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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
前 言
割草作為草坪修整的一項(xiàng)最基本作業(yè)，人們希望使用簡單高效經(jīng)濟(jì)適用的割草機(jī)械來完成草坪修建作業(yè)，并輕松完成割草作業(yè)任務(wù)。同時(shí)，要考慮環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的要求，設(shè)法減輕工作中對環(huán)境的影響，盡量降低其噪音污染，不給周圍環(huán)境造成負(fù)面影響。割草的主要作用是保持草坪上草的可控性正常生長，并通過割草機(jī)的修剪，保持人們預(yù)期的生長高度以及生長形態(tài)，使草坪美化環(huán)境的功能和其他功能得到充分發(fā)揮。目前，大型生態(tài)園的綠地設(shè)計(jì)已是房地產(chǎn)開發(fā)團(tuán)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，草地是綠化的一種重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油機(jī)作動力，采用尼龍繩甩打草葉；或者是使用電動、柴油機(jī)的割草機(jī)，這種割草機(jī)體積大、噪音大，適用于空曠大草坪，易夾草出故障，遇到石塊可能使刀片斷裂，發(fā)生事故。隨著國內(nèi)人們生活水平的提高，人們對居住的綠化水平要求越來越高，尤其帶花園的別墅不斷增加，更需要開發(fā)一種適合小面積草地、簡單靈活的手推式割草機(jī)。
本設(shè)計(jì)討論分析了旋刀式割草機(jī)機(jī)的基礎(chǔ)參數(shù)，參考已有旋刀式割草機(jī)的參數(shù)，既要保證工作要求，又要盡量減小噪音污染并提高刀片的時(shí)候用壽命。設(shè)計(jì)出一款經(jīng)濟(jì)適用，成本低廉，可大范圍推廣的割草機(jī)械，為人們的居住環(huán)境的美化提供良好的實(shí)現(xiàn)工具。
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
12屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)說明書
學(xué)生姓名 陳作喜
學(xué) 號 1061208010
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
班 級 12-2
指導(dǎo)教師 范修文
起止時(shí)間 2012.06
塔里木大學(xué)教務(wù)處制
旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)
一、課題研究的意義
割草機(jī)是隨著草坪的出現(xiàn)而被發(fā)明的，而草坪周圍人口比較稠密，流動性大，對割草機(jī)的噪音、廢氣排放等指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)要求較高。但是現(xiàn)在的割草機(jī)多使用汽油機(jī)作動力，排氣污染量相對于汽車的較小，但噪聲卻很嚴(yán)重。而且現(xiàn)在割草機(jī)的基本型式可分為旋刀式和滾刀式兩種。而旋刀式草坪割草機(jī)是以小型汽油機(jī)為動力帶動刀片旋轉(zhuǎn)的一種割草機(jī)械，主要用于公園、街心花園、球場、住宅小區(qū)庭院等綠地修剪、整理等工作，是園林機(jī)械中使用量較大的一種機(jī)械[1][3]。但它存在的主要問題是噪音較高和刀片磨損較快。為此，本文著重對旋刀式割草機(jī)的減噪和增加刀片的耐磨性加以改進(jìn)。在保證良好的加工工藝性能和使用性能的前提下，提高刀片的使用壽命，降低其生產(chǎn)成本。
二、現(xiàn)狀及分析
1國內(nèi)外旋刀式割草機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r及存在的問題
1.1國外旋刀式割草機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r
1805年英國工程師托馬斯·普拉克獲得了第一臺割草機(jī)的發(fā)明專利，當(dāng)時(shí)的割草機(jī)是裝有環(huán)形刀，機(jī)體笨重且運(yùn)轉(zhuǎn)不很理想。到1830年，埃文·馬丁制造出了類似于今天試用的手扶滾筒割草機(jī)。早期應(yīng)用普遍的是往復(fù)式割草機(jī)，通過加大割幅及提高機(jī)具的前進(jìn)速度來提高機(jī)具的生產(chǎn)率。20世紀(jì)70年代各國開始研制旋刀式割草機(jī)，利用高速旋轉(zhuǎn)的割刀對植株進(jìn)行無支撐切割，此類機(jī)具具有結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間少，不需磨刀、換刀等優(yōu)點(diǎn)。近年來，歐美發(fā)達(dá)國家的割草機(jī)設(shè)備更加成熟，結(jié)構(gòu)參數(shù)更加合理，可靠性、生產(chǎn)率提高很快。生產(chǎn)割草機(jī)的國際著名企業(yè)有沒過紐荷蘭、約翰迪爾、凱斯公司，英國弗格森公司，韓國成元公司，德國威格公司和前進(jìn)公司等。他們生產(chǎn)的設(shè)備無論在機(jī)械結(jié)構(gòu)、動力配套、液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)方面都處理得很成功，一些最新的科學(xué)理論、最新的科研成果和最新的科學(xué)技術(shù)都在這些機(jī)械設(shè)備上有體現(xiàn)。例如在控制系統(tǒng)方面，單片機(jī)、可編程控制器PLC、工業(yè)控制機(jī)控制IPC等得自動化控制手段都得到充分的應(yīng)用。一些發(fā)達(dá)國家如美國已經(jīng)發(fā)明機(jī)器人割草機(jī)，實(shí)現(xiàn)了自動化作業(yè)[9]。
目前國外大多使用滾筒式、圓盤式、水平旋轉(zhuǎn)式或旋刀式割草機(jī)，這些割草機(jī)堅(jiān)固耐用，工作速度快。這些機(jī)具一次通過就能完成割草、壓扁、成條三道工序[3]。
1.2國內(nèi)旋刀式割草機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
我國生產(chǎn)割草機(jī)起步較晚，生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍較小，產(chǎn)品用途較為單一，均沒有形成規(guī)模批量，所以長期以來，割草機(jī)均以進(jìn)口為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1999年底我國各種園林機(jī)械保有量達(dá)10萬臺，1999年的割草機(jī)銷售量在3萬臺左右，其中80%為進(jìn)口。
國內(nèi)目前生產(chǎn)的割草機(jī)一道具類型可分為滾刀式和旋刀式兩大類。旋刀式割草機(jī)是有橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)打切草上部的葉片，它適于25-80 mm范圍內(nèi)割草。由于期間各低廉，保養(yǎng)、維修方便，使用靈活，只要將刀磨快，就能達(dá)到較為理想的割草效果。因此，一般的草坪都使用旋刀式割草機(jī)作業(yè)，使得旋刀式割草機(jī)稱為國內(nèi)外最流行的割草機(jī)。
國內(nèi)生產(chǎn)割草機(jī)的廠家約有50多家。多為園藝系統(tǒng)的公司以及轉(zhuǎn)產(chǎn)割草機(jī)的機(jī)械廠。國內(nèi)市場上割草機(jī)的品牌很多，有進(jìn)口產(chǎn)品，也有國內(nèi)制造的和中外合資的。
中美合資江蘇淮陰泛亞園林機(jī)械有限公司，生產(chǎn)力特牌—NEAT草坪割草機(jī)，占國內(nèi)市場50%的市場份額，現(xiàn)年產(chǎn)量達(dá)5000臺。目前正這首進(jìn)行年產(chǎn)5萬臺的割草機(jī)技術(shù)改造，氣動力選用日本本田發(fā)動機(jī)。
南通機(jī)床為轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)割草機(jī)的廠家。其產(chǎn)品為草地王系列產(chǎn)品：56 cm自走式草坪割草機(jī)（4.5 kW）；84cm隨進(jìn)式割草機(jī)（7.8 kW）；84 cm電啟動式割草機(jī)（7.8 kW）；122 cm坐騎式剪草機(jī)（13.4 kW）。該廠生產(chǎn)除發(fā)動機(jī)以外的零部件，發(fā)動機(jī)多選用美國產(chǎn)品，1999年已有產(chǎn)品出口美國。
安徽飛彩車輛股份有限公司“十五”期間進(jìn)行了技術(shù)改造，改造后計(jì)劃年產(chǎn)6萬臺割草機(jī)。其中代表產(chǎn)品之一是手扶式寬幅割草機(jī)系列，年產(chǎn)5萬臺，以22161型為例，發(fā)動機(jī)為4沖程，4.8 kW，割草寬度53 cm，自走式；代表產(chǎn)品之二是駕乘式割草機(jī)系列，年產(chǎn)1萬臺，以16-38HXL型為例，為4沖程，11.7 kW，97 cm循環(huán)割草，帶驅(qū)動[10]。
1.3國內(nèi)外旋刀式割草機(jī)械存在的問題
雖然旋刀式割草機(jī)的理論和制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、低噪音、高性能的割草機(jī)并不多。
旋刀式割草機(jī)的配套動力有電動機(jī)(有電纜或蓄電池供電)和汽油機(jī)兩種。機(jī)遇方面和安全的原因由電纜供電的割草機(jī)只能在小面積上使用，而蓄電池供電的個(gè)采集，因機(jī)器重量較大，且蓄電池需經(jīng)常充電（一般完成700平方米后需進(jìn)行充電）。所以，在小型割草機(jī)上（2.2 kW以下）常采用電動機(jī)作為配套動力機(jī)。而在2.2 kW以上的割草機(jī)多采用汽油機(jī)作為配套動力機(jī)。以汽油機(jī)作為動力的旋刀式割草機(jī)，其噪聲污染比較嚴(yán)重，它的噪聲源為汽油機(jī)和旋刀裝置[3]。
目前，國內(nèi)外采用的都是合金彈簧鋼，經(jīng)普通淬火加中、高溫回火后得回火索氏體或回火屈氏體，硬度在HRC40-45，以保證一定的強(qiáng)度和韌性。但生產(chǎn)上遇到的最大難題是合金彈簧鋼如65Mn鋼加工硬化率高，冷彎成型性差。此外，這樣的熱處理工藝并不能很好地滿足刀片強(qiáng)韌性和耐磨性的要求，主要失效形式是磨損。如鉸接式刀片往往是3天就要卸下來磨一次。有時(shí)遇到土質(zhì)不好，有鐵絲石頭等硬物時(shí)，還經(jīng)常發(fā)生刀片斷裂[9]。
1.4研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國割草機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題以及人們草坪割草機(jī)的更高要求，對現(xiàn)有的割草機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。在旋刀式割草機(jī)的基礎(chǔ)上，通過對其做減噪處理和刀片的優(yōu)化處理，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出一款結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、低噪音、高效率的旋刀式草坪割草機(jī)。
設(shè)計(jì)旋刀式草坪割草機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，主要由汽油發(fā)動機(jī)、減速器、傳動裝置、汽油機(jī)消音器、手把、行走膠輪、旋刀刀片組成。汽油發(fā)動機(jī)提供動力，通過聯(lián)軸器與減速器連接，為旋刀裝置提供動力。
討論確定了旋刀式割草機(jī)的基礎(chǔ)參數(shù)，參考已有旋刀式割草機(jī)的參數(shù)，既要保證工作要求，又要盡量減小噪音污染并提高刀片的時(shí)候用壽命。根據(jù)選定的有關(guān)參數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出旋刀式割草機(jī)所需的功率，根據(jù)該功率選擇適合的汽油發(fā)動機(jī)型號。
該課題應(yīng)用的研究方法：理論設(shè)計(jì)、繪制模擬樣機(jī)并進(jìn)行仿真模擬。既要保證割草機(jī)的使用要求，又要盡量減小噪音污染，并提到刀片的使用壽命。
1.
5預(yù)期目標(biāo)
（1）整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)動靈活，噪音小，刀片使用壽命長。
（2）汽油機(jī)為動力源，在汽油機(jī)上加裝消音器，噪音低、可靠性高、使用簡便。
（3）適于草坪割草作業(yè)，有利于減輕噪音污染，提高刀片使用壽命，對提高割草機(jī)的經(jīng)濟(jì)適用性與環(huán)保舒適性有一定的價(jià)值。
三、重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路
該機(jī)動力源為汽油機(jī)，通過聯(lián)軸器，減速器，減速器連接傳動機(jī)構(gòu)和刀片工作，割草機(jī)按設(shè)計(jì)要求切實(shí)降低了工作噪音，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
（1）選擇動力,設(shè)計(jì)傳動裝置、汽油機(jī)消聲器和刀片。
（2）運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
（3）運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動仿真。
四、工作條件及解決方法
塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)環(huán)境優(yōu)美，草坪面積極廣，為項(xiàng)目開展提供了便利的原材料基地。這是本項(xiàng)目順利實(shí)施應(yīng)具備的良好外部科研環(huán)境。塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室和加工設(shè)備，校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境和雄厚的師資力量，這些都為課題的實(shí)施提供了保障。
五、工作方案及進(jìn)度
第1～2周 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫開題報(bào)告。
第3～4周 根據(jù)現(xiàn)有的小型草坪修剪機(jī)和現(xiàn)有割草機(jī)確定旋刀式割草機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，繪制總體結(jié)構(gòu)簡圖。
第5～6周 根據(jù)工作要求，計(jì)算并查閱相關(guān)手冊，選擇和設(shè)計(jì)各零部件。
第7～9周 運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
第10～11周 運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動仿真。
第12周 從工藝性能，經(jīng)濟(jì)性能，實(shí)用性能等方面對產(chǎn)品進(jìn)行綜合評價(jià)、校核、修正。
第13周 完成設(shè)計(jì)說明書。
第14周 整理材料，準(zhǔn)備答辯。
參考文獻(xiàn)
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[3]盧希誠,尚樹堂.旋刀式草坪割草機(jī)旋刀裝置的減噪措施[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).1993(1):33-38.
[4]周忠旺.草坪割草機(jī)的設(shè)計(jì)與割草質(zhì)量[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備.2002(10):22.
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旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)
陳作喜 范修文
( 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300)
摘 要：對于旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案中，設(shè)計(jì)了兩種旋刀離地高度的調(diào)整方案，實(shí)現(xiàn)了合理的工作范圍。通過對于機(jī)架的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)旋刀離地高度的調(diào)整，使得這種方案原理簡單且容易實(shí)現(xiàn)，并在工作時(shí)穩(wěn)定可靠；通過調(diào)整輸出軸與工作軸的配合尺寸來調(diào)整旋刀的離地高度，能夠是割草高度范圍能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)調(diào)整，避免了第一種方案只能在幾個(gè)固定高度之間的調(diào)整的不足。兩種方案采用其一便能實(shí)現(xiàn)工作要求。同時(shí)改進(jìn)了旋刀結(jié)構(gòu)并采用更加合理的材料以及熱處理方法，大大改善了旋刀的耐磨性使旋刀使用壽命大為提高，同時(shí)降低了工作噪音。并且整機(jī)原理簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)動靈活，成本低廉，方便了機(jī)具的使用和維護(hù)，適于大范圍推廣應(yīng)用，能夠很大程度上提高園林工作的機(jī)械化率，降低工人的工作強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：旋刀；割草；離地高度
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0 引 言
割草作為草坪修整的一項(xiàng)最基本作業(yè)，人們希望使用簡單高效經(jīng)濟(jì)適用的割草機(jī)械來完成草坪修建作業(yè)，并輕松完成割草作業(yè)任務(wù)。同時(shí)，要考慮環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的要求，設(shè)法減輕工作中對環(huán)境的影響，盡量降低其噪音污染，不給周圍環(huán)境造成負(fù)面影響。割草的主要作用是保持草坪上草的可控性正常生長，并通過割草機(jī)的修剪，保持人們預(yù)期的生長高度以及生長形態(tài)，使草坪美化環(huán)境的功能和其他功能得到充分發(fā)揮。目前，大型生態(tài)園的綠地設(shè)計(jì)已是房地產(chǎn)開發(fā)團(tuán)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，草地是綠化的一種重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油機(jī)作動力，采用尼龍繩甩打草葉；或者是使用電動、柴油機(jī)的割草機(jī)，這種割草機(jī)體積大、噪音大，適用于空曠大草坪，易夾草出故障，遇到石塊可能使刀片斷裂，發(fā)生事故。隨著國內(nèi)人們生活水平的提高，人們對居住的綠化水平要求越來越高，尤其帶花園的別墅不斷增加，更需要開發(fā)一種適合小面積草地、簡單靈活的手推式割草機(jī)。
本設(shè)計(jì)討論分析了旋刀式割草機(jī)機(jī)的基礎(chǔ)參數(shù)，參考已有旋刀式割草機(jī)的參數(shù)，既要保證工作要求，又要盡量減小噪音污染并提高刀片的時(shí)候用壽命。設(shè)計(jì)出一款經(jīng)濟(jì)適用，成本低廉，可大范圍推廣的割草機(jī)械，為人們的居住環(huán)境的美化提供良好的實(shí)現(xiàn)工具。
1 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)
1.1 設(shè)計(jì)原理
對于旋刀式割草機(jī)的總體設(shè)計(jì)，要遵循的設(shè)計(jì)原則
（1）首先滿足農(nóng)藝要求并適應(yīng)小區(qū)草坪的面積限制，具有良好的轉(zhuǎn)向性和操作靈活性。
（2）吸收國內(nèi)外設(shè)施農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械的新技術(shù)，采用新原理、新結(jié)構(gòu)、新工藝、做到設(shè)計(jì)合理、使用可靠、優(yōu)質(zhì)高效、物美價(jià)廉，能廣泛推廣。
（3）零部件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高。
（4）整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作簡便、維修方便、質(zhì)量輕、機(jī)動性好。
1.2 旋刀式割草機(jī)的設(shè)計(jì)方案
圖1旋刀式割草機(jī)簡圖
1.工業(yè)腳輪 2.工業(yè)腳輪架 3.下機(jī)架 4.上機(jī)架
5.發(fā)動機(jī)6.推桿7.工業(yè)走輪架 8.工業(yè)走輪9.工作軸 10.刀片
如圖1 所示，旋刀式割草機(jī)主要工業(yè)腳輪、下機(jī)架、發(fā)動機(jī)、上機(jī)架、推桿、工作軸、工業(yè)走輪和刀片等組成。汽油發(fā)動機(jī)提供動力，其輸出軸通過花鍵與裝配有刀片的工作軸相連，帶動旋刀工作，使其實(shí)現(xiàn)割草動作，發(fā)動機(jī)有油門控制旋鈕，通過旋轉(zhuǎn)旋鈕控制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速以及停止，從而實(shí)現(xiàn)控制選到的工作轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對旋刀的工作控制。
手推式割草機(jī)的動力是來源于行走輪驅(qū)動，即靠人的推力來驅(qū)動。查閱《人機(jī)工程手冊》，人步行速度約為3~5千米/時(shí)，即48~64米/分，考慮到要推動割草機(jī)進(jìn)行切割，選取人的步行速度為48米/分，即0.8米/秒。
由《人機(jī)工程手冊》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推桿距地面的高度取為1000毫米,且可在850~1300毫米之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。
設(shè)計(jì)原則：工作場地的高度取決于作用力、操作者的身高、操作者操作物件的尺寸、以及視野范圍。
又因?yàn)樵摳畈輽C(jī)是手推式的，動力來源于人的行走以及推力。應(yīng)考慮到其結(jié)構(gòu)尺寸方面的因素，因而行走輪直徑不宜過大。其旋刀刀尖速度要求達(dá)到71~97m/s，在這個(gè)速度范圍能使選到旋轉(zhuǎn)引起的噪聲降到比較合理的水平，并能正常工作。
如果輪子直徑過大，將會使機(jī)具底盤抬高，影響整機(jī)的協(xié)調(diào)性，如果輪子直徑過小,則推行比較費(fèi)力,不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,要滿足人的推力在200N左右都能推動這部割草機(jī)才行。
初步選取外輪直徑=80mm,
由《人機(jī)工程手冊》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推桿距地面的高度取為100cm,且可在100~140cm之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。
功率消耗計(jì)算
本設(shè)計(jì)割草機(jī)的功率消耗為割草作業(yè)的功率消耗，行走動力由人提供，不列入計(jì)算。
旋刀式割草機(jī)在平坦地面上的割草消耗功率計(jì)算公式為，
式中 —機(jī)器前進(jìn)速度（m/s）；
B —機(jī)器割副（m）；
—切割每平方米面積的莖干所需的功率，一般取=200~300。
割草機(jī)所需功率為。
則選用1.5馬力的發(fā)動機(jī)。
由以上分析確定割草機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)：
割草機(jī)的整體寬度：495mm；
割草機(jī)的割幅：400mm；
割草高度：25~80mm；
旋刀寬度：B=58mm；
旋刀厚度：l=3mm；
機(jī)架離地高度：h=200mm；
發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速：n=3600r/min；
旋刀的轉(zhuǎn)速：n=3600r/min=75.4m/s；
旋刀的刀尖速度：v=71~97m/s；
切割速度介于71~97ms之間，合適；
人的持續(xù)推力為15~20kg，取F=200N；
則p=Fv=200×0.8=0.16；
集草類型：就地灑落。
選取HONDA本田GX35汽油機(jī)。
2 旋刀式割草機(jī)主要部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
2.1 割草機(jī)工作部分設(shè)計(jì)
圖2刀組結(jié)構(gòu)圖
如圖2所示：旋刀通過螺紋圓柱銷定位用螺母固定在工作軸上，工作軸通過花鍵與發(fā)動機(jī)輸出軸連接，軸向定位在軸上開兩個(gè)11 mm深的孔用螺紋圓柱銷定位。工作部件由一組這樣的機(jī)構(gòu)構(gòu)成，旋刀可以隨時(shí)更換。
2.1.1 旋刀的設(shè)計(jì)
圖3旋刀結(jié)構(gòu)圖
旋刀的結(jié)構(gòu)圖如圖3，材料是65Mn鋼，等溫淬火后硬度為42~50HRC，,。
2.1.2 傳動軸的設(shè)計(jì)
材料是合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28HRC，,
，,軸上一端為內(nèi)花鍵，結(jié)構(gòu)如圖3-3。
圖3傳動軸結(jié)構(gòu)圖
傳動軸的結(jié)構(gòu)簡圖如上圖3-4，一有內(nèi)花鍵，另一端直接與發(fā)動機(jī)的輸出軸相連；通過花鍵連接將動力傳導(dǎo)至工作軸。
軸徑的初步計(jì)算
根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件
,式中：
——扭轉(zhuǎn)相應(yīng)切力，；
——軸所受的扭矩，；
——軸的抗扭截面系數(shù)，；
——軸的轉(zhuǎn)速，；
——軸傳遞的功率，；
——計(jì)算截面處軸的直徑，。
已知。其中，
得，
對于空心軸，，式中為空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取=0.5~0.6。
已知P =1.25，n=3600 r/min，軸的材料選用 40MnB， 。
將其代入式中，得實(shí)心軸軸徑；
空心軸軸徑。
故輸出軸的實(shí)心部分最小軸徑要大于7.73mm，空心部分最小軸徑要大于7.90mm，
2.1.3 工作軸的設(shè)計(jì)
材料是合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28HRC，,
，,軸上一端為外花鍵，結(jié)構(gòu)如下圖4。
圖4工作軸
軸徑的初步計(jì)算同上，工作軸最小軸徑要大于7.90mm。
傳動軸的結(jié)構(gòu)簡圖如上圖3-6，一有加工有外花鍵，與傳動軸相連，另一端連接旋刀，帶動旋刀進(jìn)行割草作業(yè)。
2.2 推桿的設(shè)計(jì)
材料是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的鋼管，有推桿和推桿套兩部分組成，可伸縮滿足不同身高的人對割草機(jī)的操縱，結(jié)構(gòu)如下5。
圖5推桿結(jié)構(gòu)圖
2.3 機(jī)架的設(shè)計(jì)
（1）機(jī)架材料是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼，由下機(jī)架和上機(jī)架兩部分組成，可通過調(diào)節(jié)銷軸實(shí)現(xiàn)對機(jī)架高度的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對旋刀離地高度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對割草高度的調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)如下6。
圖6機(jī)架結(jié)構(gòu)圖
（2）銷軸的選擇
銷主要分為用于固定零件之間相對位置的定位銷，用于連接的連接銷和用于安全裝置中的過載剪斷元件的安全銷。本設(shè)計(jì)中上機(jī)架和下機(jī)架的鉸接處用銷軸連接。銷軸材料選用35鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28~38HRC，表面氧化。根據(jù)具體的情況要求以及方便操作的要求，選用銷軸（GB/T 882-2000），開口銷（GB/T 91-2000）?？紤]到割草機(jī)工作時(shí)對銷軸有一些沖擊，故取許用剪切應(yīng)力，許用壓應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度。
發(fā)動機(jī)的質(zhì)量為3.4kg,燃油箱容量為1L，裝滿燃油時(shí)燃油質(zhì)量為0.725kg，上機(jī)架材料采用16Mn。其質(zhì)量為1.6kg。故作用在每個(gè)銷軸上的力為
銷軸工作面的擠壓應(yīng)力 ，
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
銷軸的剪切應(yīng)力 。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
銷軸的彎曲應(yīng)力 。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
3 旋刀式割草機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算
本次設(shè)計(jì)的手推旋刀式割草機(jī)的傳動部分采用花鍵連接的軸組成。當(dāng)發(fā)動機(jī)工作使得輸出軸轉(zhuǎn)動時(shí)，通過花鍵連接的工作軸旋轉(zhuǎn)，使得旋刀也一起轉(zhuǎn)動，通過旋刀的高速旋轉(zhuǎn)動作，將草坪上多余高度的草割斷。
3.1 動力傳遞方案
動力傳動方案如圖7所示：
圖7動力傳動方案
3.2 傳動比的計(jì)算
電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為3600r/min，用n表示，旋耕刀的轉(zhuǎn)速為 3600 r/min，用表示，則割草機(jī)的傳動比。
3.3 傳動系統(tǒng)計(jì)算與工作軸設(shè)計(jì)
割草機(jī)的傳動軸和輸出軸之間用花鍵連接，花鍵連接有外花鍵和內(nèi)花鍵組成，花鍵連接具有受力均勻、可承受較大載荷、對中性好、導(dǎo)向性好等特點(diǎn)，花鍵連接的齒數(shù)尺寸、配合等均按標(biāo)準(zhǔn)選取。本設(shè)計(jì)采用定心精度越高，定心的穩(wěn)定性好的矩形花鍵，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。
3.3.1 載荷計(jì)算
輸入轉(zhuǎn)矩
名義切向力
單位載荷
3.3.2 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
齒面壓應(yīng)力
取。
齒面許用壓應(yīng)力
。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
3.3.3 齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
齒根彎曲應(yīng)力,取,
。
齒根許用彎曲應(yīng)力
。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
3.3.4 齒根剪切強(qiáng)度計(jì)算
。
應(yīng)力集中系數(shù)
。
剪切應(yīng)力 。
齒根最大剪切應(yīng)力 。
許用剪切應(yīng)力 。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
3.3.5齒面耐磨能力計(jì)算
齒面壓應(yīng)力
齒面磨損許用壓應(yīng)力。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
花鍵副長期工作無磨損時(shí)耐磨損能力計(jì)算
齒面壓應(yīng)力
齒面磨損許用壓應(yīng)力（查表5-3-38）。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
外花鍵的扭轉(zhuǎn)與彎曲強(qiáng)度計(jì)算
彎矩，
彎曲應(yīng)力 。
當(dāng)量應(yīng)力 。
許用壓應(yīng)力
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
4 主要部件的強(qiáng)度分析
軸的校核
對工作軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算
對工作軸進(jìn)行受力分析，其受力分析圖如下：軸材料選用合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB。,，。
圖8工作軸的受力圖
圖9工作軸扭矩圖
工作軸所受扭矩 ，
軸的扭轉(zhuǎn)變形角用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示，階梯軸的扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式為
。
式中：——階梯軸第i段上所受的扭矩，。
——軸的材料的剪切彈性模量，，對于鋼材，。
——階梯軸第i段幾面的極慣性矩，，對于圓軸，。
——階梯軸第i段的長度，。
——階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。
工作軸的扭轉(zhuǎn)角為
。
。
軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為，為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用場合有關(guān)。對于一般傳動軸，可取；對于精密傳動軸，可?。粚τ诰纫蟛桓叩妮S，。在割草機(jī)工作軸的傳動中，因?yàn)槭且话銈鲃?，所以取?
計(jì)算結(jié)果：滿足強(qiáng)度條件，安全。
5 總結(jié)
（1）本文分析了目前國內(nèi)外草坪割草機(jī)械的現(xiàn)狀及存在問題，研究了普通草坪的物理狀況，為旋刀式割草機(jī)參數(shù)提供依據(jù)。
（2）針對當(dāng)前國內(nèi)草坪面積不大卻形狀各異、要求割草靈活方便的問題，結(jié)合草坪修剪及方便實(shí)用和農(nóng)藝特點(diǎn)，吸收了JUS-420旋刀式剪草機(jī)及其它經(jīng)典機(jī)型的設(shè)計(jì)理念，提出旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路。
（3）在整機(jī)設(shè)計(jì)中，以汽油發(fā)動機(jī)作為動力，體積小、成本低、工作可靠、。采用裝配式機(jī)架，汽油發(fā)動機(jī)輸出動力帶動旋刀工作，發(fā)動機(jī)固定在機(jī)架上方，使整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊又可根據(jù)不同工作環(huán)境以及工作要求調(diào)整機(jī)架。行走輪與機(jī)架直接固定，通過操向桿實(shí)行轉(zhuǎn)向。其他零部件經(jīng)過計(jì)算校核后，盡可能采用通用件或標(biāo)準(zhǔn)件，體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、操作簡易、維護(hù)簡單、成本低廉的設(shè)計(jì)原則。
參 考 文 獻(xiàn)
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[17] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第 3 卷）[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2004.8:22-157.
Improved Design of Rotary Lawn Mower
Chen Zuoxi， Fan Xiuwen
( Mechanical Electrical Engineering College of Tarim University)
Abstract:For a rotary mower improved design scheme, design two rotary knife height adjustment program, realized the reasonable scope of work. Through the rack adjustment to achieve rotating blade height adjustment, the scheme is simple and easy to implement, and the work is stable and reliable; by adjusting the output shaft and the working shaft with the size to adjust the rotary knife height from the ground, can be mowing height range can realize continuous adjustment, avoids the first scheme only at a few fixed height adjustment between deficiency. Two kinds of scheme using one can achieve the requirements. And the improvement of the rotary cutter structure and adopt more reasonable material and heat treatment method, greatly improved the rotary cutter wear resistance of the rotary cutter service life is greatly improved, while reducing the work noise. And the principle is simple, compact structure, flexible, low cost, convenient use and maintenance of equipment, is suitable for a wide range of application, can greatly improve the garden work mechanization rate, reduce work intensity of workers.
Keywords: Rotaryknife;Cut grass;The height from the ground
塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
學(xué)院
機(jī)械電氣化工程學(xué)院
班級
機(jī)械12-2
學(xué)生姓名
陳作喜
學(xué)號
1061208010
課題名稱
旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)
起止時(shí)間
2011年3月1日—— 2012年5月28日（共14周）
指導(dǎo)教師
范修文
職稱
講師
課題內(nèi)容
根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的旋刀式割草機(jī)設(shè)計(jì)適用于草坪修剪和小型草場收獲的改進(jìn)型割草機(jī)，要求結(jié)構(gòu)簡單，靈活性好，不纏草，地面仿形能力好。具體要求如下：
1.選擇合適配套動力，設(shè)計(jì)工作裝置和行走仿形裝置。
2.繪制二維裝配圖和零件圖。
3.要求利用Solidworks繪制三維圖。
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）
第1～2周 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫開題報(bào)告。
第3～4周 根據(jù)現(xiàn)有的小型草坪修剪機(jī)和現(xiàn)有割草機(jī)確定旋刀式割草機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，繪制總體結(jié)構(gòu)簡圖。
第5～6周 根據(jù)工作要求，計(jì)算并查閱相關(guān)手冊，選擇和設(shè)計(jì)各零部件。
第7～9周 運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
第10～11周 運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動仿真。
第12周 從工藝性能，經(jīng)濟(jì)性能，實(shí)用性能等方面對產(chǎn)品進(jìn)行綜合評價(jià)、校核、修正。
第13周 完成設(shè)計(jì)說明書。
第14周 整理材料，準(zhǔn)備答辯。
主要參考文獻(xiàn)
（說明：自己填上8個(gè)主要的）
任務(wù)下達(dá)人（簽字）
同意按此計(jì)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)
年 月 日
任務(wù)接受人意見
任務(wù)接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。
2、此任務(wù)書須在學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)開始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。
3、此任務(wù)書一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)____________________________________________________________________________________________
旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)
目 錄
1國內(nèi)外旋刀式割草機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 1
1.1割草機(jī)的分類 1
1.2國外旋刀式割草機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r 1
1.3國內(nèi)旋刀式割草機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.4國內(nèi)外旋刀式割草機(jī)械存在的問題 2
1.5割草作業(yè)的主要作用 2
1.6割草機(jī)割草的基本要求及注意事項(xiàng) 2
1.6研究的內(nèi)容和方法 3
1.7預(yù)期目標(biāo) 3
2 整機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 3
2.1 設(shè)計(jì)原則 3
2.2 旋刀式割草機(jī)的設(shè)計(jì)方案 4
3 旋刀式割草機(jī)主要部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 6
3.1割草機(jī)工作部分設(shè)計(jì) 6
3.2推桿的設(shè)計(jì) 10
3.3機(jī)架的設(shè)計(jì) 10
4 旋刀式割草機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 13
4.1動力傳遞方案 13
4.2傳動比的計(jì)算 13
5主要部件的強(qiáng)度分析 15
6總結(jié) 15
致謝 17
參考文獻(xiàn) 18
1國內(nèi)外旋刀式割草機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
1.1割草機(jī)的分類
按切割器類型可以分為旋刀式、往復(fù)式、滾刀式、甩刀式、甩繩式。其中，應(yīng)用最多的是旋刀式割草機(jī)、滾刀式割草機(jī)和往復(fù)式割草機(jī)。
往復(fù)式割草機(jī)割茬低而整齊，草坪損失少，單位割幅的金屬用量和功率消耗低，因而成本較低。它的作業(yè)速度一般為6~8 km/h。提高割刀的往復(fù)次數(shù)并解決割刀的全平衡問題后，旋刀式割草機(jī)是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉(zhuǎn)打切草上部的葉片，它適于25~80mm范圍內(nèi)割草。由于期間各低廉，保養(yǎng)、維修方便，使用靈活，只要將刀磨快，就能達(dá)到較為理想的割草效果。因此，一般的草坪都使用旋刀式割草機(jī)作業(yè)，使得旋刀式割草機(jī)稱為國內(nèi)外最流行的割草機(jī)[1] [6] 。
按配套動力和作業(yè)方式分可以分為：手推式、手扶隨行式、手扶自行式、坐騎式和拖拉機(jī)懸掛式割草機(jī)。
按動力驅(qū)動方式主要分為人畜力驅(qū)動、發(fā)動機(jī)驅(qū)動和電力驅(qū)動三種形式割草機(jī)。其中，以發(fā)動機(jī)驅(qū)動的割草機(jī)最多，發(fā)動機(jī)多為單缸汽油機(jī)。太陽能割草機(jī)雖然已有生產(chǎn)，但應(yīng)用較少。
動力驅(qū)動的割草機(jī)按牽引方式或懸掛方式可分為前置式、側(cè)置式、后置式、中置式割草機(jī)。目前，也有旋刀式手推隨行式割草機(jī)，大部分采用中置懸掛，而滾刀手推隨行式割草機(jī)多采用前置式掛接，大型的割草機(jī)則采用混合牽引方式。
1.2國外旋刀式割草機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r
在割草機(jī)問世之前，草坪的修剪主要工具是鐮刀，放牧牛羊也是保持草地平整的重要方法。隨著高爾夫球、網(wǎng)球及足球等運(yùn)動的興起，人們擁有平整美觀的草地做運(yùn)動場地的要求越來越迫切。1805年英國人普拉克內(nèi)特發(fā)明了第一臺收割谷物并能切割雜草的機(jī)器，由人推動機(jī)器，通過齒輪傳動帶動旋刀割草，這就是旋刀割草機(jī)的雛形。1805年英國工程師托馬斯·普拉克獲得了第一臺割草機(jī)的發(fā)明專利，當(dāng)時(shí)的割草機(jī)是裝有環(huán)形刀，機(jī)體笨重且運(yùn)轉(zhuǎn)不恨理想。到1830年，埃文·馬丁制造出了類似于今天試用的手扶滾筒割草機(jī)。早期應(yīng)用普遍的是王府式割草機(jī)，通過加大割幅及提高機(jī)具的前進(jìn)速度來提高機(jī)具的生產(chǎn)率。20世紀(jì)70年代各國開始研制旋刀式割草機(jī)，利用高速旋轉(zhuǎn)的割刀對植株進(jìn)行無支撐切割，此類機(jī)具具有結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間少，不需磨刀、換刀等優(yōu)點(diǎn)。近年來，歐美發(fā)達(dá)國家的割草機(jī)設(shè)備更加成熟，結(jié)構(gòu)參數(shù)更加合理，可靠性、生產(chǎn)率提高很快。生產(chǎn)割草機(jī)的國際著名企業(yè)有沒過紐荷蘭、約翰迪爾、凱斯公司，英國弗格森公司，韓國成元公司，德國威格公司和前進(jìn)公司等。他們生產(chǎn)的設(shè)備無論在機(jī)械結(jié)構(gòu)、動力配套、液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)方面都處理得很成功，一些最新的科學(xué)理論、最新的科研成果和最新的科學(xué)技術(shù)都在這些機(jī)械設(shè)備上有體現(xiàn)。例如在控制系統(tǒng)方面，單片機(jī)、可編程控制器PLC、工業(yè)控制機(jī)控制IPC等得自動化控制手段都得到充分的應(yīng)用。一些發(fā)達(dá)國家如美國已經(jīng)發(fā)明機(jī)器人割草機(jī)，實(shí)現(xiàn)了自動化作業(yè)。
目前國外大多使用滾筒式、圓盤式、水平旋轉(zhuǎn)式或旋刀式割草機(jī)，這些割草機(jī)堅(jiān)固耐用，工作速度快。這些機(jī)具一次通過就能完成割草、壓扁、成條三道工序[1] [2]。
1.3國內(nèi)旋刀式割草機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對生存環(huán)境的要求也越來越高，城市環(huán)境的保護(hù)得到越來越多的重視。我國草坪建設(shè)也得到了迅速的發(fā)展。草坪美化環(huán)境，固土護(hù)坡，凈化空氣多種功能已經(jīng)成為人們的共識。
我國生產(chǎn)割草機(jī)起步較晚，生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍較小，產(chǎn)品用途較為單一，均沒有形成規(guī)模批量，所以長期以來，割草機(jī)均以進(jìn)口為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1999年底我國各種園林機(jī)械保有量達(dá)10萬臺，1999年的割草機(jī)銷售量在3萬臺左右，其中80%為進(jìn)口。
改革開放以來，我國的草坪業(yè)由興起到長足發(fā)展，只有十幾年的時(shí)間，卻為草坪機(jī)械業(yè)的發(fā)展帶來了勃勃生機(jī) 。首先是機(jī)械先進(jìn)，90%以上為進(jìn)口產(chǎn)品，其次外從草坪建植到養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)機(jī)械配套齊全，基本上實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化，再次是產(chǎn)品品種多、系列化程度高。而在草坪機(jī)械中割草機(jī)發(fā)展最快，我國引進(jìn)使用的割草機(jī)有美國和日本等十幾個(gè)國家的幾十種機(jī)型，我國也已經(jīng)開始生產(chǎn)割草機(jī)，目前國內(nèi)外所用的割草機(jī)種類繁多，其分類方法也多樣化。
我國目前生產(chǎn)的割草機(jī)以刀具類型可分為滾刀式和旋刀式兩大類。
據(jù)調(diào)查，國內(nèi)生產(chǎn)割草機(jī)的廠家大約有50家左右。多數(shù)為園藝系統(tǒng)的公司以及轉(zhuǎn)產(chǎn)割草機(jī)的機(jī)械廠。市場上草坪修剪機(jī)的品牌很多，有進(jìn)口的產(chǎn)品，也有國內(nèi)制造和中外合資的，從功率2.6~1.2千瓦，剪幅從43.2~127厘米。
中美合資江蘇淮陰泛亞園林機(jī)械有限公司，生產(chǎn)力特牌—NEAT草坪割草機(jī)，占國內(nèi)市場50%的市場份額，現(xiàn)年產(chǎn)量達(dá)5000臺。目前正這首進(jìn)行年產(chǎn)5萬臺的割草機(jī)技術(shù)改造，氣動力選用日本本田發(fā)動機(jī)。
南通機(jī)床為轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)割草機(jī)的廠家。其產(chǎn)品為草地王系列產(chǎn)品：56cm自走式草坪割草機(jī)；84cm隨進(jìn)式割草機(jī)；84nm電啟動式割草機(jī)；122cm坐騎式剪草機(jī)。該廠生產(chǎn)除發(fā)動機(jī)以外的零部件，發(fā)動機(jī)多選用美國產(chǎn)品，1999年已有產(chǎn)品出口美國。
山東省萊州市仲院宇峰鍘草機(jī)廠研制出全新微型電動鍘草機(jī)，該機(jī)以單相照明電為動力，無電地區(qū)或停電時(shí)用165、175、180等型號柴油機(jī)為動力，適宜鍘切玉米秸、麥秸、稻草以及青貯飼料，每小時(shí)鍘草量300~400 kg，切草長度為1.5~2 cm。整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，全機(jī)重僅32 kg，移動方便，并具有切碎均勻、出料順暢、揚(yáng)程遠(yuǎn)、噪音低等特點(diǎn)。
安徽飛彩車輛股份有限公司“十五”期間進(jìn)行了技術(shù)改造，改造后計(jì)劃年產(chǎn)6萬臺割草機(jī)。其中代表產(chǎn)品之一是手扶式寬幅割草機(jī)系列，年產(chǎn)5萬臺，以22161型為例，發(fā)動機(jī)為4沖程，4.8，割草寬度53cm，自走式；代表產(chǎn)品之二是駕乘式割草機(jī)系列，年產(chǎn)1萬臺，以16-38HXL型為例，為4沖程，11.7 kW，97cm循環(huán)割草，帶驅(qū)動。
目前，我國已經(jīng)研制開發(fā)出來草坪割草機(jī)試驗(yàn)臺，草坪割草機(jī)為現(xiàn)代城市綠化的重要設(shè)備，目前市場上國產(chǎn)的機(jī)器均有一定的市場，但質(zhì)量參差不齊。對于草坪割草機(jī)的安全指標(biāo)，僅有檢測方法，沒有現(xiàn)成的撞擊試驗(yàn)專用設(shè)備。為了對其進(jìn)行科學(xué)的測試，北京市農(nóng)機(jī)試驗(yàn)鑒定推廣站研制成功草坪割草機(jī)專用試驗(yàn)臺。該試驗(yàn)臺自動化程度高，采用了氣動傳動技術(shù)、機(jī)－電安全鎖定機(jī)構(gòu)及氣動調(diào)速技術(shù)，可對國內(nèi)各型草坪割草機(jī)進(jìn)行安全性能試驗(yàn)，能夠完成草坪機(jī)的撞擊試驗(yàn)和刀片護(hù)罩強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該專用試驗(yàn)臺達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，檢測快捷，安全性高[10] [11]。
1.4國內(nèi)外旋刀式割草機(jī)械存在的問題
雖然旋刀式割草機(jī)的理論和制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、低噪音、高性能的割草機(jī)并不多。
旋刀式割草機(jī)的配套動力有汽油發(fā)動機(jī)(有電纜或蓄電池供電)和汽油機(jī)兩種?；诎踩矫娴脑蛴呻娎|供電的割草機(jī)只能在小面積上使用，而蓄電池供電的割草機(jī)，因機(jī)器重量較大，且蓄電池需經(jīng)常充電（一般完成700平方米后需進(jìn)行充電）。所以，在小型割草機(jī)上（2.2 kW以下）常采用汽油發(fā)動機(jī)作為配套動力機(jī)。而在2.2 kW以上的割草機(jī)多采用汽油機(jī)作為配套動力機(jī)。以汽油機(jī)作為動力的旋刀式割草機(jī)，其噪聲污染比較嚴(yán)重，它的噪聲源為汽油機(jī)和旋刀裝置。
目前，國內(nèi)外采用的都是合金彈簧鋼，經(jīng)普通淬火加中、高溫回火后得回火索氏體或回火屈氏體，硬度在HRC40~45，以保證一定的強(qiáng)度和韌性。但生產(chǎn)上遇到的最大難題是合金彈簧鋼如65Mn鋼加工硬化率高，冷彎成型性差。此外，這樣的熱處理工藝并不能很好地滿足刀片強(qiáng)韌性和耐磨性的要求，主要失效形式是磨損。如鉸接式刀片往往是3天就要卸下來磨一次。有時(shí)遇到土質(zhì)不好，有鐵絲石頭等硬物時(shí)，還經(jīng)常發(fā)生刀片斷裂[2] [3] [10]。
1.5割草作業(yè)的主要作用
割草作為草坪修整的一項(xiàng)最基本作業(yè)，要求使用簡單高效的割草機(jī)械，保質(zhì)保量完成割草作業(yè)任務(wù)。同時(shí)，盡量降低其噪音污染，不給周圍環(huán)境造成負(fù)面影響。割草的主要作用是保持草坪上草的可控性正常生長，并通過割草機(jī)的修剪，保持人們預(yù)期的生長高度以及生長形態(tài)，使草坪美化環(huán)境的功能和其他功能得到充分發(fā)揮。目前，大型生態(tài)園的綠地設(shè)計(jì)已是房地產(chǎn)開發(fā)團(tuán)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，草地是綠化的一種重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油機(jī)作動力，采用尼龍繩甩打草葉；或者是使用電動、柴油機(jī)的割草機(jī)，這種割草機(jī)體積大、噪音大，適用于空曠大草坪，易夾草出故障，遇到石塊可能使刀片斷裂，發(fā)生事故。隨著國內(nèi)人們生活水平的提高，人們對居住的綠化水平要求越來越高，尤其帶花園的別墅不斷增加，更需要開發(fā)一種適合小面積草地、簡單靈活的手推式割草機(jī)[3]。
1.6割草機(jī)割草的基本要求及注意事項(xiàng)
1.6.1基本要求
（1）割草高度可根據(jù)要求調(diào)整，適應(yīng)高度調(diào)整范圍大，當(dāng)草坪要求修剪很低能達(dá)到要求。
（2）割草整齊、平整，同一行程前后割草高度一致，兩次作業(yè)行程銜接平滑、無接茬。
（3）對地形的適應(yīng)能力強(qiáng)，仿行能力強(qiáng)，隨地形變化前后剪草高度一致。
（4）割草機(jī)對草坪碾壓輕、傷害少。
（5）草屑收集干凈，或被切割部分細(xì)碎性能好（草屑撒在草坪中當(dāng)肥料時(shí)），以便于灑落在草坪下及時(shí)腐爛。
（6）割草機(jī)質(zhì)量好，故障少，節(jié)省燃料、效率高。
（7）易于操作、輕便靈活、維修調(diào)試方便，零部件通用性和互換性好。
（8）正確掌握修剪草坪的時(shí)間并且制定科學(xué)的修剪高度和修剪頻率[8]。
1.6.2注意事項(xiàng)
（1）不可以將手動割草機(jī)用于割除攀藤植物、屋頂或陽臺上的青草等，那樣有可能傷害到身體。
（2）每次使用之前都需要進(jìn)行一次檢查，確認(rèn)所有的螺栓、螺母、工具都沒有磨損或損壞，對于磨鈍或損壞了的刀片應(yīng)當(dāng)更換。
（3）再檢查一下要割草的草坪表面，要清除干凈石頭、木塊、電線等其他堅(jiān)硬的物體，這些物品碰到刀具時(shí)會飛甩出去而無法控制。
（4）旁邊有人，尤其是兒童和動物的時(shí)候，不要使用該割草機(jī)。
（5）割草時(shí)一定要穿用防滑底做成的結(jié)實(shí)靴子。
（6）旋轉(zhuǎn)的刀片轉(zhuǎn)筒可能會造成人身傷害，刀片轉(zhuǎn)筒和操作人員之間的安全距離是通過導(dǎo)桿隔開的，一定要一直保持這個(gè)安全距離。在堤岸或斜坡上割草時(shí)尤其要注意，一定要順著斜坡的方向割。
（7）當(dāng)后退拉動割草機(jī)時(shí)要特別小心，有絆倒的危險(xiǎn)。
（8）任何時(shí)候都不要將手或腳放在運(yùn)動部件的上方或下方。
（9）如果刀具或割草機(jī)遇到障礙或堅(jiān)硬的物體時(shí)，一定要適當(dāng)全面地檢查割草機(jī)。
（10）只有在能見度好，視野清晰的時(shí)候才可以進(jìn)行工作[8]。
1.6研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國割草機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題以及人們草坪割草機(jī)的更高要求，對現(xiàn)有的割草機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。在旋刀式割草機(jī)的基礎(chǔ)上，通過對其做減噪處理和刀片的優(yōu)化處理，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出一款結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、低噪音、高效率的旋刀式草坪割草機(jī)。
設(shè)計(jì)旋刀式草坪割草機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，主要由汽油發(fā)動機(jī)、傳動軸、工作軸、割草機(jī)機(jī)架、手把、行走膠輪、旋刀刀片組成。
汽油發(fā)動機(jī)機(jī)提供動力，通過傳動軸和工作軸為旋刀裝置提供動力。旋刀裝置主要部件為旋刀刀片。
討論分析了旋刀式割草機(jī)機(jī)的基礎(chǔ)參數(shù)，參考已有旋刀式割草機(jī)的參數(shù)，既要保證工作要求，又要盡量減小噪音污染并提高刀片的時(shí)候用壽命。根據(jù)選定的有關(guān)參數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出旋刀式割草機(jī)所需的功率，根據(jù)該功率選擇適合的汽油發(fā)動機(jī)型號。
該課題應(yīng)用的研究方法：理論設(shè)計(jì)、繪制模擬樣機(jī)并進(jìn)行仿真模擬。既要保證割草機(jī)的使用要求，又要盡量減小噪音污染，并提到刀片的使用壽命。
1.7預(yù)期目標(biāo)
（1）整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，質(zhì)量輕，尺寸小，機(jī)動性好。
（2）汽油發(fā)動機(jī)為工作動力源，人作為行走動力，造價(jià)低、可靠性高、使用簡便，具有節(jié)省能源，降低污染的特點(diǎn)。
（3）適于一般草坪維護(hù)，成本低廉，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
2 整機(jī)總體設(shè)計(jì)方案
2.1 設(shè)計(jì)原則
對于旋刀式割草機(jī)的總體設(shè)計(jì)，要遵循的設(shè)計(jì)原則
（1）首先滿足農(nóng)藝要求并適應(yīng)小區(qū)草坪的面積限制，具有良好的轉(zhuǎn)向性和操作靈活性。
（2）吸收國內(nèi)外設(shè)施農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械的新技術(shù)，采用新原理、新結(jié)構(gòu)、新工藝、做到設(shè)計(jì)合理、使用可靠、優(yōu)質(zhì)高效、物美價(jià)廉，能廣泛推廣。
（3）零部件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高。
（4）整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作簡便、維修方便、質(zhì)量輕、機(jī)動性好。
2.2 旋刀式割草機(jī)的設(shè)計(jì)方案
圖2-1旋刀式割草機(jī)
圖2-2旋刀式割草機(jī)簡圖
1.工業(yè)腳輪 2.工業(yè)腳輪架 3.下機(jī)架 4.上機(jī)架
5.發(fā)動機(jī)6.推桿7.工業(yè)走輪架 8.工業(yè)走輪9.工作軸 10.刀片
如圖 2-2 所示，旋刀式割草機(jī)主要工業(yè)腳輪、下機(jī)架、發(fā)動機(jī)、上機(jī)架、推桿、工作軸、工業(yè)走輪和刀片等組成。汽油發(fā)動機(jī)提供動力，其輸出軸通過花鍵與裝配有刀片的工作軸相連，帶動旋刀工作，使其實(shí)現(xiàn)割草動作，發(fā)動機(jī)有油門控制旋鈕，通過旋轉(zhuǎn)旋鈕控制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速以及停止，從而實(shí)現(xiàn)控制選到的工作轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對旋刀的工作控制。
手推式割草機(jī)的動力是來源于行走輪驅(qū)動，即靠人的推力來驅(qū)動。查閱《人機(jī)工程手冊》，人步行速度約為3~5千米/時(shí)，即48~64米/分，考慮到要推動割草機(jī)進(jìn)行切割，選取人的步行速度為48米/分，即0.8米/秒。
查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得到以下數(shù)據(jù)：
成年男性身高：
18—25周歲 1554~1830毫米
26—35周歲 1545~1851毫米
36—60周歲 1553~1798毫米
平均身高：
18—60周歲 1543~1814毫米
成年女性身高：
18—25周歲 1457~1709毫米
26—35周歲 1449~1698毫米
36—60周歲 1445~1683毫米
平均身高：
18—60周歲 1449~1697毫米
成年男性臂長：
18—25周歲 279~350毫米
26—35周歲 280~349毫米
36—60周歲 278~348毫米
平均臂長：
18—60周歲 279~349毫米
成年女性臂長：
18—25周歲 253~319毫米
26—35周歲 253~320毫米
36—60周歲 251~317毫米
平均臂長：
18—60周歲 252~319毫米
立姿工作崗位工作高度：
男性：
950~1050~1150毫米
1050~1200~1300毫米
女性：
850~950~1050毫米
1000~1100~1200毫米
綜合以上因素，設(shè)計(jì)推桿機(jī)支架的尺寸，并且根據(jù)不同性別和不同年齡將推桿的高度和傾斜角度設(shè)計(jì)成可以調(diào)節(jié)的。站立工作時(shí)操作的有關(guān)尺寸，以及人體需要的可能活動空間.
由《人機(jī)工程手冊》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170 cm左右。因此，推桿距地面的高度取為1000毫米,且可在850~1300毫米之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。
設(shè)計(jì)原則：工作場地的高度取決于作用力、操作者的身高、操作者操作物件的尺寸、以及視野范圍。
A：精密工作，靠肘支撐工作。（設(shè)計(jì)尺寸針對男性：105~115毫米 針對女性：100~110毫米）
B：虎鉗固定在工作臺上的高度：113毫米
C：輕手工工作。（男性：95~100毫米 女性：90~95毫米）
D：用勁大的工作。（男性：80~95毫米 女性：75~90毫米）
本設(shè)計(jì)屬于D范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)。
又因?yàn)樵摳畈輽C(jī)是手推式的，動力來源于人的行走以及推力。應(yīng)考慮到其結(jié)構(gòu)尺寸方面的因素，因而行走輪直徑不宜過大。其旋刀刀尖速度要求達(dá)到71~97 m/s，在這個(gè)速度范圍能使選到旋轉(zhuǎn)引起的噪聲降到比較合理的水平，并能正常工作。
如果輪子直徑過大，將會使機(jī)具底盤抬高，影響整機(jī)的協(xié)調(diào)性，如果輪子直徑過小,則推行比較費(fèi)力,不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,要滿足人的推力在200 N左右都能推動這部割草機(jī)才行。
初步選取外輪直徑D=80 mm,
由《人機(jī)工程手冊》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170 cm左右。因此，推桿距地面的高度取為100 cm，且可在100~140cm之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。
功率消耗計(jì)算
本設(shè)計(jì)割草機(jī)的功率消耗為割草作業(yè)的功率消耗，行走動力由人提供，不列入計(jì)算。旋刀式割草機(jī)在平坦地面上的割草消耗功率計(jì)算公式為，
式中 —機(jī)器前進(jìn)速度（m/s）；
B —機(jī)器割副（m）；
—切割每平方米面積的莖干所需的功率，一般取=200~300。
割草機(jī)所需功率為。
則選用1.5馬力的發(fā)動機(jī)。
由以上分析確定割草機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)：
割草機(jī)的整體寬度：495mm；
割草機(jī)的割幅：400mm；
割草高度：25~80mm；
旋刀寬度：B=58mm；
旋刀厚度：l=3mm；
機(jī)架離地高度：h=200mm；
發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速：n=3600r/min；
旋刀的轉(zhuǎn)速：n=3600r/min=75.4m/s；
旋刀的刀尖速度：v=71~97m/s；
切割速度介于71~97ms之間，合適；
人的持續(xù)推力為15~20kg，取F=200N；
則p=Fv=200×0.8=0.16；
集草類型：就地灑落。
選取HONDA本田GX35汽油機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表2-1所示：
3 旋刀式割草機(jī)主要部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1割草機(jī)工作部分設(shè)計(jì)
圖3-1刀組結(jié)構(gòu)圖
表2-1 本田GX35汽油機(jī)技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目
技術(shù)參數(shù)
汽油機(jī)型號
GX35
汽油機(jī)型式
單缸、四沖程
氣缸直徑（mm）
39.0
活塞直徑（mm）
30.0
排量（mL）
31
標(biāo)定轉(zhuǎn)速(r/min)
3600
最大功率（ps）
1.5
旋轉(zhuǎn)方向
逆時(shí)針方向（面向輸出軸）
化油器型式
膜片式
點(diǎn)火系統(tǒng)
晶體化，無觸點(diǎn)
火花塞編號
GMR5H(NGK)
起動方式
手拉反沖起動
外形尺寸（長×寬×高）（mm）
198×234×240
調(diào)速器型式
離心重錘式
燃油箱容量（L）
1
凈重（kg）
3.4(無離合器)
如圖3-1所示：旋刀通過螺紋圓柱銷定位用螺母固定在工作軸上，工作軸通過花鍵與發(fā)動機(jī)輸出軸連接，軸向定位在軸上開兩個(gè)11 mm深的孔用螺紋圓柱銷定位。工作部件由一組這樣的機(jī)構(gòu)構(gòu)成，旋刀可以隨時(shí)更換。
3.1.1 旋刀的設(shè)計(jì)
圖3-1旋刀
圖3-2旋刀結(jié)構(gòu)圖
旋刀的結(jié)構(gòu)圖如圖3-2，材料是65Mn鋼，等溫淬火后硬度為42~50HRC，,。
3.1.2 傳動軸的設(shè)計(jì)
材料是合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28HRC，,
，,軸上一端為內(nèi)花鍵，結(jié)構(gòu)如圖3-3。
圖3-3傳動軸圖
（1）軸徑的初步計(jì)算
根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件 ,式中：
——扭轉(zhuǎn)相應(yīng)切力，；
——軸所受的扭矩，；
——軸的抗扭截面系數(shù)，；
——軸的轉(zhuǎn)速，；
——軸傳遞的功率，；
——計(jì)算截面處軸的直徑，。
已知。其中，
得，
對于空心軸，，式中為空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取=0.5~0.6。
已知P =1.25，n=3600 r/min，軸的材料選用 40MnB， 。
將其代入式中，得實(shí)心軸軸徑；
空心軸軸徑。
故輸出軸的實(shí)心部分最小軸徑要大于7.73mm，空心部分最小軸徑要大于7.90mm，
（2） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3-4傳動結(jié)構(gòu)軸
傳動軸的結(jié)構(gòu)簡圖如上圖3-4，一有內(nèi)花鍵，另一端直接與發(fā)動機(jī)的輸出軸相連；通過花鍵連接將動力傳導(dǎo)至工作軸。
3.1.3 工作軸的設(shè)計(jì)
材料是合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28HRC，,
，,軸上一端為外花鍵，結(jié)構(gòu)如下圖3-5。
圖3-5工作軸
軸徑的初步計(jì)算同上，工作軸最小軸徑要大于7.90mm。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3-6工作軸結(jié)構(gòu)圖
傳動軸的結(jié)構(gòu)簡圖如上圖3-6，一端有加工有外花鍵，與傳動軸相連，另一端連接旋刀，帶動旋刀進(jìn)行割草作業(yè)。
3.1.4傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
傳動軸和工作軸通過花鍵連接，以此調(diào)整旋刀離地的高度，實(shí)現(xiàn)對割草高度的調(diào)節(jié)。
圖3-7傳動機(jī)構(gòu)
3.2推桿的設(shè)計(jì)
材料是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的鋼管，有推桿和推桿套兩部分組成，可伸縮滿足不同身高的人對割草機(jī)的操縱，結(jié)構(gòu)如下3-8。
圖3-8推桿結(jié)構(gòu)圖
3.3機(jī)架的設(shè)計(jì)
3.3.1萬向輪的設(shè)計(jì)
割草機(jī)的行走輪，采用工業(yè)腳輪和工業(yè)車輪的設(shè)計(jì)理念，充分考慮割草機(jī)低速行駛的特點(diǎn)，行走輪材料采用聚甲醛POM，材料選擇依據(jù)：聚甲醛耐磨性和剛性高于尼龍，尤其是彈性模量高、硬度高，這事其他塑料所不能比的；聚甲醛自潤滑性能好，耐磨性好，摩擦因數(shù)為0.15~0.35，極限值為；聚甲醛有較小的蠕變性和吸濕性，故其尺寸穩(wěn)定性好；長期使用溫度為-40～100℃；用聚四氟乙烯填充的聚甲醛，可顯著降低米擦因數(shù)，提高耐磨性極限值。因此聚甲醛聚甲醛常被用來制作相對強(qiáng)度有一定要求的一般結(jié)構(gòu)零件，適用于在輕載荷、霧潤滑或少潤滑條件下工作的各種耐磨受力傳動零件，以及制作間摩擦自潤滑零件。
走輪的大小尺寸應(yīng)與割草機(jī)的整體形狀和尺寸緊緊相連。根據(jù)機(jī)具整體設(shè)計(jì)方案并參考GB/T 14688-1993等相關(guān)國標(biāo)數(shù)據(jù)，割草機(jī)的前輪采用萬向輪，以方便割草機(jī)的轉(zhuǎn)向，以實(shí)現(xiàn)機(jī)動靈活的割草作業(yè)，后輪采用腳輪形式。
萬向輪的外徑是，其具體形狀參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中工業(yè)腳輪的形狀和尺寸。結(jié)構(gòu)采用萬向輪支架裝配，萬向輪支架材料選用HT200，并將支架焊接在割草機(jī)機(jī)架上。由公式得：外輪的轉(zhuǎn)速
萬向輪結(jié)構(gòu)如圖3-9。
圖3-9萬向輪結(jié)構(gòu)圖
3.3.2 腳輪的設(shè)計(jì)
輪子材料是聚甲醛POM，支架材料為HT200，由于萬向輪和腳輪的支架結(jié)構(gòu)尺寸不相同，為了是機(jī)架在平地上保持水平，取腳輪的外徑為170mm，其具體形狀參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中工業(yè)車輪的形狀和尺寸。結(jié)構(gòu)采用腳輪支架裝配，同樣焊接在割草機(jī)底部底部。結(jié)構(gòu)如圖3-10。
圖3-10腳輪結(jié)構(gòu)圖
3.3.3 機(jī)架的設(shè)計(jì)
（1）機(jī)架材料是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345做成的結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼，由下機(jī)架和上機(jī)架兩部分組成，可通過調(diào)節(jié)銷軸實(shí)現(xiàn)對機(jī)架高度的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對旋刀離地高度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對割草高度的調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)如下3-11。
圖3-11機(jī)架結(jié)構(gòu)圖
（2）銷軸的選擇
銷主要分為用于固定零件之間相對位置的定位銷，用于連接的連接銷和用于安全裝置中的過載剪斷元件的安全銷。本設(shè)計(jì)中上機(jī)架和下機(jī)架的鉸接處用銷軸連接。銷軸材料選用35鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為28~38HRC，表面氧化。根據(jù)具體的情況要求以及方便操作的要求，選用銷軸（GB/T 882-2000），開口銷（GB/T 91-2000）?？紤]到割草機(jī)工作時(shí)對銷軸有一些沖擊，故取許用剪切應(yīng)力，許用壓應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度。
發(fā)動機(jī)的質(zhì)量為3.4kg,燃油箱容量為1L，裝滿燃油時(shí)燃油質(zhì)量為0.725kg，上機(jī)架材料采用16Mn。其質(zhì)量為1.6kg。故作用在每個(gè)銷軸上的力為
銷軸工作面的擠壓應(yīng)力 ，
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
銷軸的剪切應(yīng)力 。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
銷軸的彎曲應(yīng)力 。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
3.4.4刀殼的設(shè)計(jì)
外殼材料選用HT100，選用依據(jù)是HT100有一定的強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度非常高，有良好的吸振性、減振性和潤滑性，有良好的切削加工性與鑄造性，可用于制造外罩、手把等形狀簡單、對強(qiáng)度無要求的零件。
圖3-12外殼結(jié)構(gòu)圖
外殼的外形上方下圓，外殼的頂部有四個(gè)孔，可使用螺釘將其固定在機(jī)架底部。起到安全防護(hù)和收集草屑的作用。在外殼的一端有延伸的排草口。因?yàn)樾督Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，在兩端有刃口和翼片，當(dāng)旋刀旋轉(zhuǎn)割草作業(yè)時(shí)，翼片可將刀殼內(nèi)的空氣排出，這時(shí)刀殼內(nèi)形成負(fù)壓，當(dāng)草長的較高，割草機(jī)前進(jìn)時(shí)，刀殼前部下緣會把草按倒；當(dāng)草長得茂盛而發(fā)生倒伏時(shí)，刀殼外的空氣刀殼內(nèi)時(shí)，可對倒伏的草起到提升的作用。翼片旋轉(zhuǎn)形成的氣流可將刀刃切下的草屑懸浮到氣流中，經(jīng)排草口排除刀殼，就地灑落。從而避免出現(xiàn)草屑在刀殼內(nèi)堵塞的現(xiàn)象。
4 旋刀式割草機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算
本次設(shè)計(jì)的手推旋刀式割草機(jī)的傳動部分采用花鍵連接的軸組成。當(dāng)發(fā)動機(jī)工作使得輸出軸轉(zhuǎn)動時(shí)，通過花鍵連接的工作軸旋轉(zhuǎn)，使得旋刀也一起轉(zhuǎn)動，通過旋刀的高速旋轉(zhuǎn)動作，將草坪上多余高度的草割斷。
4.1動力傳遞方案
動力傳動方案如圖4-1所示：
圖4-1動力傳動方案
4.2傳動比的計(jì)算
電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為3600r/min，用n表示，旋耕刀的轉(zhuǎn)速為 3600 r/min，用表示，則割草機(jī)的傳動比。
4.3傳動系統(tǒng)計(jì)算與工作軸設(shè)計(jì)
割草機(jī)的傳動軸和輸出軸之間用花鍵連接，花鍵連接有外花鍵和內(nèi)花鍵組成，花鍵連接具有受力均勻、可承受較大載荷、對中性好、導(dǎo)向性好等特點(diǎn)，花鍵連接的齒數(shù)尺寸、配合等均按標(biāo)準(zhǔn)選取。本設(shè)計(jì)采用定心精度越高，定心的穩(wěn)定性好的矩形花鍵，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。
4.3.1載荷計(jì)算
輸入轉(zhuǎn)矩
名義切向力
單位載荷
4.3.2齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
齒面壓應(yīng)力
取。
齒面許用壓應(yīng)力
。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
4.3.3齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
齒根彎曲應(yīng)力,取,
。
齒根許用彎曲應(yīng)力
。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
4.3.4齒根剪切強(qiáng)度計(jì)算
。
應(yīng)力集中系數(shù)
剪切應(yīng)力 。
齒根最大剪切應(yīng)力 。
許用剪切應(yīng)力 。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
4.3.5齒面耐磨能力計(jì)算
齒面壓應(yīng)力
齒面磨損許用壓應(yīng)力。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
花鍵副長期工作無磨損時(shí)耐磨損能力計(jì)算
齒面壓應(yīng)力
齒面磨損許用壓應(yīng)力（查表5-3-38）。
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
外花鍵的扭轉(zhuǎn)與彎曲強(qiáng)度計(jì)算
彎矩，
彎曲應(yīng)力 。
當(dāng)量應(yīng)力 。
許用壓應(yīng)力
計(jì)算結(jié)果：的強(qiáng)度條件，安全。
5主要部件的強(qiáng)度分析
軸的校核
對工作軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算
對工作軸進(jìn)行受力分析，其受力分析圖如下：軸材料選用合金結(jié)構(gòu)鋼40MnB。,，。
圖5-1工作軸的受力圖
圖5-2工作軸扭矩圖
工作軸所受扭矩 ，
軸的扭轉(zhuǎn)變形角用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示，階梯軸的扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式為
。
式中：——階梯軸第i段上所受的扭矩，。
——軸的材料的剪切彈性模量，，對于鋼材，。
——階梯軸第i段幾面的極慣性矩，，對于圓軸，。
——階梯軸第i段的長度，。
——階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。
工作軸的扭轉(zhuǎn)角為
。
軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為，為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用場合有關(guān)。對于一般傳動軸，可取；對于精密傳動軸，可取；對于精度要求不高的軸，。在割草機(jī)工作軸的傳動中，因?yàn)槭且话銈鲃?，所以取?
計(jì)算結(jié)果：滿足強(qiáng)度條件，安全。
6總結(jié)
（1）本文分析了目前國內(nèi)外草坪割草機(jī)械的現(xiàn)狀及存在問題，研究了普通草坪的物理狀況，為旋刀式割草機(jī)參數(shù)提供依據(jù)。
（2）針對當(dāng)前國內(nèi)草坪面積不大卻形狀各異、要求割草靈活方便的問題，結(jié)合草坪修剪及方便實(shí)用和農(nóng)藝特點(diǎn)，吸收了JUS-420旋刀式剪草機(jī)及其它經(jīng)典機(jī)型的設(shè)計(jì)理念，提出旋刀式割草機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路。
（3）在整機(jī)設(shè)計(jì)中，以汽油發(fā)動機(jī)作為動力，體積小、成本低、工作可靠、。采用裝配式機(jī)架，汽油發(fā)動機(jī)輸出動力帶動旋刀工作，發(fā)動機(jī)固定在機(jī)架上方，使整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊又可根據(jù)不同工作環(huán)境以及工作要求調(diào)整機(jī)架。行走輪與機(jī)架直接固定，通過操向桿實(shí)行轉(zhuǎn)向。其他零部件經(jīng)過計(jì)算校核后，盡可能采用通用件或標(biāo)準(zhǔn)件，體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、操作簡易、維護(hù)簡單、成本低廉的設(shè)計(jì)原則。
致 謝
對于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，首先感謝母校塔里木大學(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機(jī)會，使我學(xué)到了許多新的知識、知道了知識的可貴與獲取知識的辛勤。
承蒙范修文老師的耐心指導(dǎo)，我順利地完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此深深感謝我的老師給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助,表現(xiàn)了他對工作高度負(fù)責(zé)的精神，同時(shí)也感謝給我?guī)А懂嫹◣缀巍返睦钇嚼蠋煟稒C(jī)械設(shè)計(jì)》的張涵老師，《互換性與測量技術(shù)》的馬少輝老師，《先進(jìn)制造技術(shù)》的張宏老師，沒有這些課程做基礎(chǔ)，是無法完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，感謝你們！同時(shí)在Solidwork三維繪圖中，感謝范修文老師提出的寶貴意見。
在我的設(shè)計(jì)過程中，還得到了眾多同學(xué)的支持和幫助，在此，我對這些同學(xué)表示我衷心的感謝和永遠(yuǎn)的祝福！
對于這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，還有許多美好的設(shè)想由于時(shí)間和自身因素?zé)o法得以實(shí)現(xiàn)，這不能不說是本次設(shè)計(jì)的遺憾之處。不過，至少它啟發(fā)了我的的思維，提高了我的動手能力，豐富了我為人處世的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步鞏固了所學(xué)知識，這為我在以后的學(xué)習(xí)過程當(dāng)中奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 。也為以后在自己的工作崗位上發(fā)揮才能奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
最后，再一次衷心的感謝贈與我知識、給予我?guī)椭乃欣蠋?，你們傳遞的知識使我受用一生，你們的恩情我會銘記一生！雖然說謝謝二字不足以表達(dá)我的感情，但是仍然對你們說聲“謝謝”，“桃李不言，下子成溪”！
參 考 文 獻(xiàn)
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