人力手推式草坪割草机设计

1、学校代码： 学 士 学 位 论 文人力手推式草坪割草机设计姓 名：学 号：指导教师：学 院：机电工程学院专 业：机械设计制造及其自动化完成日期：2015年 5月20日全套需要联系qq：591689083 学 士 学 位 论 文人力手推式草坪割草机设计 姓 名：学 号：指导教师：学 院：机电工程学院专 业：机械设计制造及其自动化完成日期：2015年 5月 20日摘 要随着经济的发展和社会的进步，人们对自己生活环境的质量要求越来越高，环境的保护也越来越得到广大人民的重视。与此同时，草坪业得到了巨大的发展，草坪机械也因此得到了快速的发展。通过调研，决定设计一种由人力驱动，无噪声污染，剪草高度可调节，

2、轻便简洁，操作方便并且适用于一般家庭用户的草坪割草机械。此款割草机全部利用机械传动的方式由割草机轮子的转动通过直齿轮传动、链传动和锥齿轮传动最终带动刀具的旋转，来达到割草的目的。其中主要对车架、直齿轮、锥齿轮、链轮以及承载它们的轴进行了设计与选择。并对割草机主要零部件进行绘制和进行装配最终形成割草机整体。关键词：切割机；人工方式；无污染；机械传动AbstractWith the development of economy and the progress of the society,people to own quality of the living environment of the

3、 demand is higher and higher,the protection of the environment is becoming more and more get the attention of the masses of the people.Lawn industry obtained the huge development ,at the same time,the lawn machinery also got rapid development.Through research,I decided to design a driven by the huma

4、n,no noise pollution,mowing height can be adjusted freely,lightweight,easy to operate and applicable to general home users of lawn mowing machine.The mower with mechanical transmission by mower wheel rotation through the straight gear drive,chain drive,and bevel gear transmission ultimately drives t

5、he cutter rotation,to cut the grass.One of the main frame,on the spur gear,bevel gear,sprocket and bearing their shaft design.And the main parts of the mower are drawn,and eventually formed the whole mower assembly.Key words:Cutting machine;Artificial way;No pollution;Mechanical transmissionii 目 录第1

6、章 前言11.1 设计背景11.2 行业发展现状和趋势11.3 设计目的和意义2第2章 设计方案分析32.1 Solidworks在割草机中的应用32.2 设计的基本要求32.3 切割器的方案选择42.3.1 方案一42.3.2 方案二4第3章 原理分析和传动设计53.1 功能分析和原理设计53.2 设计要求53.3 传动机构53.3.1 驱动方式的选择53.3.2 传递机构的组成6第4章 关键零部件的设计与选择74.1 直齿轮的设计74.2 链轮的设计114.3 轴的设计144.3.1 轴 I的设计144.3.2 轴II的设计164.3.3 轴III的设计174.3.4 轴IV的设计184.

7、4 锥齿轮的设计184.5 刀具的选择224.6 轴承校核23第5章 其它部件选择与设计255.1 后轮的设计255.2 前轮的设计255.3 整机的三维装配图26第6章 设计总结27附 录28参考文献30致 谢31II人力手推式草坪割草机设计第1章 前言1.1 设计背景草坪机械随着草坪的出现而出现，随着草坪的发展而发展。在割草机诞生之前，人们通过放牧牛羊来保持草地的平整，镰刀也成为修剪草坪的重要工具；1805年，英国人普拉克内特发明了第一台切割杂草的机械，由人力推动，并通过齿轮传动带动旋刀割草，这就是旋刀割草机的雏形；1830年，英国纺织工程师比尔布丁获得了滚筒割草机的专利1；1832年，兰

8、赛姆斯农机公司开始大批量生产滚筒割草机；1902年，英国人伦敦恩斯研发了内燃机作动力的滚筒式割草机，其原理至今仍在使用。在西方发达国家，20世纪初期，割草机就得到了迅速的发展。中国草坪机械设备的发展始于20世纪70年代末期，发展较为缓慢，直到90年代中期才有较大的进展。国内有部分林业机械厂开始生产草坪机械，并且部分开始出口，但直到21世纪初期，从欧美等国进口的草坪机械仍占主导地位，经销国外草坪机械的公司大量涌现，并且形成了全国性的经销网络2。1.2 行业发展现状和趋势首台割草机的制造产生已经大约经过200年的时间了，现在用于草坪的机械已经发展到几十个品种，并且适用于不同的场合。我国的割草机产业

9、起步较晚，生产规模小，产品用途比较单一，因此割草机械均以进口为主。根据统计得知，到1999年底，我国的园林机械约为10万台，割草机的销售量保持在3万台左右，其中的80%为进口。我国割草机的进口主要来自于美国、日本、意大利等发达国家，其价格在0.38万元到5.8万元不等。改革开放以来，我国草坪业由兴起到飞速发展，仅仅30多年的时间，却为草坪机械业带来了勃勃生机3。割草机械出现畅销势头的主要原因：一是草原生态建设和退耕还草的快速发展；二是国家对绿化投资的加大。现代割草机械多在人口稠密地区作业，流动性较大。因此对机械的震动、噪声、废气排放、质量等指标要求都比较高。现在的割草机械多使用内燃机作动力，其

10、噪声危害很大。美国EPA（美国环境保护局）及欧盟对割草机等发动机的排放标准均有法规；德国出台了控制噪声污染的蓝色天使法规。1.3 设计目的和意义目前市场上的割草机大多需要动力引擎，会产生较大的噪声，同时带来环境污染。在办公、学习、休息的场所，这些割草机非常不受欢迎。本着节能、环保、健身的宗旨，针对市场需求，经过多方调研，综合现有市场销售割草机的优缺点，设计了此款新型割草机。该割草机由人力驱动，具有不需要能源、无噪声、无污染、结构简单等优点。随着人们生活水平的提高和家庭式草坪的增加，该类型人力驱动草坪割草机将拥有更加广阔的市场，并将成为对庭院式草坪进行修剪的理想工具4。第2章 设计方案分析2.1

11、 Solidworks在割草机中的应用Solidworks简介Solidworks为达索系统(Dassault Systemes S.A)下的子公司，专门负责研发和销售机械设计软件的产品。达索公司负责系统性的软件供应需求，并且为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。本软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。良好的财务状况和广大用户支持使Solidworks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉5。此款软件具有功能强大、易学易用和技术创新等特点，这使其成为主流的三维CAD解决方案。 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误来提高产品质量6。配置

12、管理是Solidworks软件体系结构中非常独特的一部分，它涉及到零件设计、装配设计和工程图7。配置管理使得你能在CAD文档中，通过对不同参数的变换组合，派生出不同的零件或装配体。它提供了基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、特征、阵列等操作来实现产品的设计。通过对特征和草图的修改，用拖拽的方式实现实时设计修改。 三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径8，或为管道、线和管线生成路径。在割草机的设计过程中，借助本软件绘制零部件，并将其进行调整调试，最后完成装配。2.2 设计的基本要求 无论是哪一种割草机对草坪修剪的要求基本上都是一致的： 1.割草高度可根据要求调整。 2.割草整齐、平整。 3

13、.对地形适应能力强。 4.割草机对草坪碾压轻，伤害较少。5.割草机质量好，故障少。6.割草机易于操作，轻便灵活，维修方便，易于更换零部件。 7.正确掌握修剪草坪的最佳时间并且制定科学的修剪高度和频率。2.3 切割器的方案选择 切割器是割草机重要的部件之一，它的功能是将草茎切断。目前，广泛使用的割草机的刀具形式主要有：往复式、回转式、甩刀式、带式等。2.3.1 方案一往复式切割器是目前国内外稻麦收割机上应用最广的切割器9，现基本标准化。它由往复运动的割刀和固定不动的支撑部件组成。工作时，割刀作直线往复运动，割刀在运动中将草茎推向定刀进行切割。其作业速度低，往复惯性大，割台震动和噪声大。为了解决往

14、复式切割器惯性力较大的问题，日本久保田稻麦收割机将刀杆分为两段，采用两个曲柄连杆机构双边驱动10，两刀杆运动方向相反，可抵消部分惯性力。2.3.2 方案二回转式切割器主要用于收获牧草、青饲料等作物。回转式切割器具有惯性力易平衡，振动小，结构简单等特点。在小型水稻切割机上，多采用单盘和多盘式。在甘蔗收割机上多采用梯形或矩形刀片的单盘或双盘式。第3章 原理分析和传动设计3.1 功能分析和原理设计人力手推式草坪割草机适用于小范围草坪的切割、护理。并且可以通过对前轮的调节控制割草高度。此款机械采用人力驱动，由割草机车轮的转动经由齿轮传动等方式带动刀具进行回转运动，完成对草坪的修整。3.2 设计要求1.

15、铸件不得有气孔、夹渣、裂纹等缺陷。2.未注明铸件圆角为R1R2.5。3.去毛刺,倒角。4.未标注形状公差符合GB1184-80的要求。5.未标注长度尺寸允许偏差。6.规定拧紧力矩要求的紧固件，需采用力矩扳手，按规定的拧紧力矩紧固11。3.3 传动机构能够实现人力手推式草坪割草机割草功能的技术原理很多，但各有利弊，具体分析如下。3.3.1 驱动方式的选择1. 脚驱动 用脚驱动时，操作者一般有都需要站在或坐在割草机上进行操作，因此割草机除了需要完成割草动作外，还需承受操作者的自重，并且还要有方向控制，使的机器结构复杂、尺寸也较大，因此不适合小面积草坪的使用。2. 手驱动 用手驱动时可以避免用脚驱动

16、存在的一些问题，使得割草机小巧，灵活。因此选择设计手动式割草机。手动驱动又有摇动式和推动式。机械较容易实现的是简单的转动，如果采用摇动式，由于割草机还要由人力推着向前行进，操作者要完成的动作较多，操作极不方便。操作者要想仅通过简单的操作即可完成割草动作，可以由手推动割草机械向前行进，通过机械轮子的转动带动刀具的旋转运动来完成割草工作。显然易见，设计成手推式草坪割草机是合理可行的。3.3.2 传递机构的组成为了在正常行走速度下操作，传递机构传递出去的力应通过增速机构传递给执行机构。由于转换机构运动输入构件是定轴转动，因此割草机动力输入构件轮子和执行构件之间可以采用链传动。为了使设计的割草机结构紧

17、凑，采用齿轮传动。由于齿轮传动传动比不能太大，增速不明显，所以可采用直齿轮加链轮传动的组合方案。由于刀具旋转方向与割草机传力机构旋转方向垂直，因此采用锥齿轮调节，也可进一步扩大传动系统的传动比。机构组成方案如下图所示12。图3-1 割草机机构组成方案第4章 关键零部件的设计与选择4.1 直齿轮的设计 4.2 链轮的设计4.3 轴的设计4.3.3 轴III的设计 图4- 7 轴III4.3.4 轴IV的设计4.4 锥齿轮的设计 4.5 刀具的选择4.6 轴承校核 根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承两大类，滚动轴承摩擦系数小，已经标准化，选用、润滑和维护都很方便，因此

18、在一般机器中应用较广，而本机构中轴承的主要作用是依靠元件间的滚动接触来支撑转动的，与滚动轴承的作用一致，所以选用滚动轴承。对于滚动轴承可分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承三大类，割草机轴承主要承受径向载荷，同时也承受较小的轴向载荷，最佳选择为深沟球轴承20。并且，本轴承大量生产，价格较低。根据各个轴承的特点以及选用原则，可以确定初步选定的型号为6004深沟球轴承满足要求。其结构如下图所示。图4- 12 轴承由于轴IV所承载的载荷最大，且轴IV的转速最大，故轴IV上的轴承最危险。若此轴承寿命满足要求，则其它轴承亦可满足要求。所选6004深沟球轴承的基本额定动载荷C为9.38kN假设链传动的效率

19、为0.9。 (4-6) 显然，轴承寿命满足要求。第5章 其它部件选择与设计5.1 后轮的设计割草机后轮由内轮和轮胎构成，内轮根据要求选择45号钢。轮胎不仅与内齿轮形成配合，同时也与地面形成运动关系，因此轮胎应与割草机整体之间紧密相连。轮胎的外径设计为430mm，转速约为0.64r/s。后轮结构如下图所示。图5-1 后轮5.2 前轮的设计 根据实际生产需要21和成本考虑选择前轮直径是140 mm，轮宽是30mm，割草高度可以通过调节前轮安装高度进行小范围的调节，前轮结构如下图所示。图5-2 前轮5.3 整机的三维装配图 图5-3 割草机三维图第6章 设计总结人力手推式草坪割草机的新颖之处在于由人

20、力驱动，并非市面上大多数割草机由汽油机驱动，此款割草机通过直齿轮、链轮和锥齿轮等一系列机械之间的相互配合运动最终带动刀具的旋转，来达到割草的目的。通过调节前轮的安装高度能够有效对割草高度进行设定，调节范围为0100mm，并且由于割草机四轮着地更加稳定，因此切割效果更加平整。割草机两支架之间的距离为460mm，可以根据需要更换不同尺寸的刀具来改变切割面积。后轮直径设计为430mm，能够极大的减少割草机工作时的推力。割草机由于由人力驱动在有效地完成割草的任务同时也能够为人们提供一个舒适的生活环境，减少噪声污染，为环境保护做出了一定的贡献。此款割草机结构简单，零件较多为标准件，极大降低了成本。全文对

21、人力手推式草坪割草机的结构作了详细分析，并通过仿真运动及理论计算最终确定此款割草机能够确实可行。附 录 图1 轴I 图2 轴II 图3 轴III 图4 轴IV 图5 车架参考文献1孙吉雄. 草坪学M.北京. 中国农业出版社，1993. 2胡中华，刘师汉. 草坪与地被植物M.北京. 中国林业出版社，2009. 3徐秀英. 小型牧草收获机械的设计D. 南京农业大学，2004. 4张洪丽，张建华. 环境节能草坪修剪机的研发J. 安徽农业科学，2009. 5陈毅. 基于SolidWorks二次开发的齿轮参数化系统设计J. 机械制造与自动化,2009.6田文涛,贺小华. SolidWorks二次开发与应用J. 计算机工程与科学,2009. 7平功辉,杨关良,欧阳清. 利用VB对SolidWorks的二次开发J. 机械设计与制造,2006 .8王晓丽,季忠. SolidWorks的二次开发方法比较J. 现代制造技术与装备,2006 .9东北农学院主编. 畜牧业机械化M.北京农业出版社，1980.10