背负式小型机动除草机设计

1、1目 录摘要1关键词11 绪论21.1 除草机的发展历史21.2 我国除草机的发展21.3 背负式除草机的使用32 除草机概述322.1 除草机的分类32.2 除草机除草的基本要求42.3 背负式除草机的结构特点和技术参数42.3.1 除草机的结构特点42.3.2 除草机的技术参数42.4 除草机的结构与工作原理42.4.1 除草机的结构52.4.2 除草机的工作原理53 除草机的总体方案设计和动力机的选择363.1 总体方案设计63.2 动力机的选择74 除草机传动部分设计74.1 齿轮传动的类型74.2 齿轮的材料选择及其热处理74.3 齿轮精度的选择84.4 按齿根弯曲疲劳强度进行设计8

2、5 除草机除草机构的设计1045.1 刀片材料的选择105.2 刀片的设计115.3 刀片的受力分析115.4 刀片的尺寸计算126 轴的设计136.1 轴的概述136.2 轴的设计136.3 轴的材料选择146.4 长轴的校核5146.5 软轴的设计157 轴承的选择167.1 轴承选型167.2 轴承的校核168 除草机进行中耕的设计188.1 结构方案的确定188.2 动力的初步选择188.3 重要零件设计1868.3.1 刀片类型的选择188.3.2 刀片正切面的设计199 总结19参考文献20致谢20附录217背负式小型机动除草机设计背负式小型机动除草机设计摘 要：除草机是农、牧、园

3、艺和园林等行业必备的一种常用机械, 传统的田间除草是人工手用锄头除草，劳动强度大、生产效率低；手用化学的方式除草，对土壤及作物有副作用。为此,在研究我国广泛应用的一些除草机技术的基础上,设计了简单实用的背负式小型机动除草机,其特点是结构简单、轻便、工作头前伸和支架高度可调，不仅能除草还能进行中耕;本文介绍了:背负式小型机动除草机的总体结构、工作原理、电机选择及传动比的计算相关机构的校核。关键词:除草机; 背负式;工作头Design of Knapsack Weeding MachineAbstract：Weeding machine is a common machine used in ag

4、ricultural, animal husbandry, gardening and landscaping and other industries, the traditional field weeding is the artificial hand hoe weeding, large labor intensity, low production efficiency , is even more difficult; hand with chemical way of weeding, on Soil and crop have side effects. Therefore,

5、 in our study the widely used some weeding machine based on the technology of design, a simple and practical type of small powered weeding machine, which is c0haracterized by simple structure, handiness, working head extension and the height of the bracket is adjustable, but also can not only weedin

6、g cultivation; This paper introduces: knapsack small powered weeding machine the overall structure, working principle, motor selection and calculation of the transmission ratio related to body check.Key words: weeding machine; working head 1 绪论1.1 除草机的发展历史在除草机问世之前，草坪的修剪主要工具是镰刀，放牧牛羊也是保持草地平整的8重要方法。随着高

7、尔夫球、网球及足球等运动的兴起，人们拥有平整美观的草地做运动场地的要求越来越迫切。1805 年英国人普拉克内特发明了第一台收割谷物并能切割杂草的机器，由人推动机器，通过齿轮传动带动旋刀除草，这就是旋刀除草机的雏形。1830 年，英国纺织工程师比尔.布丁取得了滚筒除草机的专利，1832 年兰赛姆斯农机公司开始批量生产滚筒出草机，1902 年英国人伦敦恩斯制造了内燃机做动力的滚筒式除草机，其原理至今还在使用。在西方发达国家，20 世纪初期，除草机就得到了快速的发展。我国目前生产的除草机以刀具类型可分为滚刀式和旋刀式两大类。滚刀式除草机由带有刀片的滚筒和和不动的床刀组成。它较旋刀式除草机有更好的修剪

8、质量，是高质量草坪最常用的除草机型。适用于草高 3-80 毫米的草坪，其问题主要是价格贵，维修保养要求严格。而旋刀式除草机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，它适合于在 25-80 毫米范围内的剪草。由于其价格低廉，保养、维修方便、使用灵活，只要将刀片磨快，剪草效果还是可以的。因此，一般要求的草坪都选用它，成为目前国内外最流行的除草机。以动力划分可以分为机动和人推两类。人推的主要是滚刀式，小巧灵活，适于家庭庭院中小型草坪使用。机动的又分为柴油机、汽油机和电动机三类驱动。其中以小型汽油机作为动力的较为普遍，而柴油机多用于大型的除草机械，如牧场的除草机。1.2 我国除草机的发展据

9、调查，国内生产除草机的厂家大约有50家左右。多数为园艺系统的公司以及转产除草机的机械厂。市场上草坪修剪机的品牌很多，有进口的产品，也有国内制造和中外合资的，从功率2.6-1.2千瓦，剪幅从43.2-127厘米。国内的生产厂家主要有：中美合资江苏淮阴泛亚园林机械有限公司，生产立特牌-NEAT 草坪除草机，占国内市场的 50%，现年产 5000 台。目前正着手进行年产 5 万台除草机的技术改造，其动力选用日本本田发动机。南通机床厂为转产生产除草机的厂家。其产品为地草王系列产品；56 厘米自走式草坪除草机（4.5 千瓦） ，84 厘米随进式除草机（7.8 千瓦） ，84 厘米电启动式除草机（7.8

10、千瓦） ，122 厘米坐骑式除草机（13.4 千瓦） 。该厂生产除发动机以外的零部件，发动机多选用美国产品，1999 年已经有产品出口美国。山东省莱州市仲院宇峰铡草机厂研制出全新微型电动铡草机，该机以 0.75-1.1kW 单相照明电为动力，无电地区或停电时用 165、175、180 等型号柴油机为动力，适宜铡切玉米秸、麦秸、稻草及青贮饲料，每小时铡草量 300-400kg，切草长度为91.5-2cm。整机结构紧凑，体积小，重量轻，全机重仅 32kg，移动方便，并具有切碎均匀、出料顺畅、扬程远、噪音低等特点。目前，我国已经研制开发出来草坪除草机试验台，草坪除草机为现代城市绿化的重要设备，目前市

11、场上国产的机器均有一定的市场，但质量参差不齐。对于草坪除草机的安全指标，仅有检测方法，没有现成的撞击试验专用设备。为了对其进行科学的测试，北京市农机试验鉴定推广站研制成功草坪除草机专用试验台。该试验台自动化程度高，采用了气动传动技术、机电安全锁定机构及气动调速技术，可对国内各型草坪除草机进行安全性能试验，能够完成草坪机的撞击试验和刀片护罩强度试验。试验结果表明，该专用试验台达到国内先进水平，检测快捷，安全性高。1.3 背负式除草机的使用传统的田间除草是人工手用锄头除草，劳动强度大、生产效率低；手用化学的方式除草，对土壤及作物有副作用。特别对山地作物除草，更是困难重重。本课题设计一种背负式小型机

12、动除草机，不仅能除草还能进行中耕。2 除草机概述2.1 除草机的分类按切割器类型可以分为旋刀式、往复式、滚刀式、甩刀式、甩绳式。其中，应用最多的是滚刀式除草机和往复式除草机。往复式除草机割茬低而整齐，草坪损失少，单位割幅的金属用量和功率消耗低，因而成本较低。它的作业速度一般为 68km/h。提高割刀的往复次数并解决割刀的全平衡问题后，作业速度可以提高到 1012km/h。往复式除草机适用于切割直立而生长密度不过分高的草坪。旋转式除草机工作平稳，对草坪的适应性强，特别适用于稠密、倒伏、缠连的牧草，能以816km/h 的作业速度工作，生产率高。但是结构复杂，价格高，单位割幅功率消耗大。按配套动力和

13、作业方式分可以分为：为手推式、手扶随行式、手扶自行式、坐骑式和背负式除草机。按动力驱动方式主要分为人畜力驱动、发动机驱动和电力驱动三种形式除草机。其中，以发动机驱动的除草机最多，发动机多为单缸汽油机。太阳能除草机虽然已有生产，但应用较少。动力驱动的除草机按牵引方式或悬挂方式可分为前置式、侧置式、后置式、中置式除草机。目前，也有旋刀式手推随行式除草机，大部分采用中置悬挂，而滚刀手推10随行式除草机多采用前置式挂接，大型的除草机则采用混合牵引方式。2.2 除草机除草的基本要求不论是哪一种类型的除草机对草坪修剪的基本要求是一样的：1）除草高度可根据要求调整，适应高度调整范围大，当草坪要求修剪很低能达

14、到要求。2）除草整齐、平整，同一行程前后除草高度一致，两次作业行程衔接平滑、无接茬。3）对地形的适应能力强，仿行能力强，随地形变化前后剪草高度一致。4）除草机对草坪碾压轻、伤害少。5）草屑收集干净，或被切割部分细碎性能好（草屑撒在草坪中当肥料时） ，以便于洒落在草坪下及时腐烂。6）除草机质量好，故障少，节省燃料、效率高。7）易于操作、轻便灵活、维修调试方便，零部件通用性和互换性好。8）正确掌握修剪草坪的时间并且制定科学的修剪高度和修剪频率。2.3 背负式除草机的结构特点和技术参数2.3.1 除草机的结构特点本次设计的背负式除草机主要由括动力装置、动力输出软轴、操纵杆和除草工作装置，所述动力装置

15、安装在背架上，所述背架上设置有背带，所述动力装置通过离合器与所述动力输出软轴的一端连接，所述动力输出软轴的另一端与所述除草工作装置连接，所述除草工作装置安装在所述操纵杆上。2.3.2 除草机的技术参数表 1 技术参数Table 1 technique parameter型号除草幅宽除草生产效率整机重量驱动功率Chucaoji010.3m1 亩/h20kg375w2.4 除草机结构与工作原理结构如下图所示11图 1 除草机的主要结构Fig 1 The main structure of weeding machine2.4.1 除草机的结构背负式除草机，包括由动力装置 2，除草工作装置 20，背

16、架 3，操纵杆 9 组成。其结构是：动力装置 2 安装在背架 3 上，背架 3 上设有背带 5 及防震垫 4，动力装置2 和除草工作装置 20 通过一根动力输出软轴 6 连接，除草工作装置 20 由齿轮箱 11 和圆刀盘 16 组成，齿轮箱 11 内安装一对圆锥齿轮 13，齿轮箱 11 安装在操纵杆 9 下端，动力输出软轴 6 通过离合器 1 与动力装置 2 连接，刀盘轴 12 由轴承 14 安装在齿轮箱11 内，刀盘轴 12 下端安装有圆刀盘 16，圆刀盘 16 与轴承 14 之间安装有衬套 15，圆刀盘 16 通过衬套 15 和轴套 19 固定在刀盘轴 12 上。圆刀盘 16 上通过螺栓

17、17 连接安装有三把带钩铧式切刀 18，圆刀盘 16 上开有三个腰形孔，通过螺栓 17 在腰形孔内移动可调整切刀除草直径。操纵杆 9 下 端安有两支撑轮 8。2.4.2 除草机的工作原理在使用本实用新型工作时，工人背上背带 5，启动动力装置 2，通过离合器 1 带动动力输出软轴 6 转动.，当工人合上操纵杆 9 上离合器 1 的手柄时，动力输出软轴6 的转动带动齿轮箱 11 内的一对圆锥齿轮 13 转动，从而带动圆刀盘 16 上的带钩铧式切刀 18 旋转而达到松土除草，调整螺栓 17，可以改变刀具除草松土的幅宽。123 除草机的总体方案设计和动力机的选择3.1 总体方案设计查阅人机工程手册 ，

18、人步行速度约为35千米/时，即4864米/分，考虑到要背着动力机进行切割，选取人的步行速度为30米/分，即0.6米/秒。查阅机械设计手册得到以下数据：成年男性平均身高：1860 周岁 15431814 毫米成年女性平均身高：1860 周岁 14491697 毫米成年男性平均臂长：1860 周岁 279349 毫米成年女性平均臂长：1860 周岁 252319 毫米立姿工作岗位工作高度：男性：95010501150 毫米105012001300 毫米女性：8509501050 毫米100011001200 毫米4综合以上因素，设计扶手以及支架的尺寸，并且根据不同性别和不同年龄将扶手的高度和倾斜角

19、度设计成可以调节的。站立工作时操作的有关尺寸，以及人体需要的可能活动空间.由人机工程手册查得，人体身高尺寸（成年男性）多在 170cm 左右。因此，推杆距地面的高度取为 1000 毫米,且可在 900-1300 毫米之间调节，符合人体作业适应度。设计原则：工作场地的高度取决于作用力、操作者的身高、操作者操作物件的尺寸、以及视野范围。A：精密工作，靠肘支撑工作。 （设计尺寸针对男性：105115 毫米 针对女性：100110 毫米）B：虎钳固定在工作台上的高度：113 毫米13C：轻手工工作。 （男性：95100 毫米 女性：9095 毫米）D：用劲大的工作。 （男性：8095 毫米 女性：75

20、90 毫米）4本设计属于 D 范围内的设计。由以上分析确定除草机的各项参数：除草机的整体宽度：0.3m除草高度：3060mm3.2 动力机的选择选用的小型汽油机 1E139F参数如下汽油机型号 1E139F 汽油机型式 单缸、风冷二冲程最大功率 1.4kw 噪声 101dB(A)最高稳定转速 9000r/min 排量 33.6cc油箱容积 1.0L 点火方式 无触点化油器型式 膜片式 起动方式 反冲起动传动轴型式 硬轴 背带型式 双肩背带净重 7.7kg 汽油机包装箱尺寸（mm）3303023004 除草机传动部分设计本次设计的背负式除草机的传动部分主要是长轴带动齿轮箱的与圆锥齿轮转动，圆锥齿

21、轮带动圆刀盘上的切刀旋转而达到松土除草。传动部分的设计主要是对齿轮的设计。4.1 齿轮传动的类型汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体(机匣)的，这称为闭式齿轮传动(齿轮箱)。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。本次设计的背负式除草机除草总成部分尺寸比较小，传动齿轮尺寸和质量比较小，转速比较高，且没有防护罩，如果选用开式容易损坏其寿命，因此齿轮传动选用闭式传动。4.2 齿轮的材料选择及其热处理齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。齿轮

22、传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命长。在机械零件产品的设计与制造过程中，14不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。如果齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早损伤，甚至失效。因此如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作。渗碳淬火，常用于低碳钢和低碳合金钢，如 20、20Cr 钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达 5662HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。 故选择大

23、小齿轮材料均为 20CrMnTi，渗碳后淬火处理，强度极限为 1100Mpa，屈服极限为 850Mpa，齿芯部硬度为 300HBS。4. 3 齿轮精度的选择各类机器所用齿轮传动的精度等级范围列于下表中，按载荷及速度推荐的齿轮传动精度等级如下表所示。各类机器所用齿轮传动的精度等级范围：表 2 齿轮传动的精度等级Table 2 Gear transmission accuracy level机 器 名 称精 度 等 级机 器 名 称精 度 等 级汽轮机36拖拉机68金属切削机床38通用减速器68航空发动机48锻压机床69轻型汽车58起重机710载重汽车79农业机器811背负式除草机属于农业机械，速

24、度、精度要求都不高，故选用 6 级精度（GB1009588） 。4.4 按齿根弯曲疲劳强度进行设计齿坯基本参数的确定：按照格利森的制度1）轴交角与传动比 ，是根据齿轮副的传动要求确定的。i2）根据齿轮副所要传递的功率、扭矩，利用经验公式或图表确定小轮外端的节圆直径1d和小轮齿数1z（不小于 5） 。弧齿锥齿轮的外端模数 m 可以根据公式15确定。11zdm 3）大轮的齿数计算后圆整，且大轮与小轮的齿数之和不小于 40。12z iz 4）齿面宽 b 的确定。查表，一般选择为外锥距。%305）根据大轮和小轮的旋转方向确定齿轮的旋向。齿轮的旋转方向是根据传动要求确定的，它的选择要保证齿轮副在啮合的过

25、程中有互相推开的轴向力。6）为了保证齿轮副具有一定的重合度，应选择合适的螺旋角，一般选择位 35 度。可以根据经验表格来选取适当的螺旋角，并可根据公式计算相应的重合度。B 为齿宽，为外锥距，为中点锥距，为内锥距，为端面重合度。eRRiRFm 1ieieFRRbRR1R12bK（1） ( 2)13FeF)(31KPRmtgKtgF7）压力角的确定。压力角一般有 16、19、20、21.5、22.5、25 度等，弧齿锥齿轮一般用 20 度。压力角太小减小了齿轮的强度，并容易发生根切，但柔性增大；压力角太大容易使得齿顶变尖，降低重合度。小轿车为了降低噪声、运转平稳，采用小压力角。载重汽车一般用大的压

26、力角，以增大齿轮的强度。8）齿顶高系数、顶隙系数与侧隙。查表，一般当小轮齿数12 时，齿顶高系1z数为 0.85，顶隙为 0.188，则工作齿高系数为 1.7，全齿高系数为 1.888。侧隙查表选取。9）变位系数的选择。根据传动比与齿轮的齿数查表。参数确定如下：1）选用弧齿锥齿轮传动;齿轮精度为 8 级; 选择大小齿轮材料均为 20CrMnTi，渗碳后淬火处理，强度极限为 1100Mpa，屈服极限为 850Mpa，齿芯部硬度为300HBS。;闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，大齿轮的齿数为 Z2=20，小齿轮的齿数 Z1=6，传动比为 i=0.8，轴交角为 120。

27、2）计算齿轮传递的转矩。由于汽油机的最高转速 n1=6500 r/min，根据传动比 i12=0.8，则小齿轮的转速为n2=6500 0.8=5200r/min，大齿轮功率近似 P=1.4kw16根据公式算得： (3)6r/min205665004 . 19549n9549mNPTKW查机械设计实用手册图 5.6-11 和 5.6-12，确定节圆直径 d2=24，d1=30模数 m=1.53）由机械设计实用手册按以上步骤确定弧齿其它参数如下齿轮 小齿轮 大齿轮螺旋角 35 35齿形角 20 20工作齿高系数 1.7齿顶高系数 0.85 0.425压力角 20 20顶隙系数 0.1888齿宽 8

28、 11变位系数 0图 2 齿轮示意图Fig 2 The schematic diagram of gear5 除草机除草机构的设计5.1 刀片材料的选择除草机刀片必须采用高强度优质钢材，经过特殊热处理工艺保证刀片有较高的强度、锋利度、耐磨性、抗冲击韧性。刀架及刀片外形应该符合空气动力学要求，尽量减少运动时的空气阻力，以降低功率消耗。装配、调整刀具时，必须保证两端力矩平衡，以减少振动和噪声。17刀片材料选用优质合金钢。在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。5.

29、2 刀片的设计刀片的切割过程：在刀片除草的过程中，刀片和草是一对矛盾。要弄清切割过程的实质，必须先了解这两方面的性质和特点，才能进一步分析它们的相互作用。草的横截面呈扁平或槽型。非均匀体在不同方向上的机械性能并不相同（称为各向异性） ，这是与均匀材料（各向同性）显著不同的特点。草的刚度很小，极易弯曲，到一定挠度时，就会失去稳定而弯折。根据上述要求，设计出如图 3 所示的刀片结构。图 3 刀片结构Fig 3 The structure of blade5.3 刀片的受力分析Vn=Vacos+Vmsin (5)1式中: 为刀刃的倾角 Vt/Vn=(tg-Vm/Va)/1+(Vm/Va)tg；滑切系

30、数与刀刃倾角(刀刃和前进方向的夹角)有关。同时也在更大程度上与除草机前进速度和瞬时割切速度的比值 Vm/Va 有关。18图 4 刀片受力分析Fig 4 Stress analysis of blade因此, 的选择应满足 tg-Vm/Va0 (6)1反之,当滑切系数为负时,相应的滑切速度指向刀片的顶部,这时草茎在切割时会发生弯曲,导致割漏区增加。 应有:Vm/Va0.578,为最大限度地提高工作质量和生产率,这里取 Vm/Va=0.6。当除草机以某一速度 Vm 行驶时, 这样就可避免人为盲目的调节除草机速度 Vm 和刀片速度 Va,不仅减轻了操作人员需要反复观察甚至试验才能确定两个相适应速度的

31、工作量,而且可以实现高质量的割切,并能最大限度地提高除草机行驶速度 Vm,进而提高生产率。刀片漏割区的大小与刀片刀刃倾角 有关, 增大,在其它条件不变时,漏割区减小。但 的过分增大会导致割切阻力的急剧增加,因此, 的正确选取,需综合考虑多方面因素的影响,确切的数值需视具体情况在试验中摸索。除草机前进速度 Vm 与割刀速度 Va 的比值,直接影响刀片漏割区的大小,因而对割切器割切质量及生产率有很大影响,具体数值变化应符合上面的公式(6)。5.4 刀片的尺寸计算图 5 为刀片的结构图，其尺寸可通过计算求得，计算式： (7) 12222)(70104014. 3mmPDL (8)14021360hL

32、o19 (9) 1)(42sin2mmhC （3）式中：L刀片实长(mm)； h刀片高(mm)；刀片角度(度)； C刀片宽(mm)。 图 5 刀片结构Fig 5 The structure of blade6 轴的设计6.1 轴的概述轴是组成机器的主要零件之一。一切做回转运动的传动零件都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此，轴的主要功用是支撑回转零件及传递动力和运动。按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既能承受弯矩又能承受扭矩的称为转轴。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。还有很多种不同的分类方法，在此就不一一列出。6.2

33、轴的设计轴的设计也和其它零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构20设计是轴设计中的重要内容。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对于刚性要求较高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的

34、轴还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。轴的结构设计又包括制定处合理的外形和全部结构尺寸。 轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴联结的方法；载荷性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。而影响轴的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须使轴满足以下条件：轴和轴上工作的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装卸和调整；轴应具有良好的制造工艺等。6.3 轴的材料选择轴的材料选用调制钢 40Cr，这种钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节、后半轴以及

35、机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等；经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作的零件，如齿轮、主轴、油泵转子、滑块、套环等；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在 25mm 以下的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、 螺钉、螺帽、进气阀等。此外，这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴。6.4 长轴的校核长轴只受到扭转的作用，因此需按扭转应力来校核轴的强度。长轴的扭矩： /min95

36、49 1.495492056N mm 6500KWrPTn6（10）绘制轴的扭矩图如图 6 所示。21由强度条件，最小截面为边长为 5 的正方形截面。查材料力学p96 表得 maxmaxTWa=0.208 maxmax33205679.070.208 5TMpaabh6（11）对于钢材来说，许用剪应力一般按（0.6-0.8）b/n，n 为安全系数查机械设计实用手册P770 表得 40Cr 的 b=750Mpa计算得，满足强度条件。 max故长轴安全。6.5 软轴的设计按扭矩强度估算直径根据表 6-2 得 C=118107，又由式（6-5）得 dc(p/n)1/3=(107118)(3.32/7

37、6.4)1/3=37.641.5mm考虑到轴的最小直径处要求安装联轴器，会有键槽存在，故将计算直径加 3%5%取38.7341.5mm,由设计手册取标准直径 d1=42mm软轴的转矩： /min9549 1.495492056N mm 6500KWrPTn6（12）由强度条件，最小截面为边长为 5 的正方形截面。查材料力学p96 表得 maxmaxTWa=0.208MpaabhT07.1095108. 0205633maxmax22图 6 轴的扭矩图Fig 6 The torque diagram of shaft查表得 40Cr 的=250Mpa计算得，满足强度条件。 max7 轴承的选择根

38、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。滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗小，机械效率高，易起动；尺寸标准化，具有互换性，便于安装拆卸，维修方便；精度高，转速高，磨损小，使用寿命长；适用于大批量生产，质量稳定可靠，生产效率高等优点，因此在一般机器中应用较广，但滚动轴承也有噪音大、径向尺寸过大、轴承座的结构比较复杂、成本较高等缺点。7.1 轴承选型 轴承是滑动轴承的重要零件，轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。由于轴瓦或轴承衬与轴颈直接接触，一般轴颈部分比较耐磨，因此轴瓦的主要失效形式是磨损。轴瓦的磨损与轴颈的材料、轴瓦自身材料、润滑剂和润滑状态直接相关，选择轴瓦材料应

39、综合考虑这些因素，以提高滑动轴承的使用寿命和工作性能。本设计中有三处用到轴承，一是在长轴和轴管之间，二是在大齿轮传动的轴上，三是在小齿轮传动的轴上。综上因素，选用深沟球滚子轴承。在大齿轮传动的轴上选用型号为 7000101 轴承，在小齿轮传动的轴上和长轴上的轴承选用型号为 80100A。237.2 轴承的校核在本次设计中，轴与支架之间的联结选用深沟球轴承 7000101，其主要参数为轴承参数： 轴承内径： 20（mm） 轴承外径： 47（mm） 轴承宽度： 14（mm） 额定动载荷：12800(N) 额定静载荷：6650(N) 润滑方式： 脂润滑 极限转速： 14000(r/min) 滚动轴承

40、的基本额定动载荷，是在一定载荷条件下确定的。根据滚动轴承的实际受载情况，在许多场合，常常同时承受径向和轴向载荷的复合作用，为了计算轴承寿命时能与基本额定动载荷在相同的条件下比较，需将实际工作载荷转化为一个假想载荷。在此载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相等，称该假想载荷为当量动载荷，以 P 表示。当量动载荷的一般计算公式为： P = fp ( XR + YA ) 6（13） 式中 X径向载荷系数；Y轴向载荷系数；R轴承所承受的径向载荷；A轴承所承受的轴向载荷。fp载荷系数，考虑机器的运转情况对轴承载荷的影响。在本设计过程中，所选轴承仅受径向力，而轴向受力为 0，由机械设计册查得轴承的

41、径向载荷系数 X=1.0,轴向载荷系数 Y=0。由于该冰雪破除机是由装载机推动的，所以其载荷性质应该属于中等冲击或中等惯性力，其载荷系数 fp 取 1.8。根据上述经验公式以及所分析得到的数据，可以计算该轴承在工作时所遇到的当量动载荷。P = 1.8255.1=459.18 N由上面计算结果可知道，该轴承在工作时的当量动载荷比其额定动载荷要小得多, 所以是合格的。248 除草机进行中耕的设计8.1 结构方案的确定 机构设计包括传动方案的确定，动力的选择，耕幅的确定，刀片的选择等内容。结构设计要求体现设计原则和设计思想，实现中耕的结构合理，达到可靠性，适用性，先进性，经济型及系统化的统一。根据设

42、计任务书的要求，是用于山地间除草以及耕地作业，除草生产效率 1 亩/h，幅宽为 0.3m，由图 1 除草机的主要结构图所示结构能满足要求。8.2 动力的初步选择 根据设计任务书的要求，本次设计的中耕机主要是针对山地丘陵地区的小块山地，旱地和无机果园等地耕作之用，所需功率不大，所设计的及其要求轻便灵活，能耗不大，动力机只需是一般功率穿柴油机或汽油机。故之前选择的汽油机 1E139F 能满足中耕需要。8.3 重要零件设计轴和齿轮的设计，跟除草的设计一致。只需对刀片的选择进行设计。8.3.1 刀片类型的选择目前，使用旋耕刀的刀片按结构形式分为大致 3 种类型：凿型刀、直角刀和弯刀。直角刀入土、碎土能

43、力较强，但是侧刀切刃滑切作用小，脱草性能较差，容易缠草；凿型刀主要用于旱性土壤的耕作，在除草机上不作为选择对象；弯刀的侧刃具有较好的滑切性能，刀片不容易缠草，刀片的侧面与土壤摩擦大，入土较困难。由于除草机的工作环境是山地、菜地等，土壤较疏松，土表杂草较少，脱草性能不再是刀片性能考虑的主要因素。另外，除草机功率小，刀片形状的选择应从降低消耗功率，减少阻力，有利入土等几方面来考虑，直角刀片与弯刀刀片相比，能很好的满足除草机以上几个方面要求。8.3.2 刀片正切面的设计 直角刀片正切面几何参数主要是指切土角 （刀齿内刃面与余摆线切线的夹角）和隙角 （刀齿外刃面与余摆线切线的夹角） ，如图 6 所示。

44、由图 6 几何关系可得：= - 06（12）式中：为静态隙角； i 为磨刀角；为圆周切线和余摆线切线之间的夹角。0刀片的静态切土角和静态隙角是一定值。由上式可得，欲考察 和 是否00合理，只需考察的数值即可。25由图 6 中刀齿的速度关系可知： )sin-/(arctgcos6（13）由（13）式可见，随刀齿位置 的变化而变化，并且相同的位置角的情况下，随速比系数的减小而增大。切土角 和隙角则随的增大而减小，按设计要求，刀片的最小切土角和最小隙角不能过大，也不能过小。过大时，刀齿难minmin于入土，增加了能量消耗；过小时，在最小隙角处会引起背部接触土壤的现象，严重时刀片的背部挤入未耕地中，增

45、加功率的消耗以及刀片的磨损，甚至使除草机剧烈跳动，耕深自动变浅，不能正常工作。使刀片静态切土角达到 37 39 最合适。0图 6 刀片几何参数Figure 6 Geometric parameters of blade 9 总结本文通过对除草机国内外研究现状的分析，设计了一种操作容易、使用和携带方便、转向灵活的背负式小型机动除草机，具有一定的实际意义和应用前景。本次设计主要做了以下几个方面的工作：1）阅读了大量相关文献，结合国内外研究现状，介绍了除草机的发展，通过比较确定了背负式小型除草机整体的设计方案。2）详细介绍了除草机的工作原理，对除草机各个部分的设计确定了合理的方案。3）对动力机的功率

46、做了详细的分析，确定了除草机的基本参数。4）对受力零件进行受力分析、材料强度校核。 本文对背负式小型机动除草机的分析与设计还有许多不足之处，但通过这几个月的设计与学习，使我对大学所学知识有了一个全面的认识，学会了系统的分析问题，26使我对 Word 的编排以及对 CAD 的运用有了更深的认识，我以后更好的研究打下了一定的基础。 参考文献1 王少怀,徐东安.机械设计实用手册M.北京:机械工业出版社,2009:12-152 濮良贵,季名刚.机械设计.第八版M.北京:高等教育出版社,2006:15-183 刘鸿文.材料力学. 第四版M.北京：高等教育出版社,2004:55-584 丁玉兰.人机工程手

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