健，張紅松，胡仁喜等．Autocad 2009中文版教程機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例[M]．北京：

63、機(jī)械工業(yè)出版社，2009． [14] JB/T 5674—2007．茶樹(shù)修剪機(jī)[S]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. [15] 趙程，楊建民．機(jī)械工程材料[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009． [16] 陸玉，馮立艷．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010. 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利地完成，我要感謝那些所有給予我關(guān)心和幫助的人。 首先，我要向我的指導(dǎo)老師李玉萍老師致以由衷的感謝和誠(chéng)摯的敬意，她的指導(dǎo)為我提供了設(shè)計(jì)的主題思想，設(shè)計(jì)過(guò)程中，她給予了我最直接的指導(dǎo)和幫助，耐心的向我傳授設(shè)計(jì)的方法和思路。無(wú)論是理論的運(yùn)用，還是零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，她都及時(shí)給

64、予我指點(diǎn)，解答疑惑，使我能更深入、更快的開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，她給我提出了寶貴的意見(jiàn)，并且給與細(xì)致的指導(dǎo)，使其得以不斷的改進(jìn)和完善。在此，謹(jǐn)向李玉萍老師致以衷心的感謝和敬意！ 其次，我要感謝的是我的所有同學(xué)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到不清楚的地方，大家一起討論、翻閱資料、出謀劃策，尋求最佳的解決方案。正是有他們的幫助，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程才能進(jìn)行的那么順利。 再次，我要感謝的是自考本科期間里所有教過(guò)我的老師和我們的輔導(dǎo)員，感謝他們長(zhǎng)久來(lái)對(duì)我的諄諄教誨和和真心的關(guān)懷。我還要感謝我們14級(jí)機(jī)械專業(yè)所有的同學(xué)，有你們的陪伴，我的大學(xué)生活才會(huì)更加的豐富多彩。 最后要感謝的是我的家人，是他們

65、養(yǎng)育了我，教我做人做事的道理。沒(méi)有他們的辛苦付出，沒(méi)有他們的無(wú)私的支持和關(guān)懷，我不可能安心、順利的完成大學(xué)學(xué)業(yè)。在這里向敬愛(ài)的家人表達(dá)深深的謝意！ 附 錄 附錄A 帶Ⅱ的設(shè)計(jì)過(guò)程 附錄B 軸Ⅱ的設(shè)計(jì)過(guò)程 軸II在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置見(jiàn)圖B1 圖B1 （ 圖紙 1—汽油機(jī) 2—帶輪 3—V帶 4—傳動(dòng)軸5—機(jī)頭 6—刀片 7—定位銷(xiāo) 8—機(jī)架把手 圖2-1 機(jī)器的示意圖 圖 2-2 第一種傳動(dòng)方案

66、 圖2-3 第二種傳動(dòng)方案 圖3-1 刀片示意圖 圖3-2 帶及帶輪示意圖 圖3-3 帶輪Ⅰ的結(jié)構(gòu)圖 圖3-3 帶輪Ⅰ的結(jié)構(gòu)圖 圖3-4 帶輪Ⅱ的結(jié)構(gòu)圖 圖3-5 刀片示意圖 圖3-6 刀片結(jié)構(gòu)示意圖 圖3-7 軸示意圖 圖3-8 軸Ⅰ結(jié)構(gòu)圖 圖3-13 軸Ⅱ結(jié)構(gòu)圖 圖3-16 軸Ⅲ結(jié)構(gòu)圖 圖3-12 軸承座定位圖 圖3-11 軸承座結(jié)構(gòu)圖