《旋转割草机的结构设计》9300字

PAGE1-旋转割草机的结构设计摘要割草机在日常生活中比较常见，经常可以在现实或者网上看到割草机的出现，割草机的主要作用是用来修剪植被跟草坪等。割草机的出现使工人的除草时间大大降低，不仅节省了人力，还节省了财力，1805年割草机的第一次出现奠定了日后割草机发展的基础。设计打算让割草机特点明显机体积小、操作矫捷，重量轻，工作过程适应性好，主要用来在山区和水田，在需要大、中型割草机的地区，可以解决农民割草的难题。割草机的主体是由行走轮、刀片、刀盘、发动机、控制部分、行走机构扶手等组成。可以预见的是，割草机的未来还是要向高科技迈进的，因为地质环境等的多方面的差异化，市场也需要割草机能够匹配这种差异化，市场的需求对割草机的发展有着举足轻重的作用。随着科学技术的发展，不同地区展现出不同的需要，为了满足这种需要，不同的割草机相应的出现，这些更能够满足不同需要的割草机使得市场更加完善。中国是一个农业大国，农业机械化的发展以及提高农业生产的效率变得极其重要，在对农业机械的设计以及制造中，农作物的产量也受到农业机械的影响。对于割草机而言，其上的刀片通过发动机的高速旋转获得较高的速度，从而令得割草的效率大大提高。关键词：割草机；差异化；农业机械；效率目录TOC\o"1-2"\h\z\u21076摘要 I306601绪论 171182总体方案确定 393912.2割草机类型选择 330043割草机的设计 4285383.1主要技术指标 4245154动力选择 6188904.1整机消耗的功率计算 6293754.2柴油机的选择 7152845传动装置设计 8272755.1传动路线 8209165.2确定传动装置的传动比 8261855.3传动装置动力参数的计算 829895.4皮带轮的设计与计算 9218995.5验算小带轮的包角 10244515.6确定V带根数 1025155.7单根V带预紧力的计算 10300625.8计算压轴力 11269896齿轮的设计与计算 12178416.1选择材料以及确定许用应力 12128166.2按轮齿接触强度的计算 12111706.3按齿根弯曲强度设计 13318227轴的设计与计算 1596867.1轴的材料选择 1570487.2轴的最小直径确定 15216987.3轴的结构设计 15180687.4轴的校核 1649458键连接选择 1957449滚动轴承选用 2085119.1滚动轴承校核 2050529.2割草滚筒转速计算 21218189.3滚筒直径计算 2143039.4割草滚筒长度确定 221563810割草机其他部分设计 221577510.1滚筒割草齿设计 22117610.2凹板的设计 233039结论 2432677致谢 2527892参考文献 261绪论自1805年割草机诞生以来，割草机带给了我们巨大的改变，割草机的分类也尤为的多。割草机的出现体现了机械在生产生活中的重要作用，使得工作效率大大提高，割草机的工作方式一般分为往复式和旋转式，并且使用割草机极其方便。通常情况下，当草的长度到达12厘米左右时是最佳的割草时机。但是如果出现因为草的长度超出12厘米许多，可以把割草的步骤分为两步，第一步是先把上半部分割掉，这时下半部分到达合适的切割长度，第二部就是把下半部分进行切割。这两部的进行降低了割草机的切割难度，也提高了工作效率。旋转式割草机的工作方式可以简单的理解为利用动力源带动刀片产生较高的速度进而切割杂草、牧草等，刀片速度可达60~90m/s。所以说，旋转割草机的刀片的选择是极其重要的，刀片的质量影响着割草机的质量。在割草机工作时，刀片上承受巨大的阻力或者遇到障碍时，割草机要立即停止工作，避免刀片不必要的磨损，并且因为刀片的锋利，在切割器上加上必要的防护罩，保证安全。割草机在工作时也有一定的局限性，在山间地头等条件相对恶劣的地区，割草机的重量以及体积等都会造成切个难度的增加，所以在不同的地形下选择合适的割草机成为割草成功重要的一环。割草机的动力系统的选择主要有两种，一种是传统型动力系统，他在我们日常生活中会比较常见，它主要分为汽油机和柴油机；另外一种属于新型的动力系统，动力源是蓄电池。这两种动力上的差异也很明显，因为传统型动力系统具有的特点，工作时功率大，并且能够有较长的工作时间便是它的优点，但随之带来的是噪音相对较大，动力输出带来的噪音足以影响人们日常生活的缺点，所以这类割草机一般用在对噪音没有太多要求的场所，能够避免打扰人们日常起居。第二种以蓄电池作为动力源的割草机特点就是当割草机工作时噪音小并且工作平稳，但因为蓄电池为动力源的缘故相应产生的问题是工作动力小并且持续工作时间短，不适合长时间工作的场所。科学技术的发展使得更多更加智能的产品出现，出现了以太阳能发电为动力源的技术，此技术的出现提高了工作效率又可以替代原产品，减少了能源消耗并且减少环境污染，因为割草机动力源的工作不是燃烧汽油、柴油，所以不会产生温室气体，并且新型割草机能有效利用新能源。但是因为需要利用新能源太阳能，所以需要在阳光充足的时候进行工作，对环境要求较高。目前我国现状面临的问题是对于草地这方面的机械设备投入严重不足，令得多数割草机械制造企业转产或停产，在于欧美等其他发达国家对比的过程中，可以发现我国的制造手段、基础机械技术等都有相对较大的差距。2总体方案确定割草机包含的的类型是多种多样的，对于割草机作出如下要求要求。首先要求割草机对于草坪的碾轧轻，不能对草坪有较大损害割草工作过程中，要对地形的有较强的适应能力，割草结束后，草坪高度要保持一致。割草机对于草坪的高度控制要好，能合理调整割草机的工作范围。割草工整，在两次工作过程中衔接平滑。割草机效率高，本身质量要好，零部件通用率高且出现故障后维修方便。易于上手操作、轻便灵活。7.工作工程中产生的草屑能够收集干净，避免占用空间或对土地产生影响。2.1割草机的类型定位整机形式为：悬挂式、半喂入割台形式为：带搅龙输送器式卧式割台割草机形式为：轴流式2.2割草机类型选择割草机输送模式分为全喂入和半喂入。综合因素考虑，本次割草机选择弓齿半喂入割草机式割草机，下脱式通常适用于半喂入式割草机，选择下脱式。3割草机的设计3.1主要技术指标1.刀具的使用寿命：720h左右；2.修剪速度：1平每分；3.修剪幅宽：500cm；4.工作效率：最高0.24hm2/h；5.切口平整度：平均80％3.2割草机工作时注意

1、其他人远离割草机在割草机工作过程中，非必要人员必须远离割草机。虽然割草机是可以控制的，但其他因素的影响，例如，割草区域可能相对湿滑。在相对湿滑的区域上，割草机与地面之间的摩擦力相对较小，因此割草机很容易与地面分离。因此在割草过程中，要求割草机周围不能出现非工作人员，以避免伤害他人。

2、各零部件安装完整在割草机的运行操作过程中，割草机的零部件要求安装完整，大部分割草机都装有的防护罩要特别关注。因为防护罩有叶片，为了避免绳索超出安装范围而导致的电机烧毁事件发生，这就要求在使用过程中必须进行防护罩的安装。

3、在环境潮湿的情况下，禁止使用割草机需要注意的一种情况是，需要使用割草机的情况下，如果环境比较潮湿，这时最好不要使用割草机，特别注意是在下完雨或者草坪浇完水后，因为这种情况下，地面异常湿滑，如果割草机在这时介入工作，湿滑的地面可能导致割草机工作不稳定，影响操作，因此需要在地面情况适合的工作条件下工作。

4、定期清理割草机内部当割草机进行完长时间工作后，需要对割草机的内部进行一系列清洗，因为经过长时间工作，割草机内部必然会有一些影响机器的杂草出现。因为电机是比较容易受这些杂草影响的，如果不把杂草清理掉，尤其影响电机寿命。为了维护割草机的健康，保证可以工作正常进行，于要进行顶起清理割草机的工作。

5、保护好割草机的刀片割草机的刀片是相对脆弱的部分，所以在割草机工作过程中，要特别注意保护好刀片。当割草机工作时，遇到较为茂盛的草的情况时，刀片可能会遇到都塞得情况。此时，割草机前端应果断向上倾斜，切断割草机电源。通过这种操作，可以达到保护电机的效果。

6、掌控好割草的速度为了达到较为理想的割草效果，我们必须掌握割草的速度。如果遇到草较为茂盛的草的情况，为了保护刀具跟电机，此时必须降低割草速度。如果遇到草较为稀疏的情况，为了提高效率，可以适当提高割草机的速度。

7、不要接触到其他坚硬物体为了保护割草机的正常工作以及自身使用寿命，不能出现割草机触碰硬物的情况。例如，草地易出现石头或者搬砖等硬物，当遇到这种硬物是，为避免不必要的麻烦出现应及时避开，保证工作正常进行。8、注意存放当割草机出现过工作过的情况，应注意妥善保管。应放在干燥通风处，以免损坏割草机部件。

4动力选择4.1整机消耗的功率计算4.1.1割草机的功率消耗计算当割草机进行工作时，机器本身运行良好。其总功耗用N表示，包括两个部分：第一部分是克服滚筒空转所消耗的功率；第二部分是克服割草阻力所消耗的功率（占总功耗的。割草机的功率消耗为：N=+（kW）（4-1）1)其中空转功率消耗:=+式中：——系数，为克服轴承及传动装置的摩擦阻力消耗的功率，B——系数，为克服滚筒转动时的空气迎风阻力而消耗的功率，.2)割草功率消耗表示为:对操作过程进行简单的分析，首先，在割草机进口，草的初速相对较低，而割草机的滚筒相对较高。然后它与草接触，进入间隙割草，依据动量守恒定律：冲量转换为动量：，（4-2）—单位时间喂入的谷物量；—综合搓擦系数，0.7-0.8；—滚筒的切向速度，15m/s。将数据代入N=+得：N=0.52+1.5=2.02（）4.1.2清选装置的功率消耗的计算清选装置消耗的功率：其中：——单位时间进入清选装置的脱出物质量（）；——单位脱出物质量清选筛所需的功率（），上筛：0.4-0.5，下筛：0.25-0.3；——选别能力系数，0.8-0.9。代入数据可得消耗的功率：1.75（）4.2柴油机的选择通过以上各部分的计算，可以求得割草机所有部分消耗的功率，可用P总表示割草机的总功率消耗为：0.043+2.02+1.75+1=4.813（）根据对机械设计使用手册进行查阅分析后得知,决定本次选用南昌柴油机厂105系列,所选择的型号分别为:X2105BC-15,满载转速分别为,其最大额定功率分别为16.2,通过数据分析,本次切割草机在动力性能方面的要求已经得到了满足。 图4-1X2105BC-15柴油机

5传动装置设计5.1传动路线5.2确定传动装置的传动比总传动比（5-1）式中—柴油机满载转速，1500r/min,则由计算可知，V带传动比，V带传动比在2-4中间，可以符合要求。分配各级传动比1)取V带传动传动比为，2)取第1传动轴传动比为0.6，3)第2传动轴传动比。5.3传动装置动力参数的计算 输出轴额定转速,割草机满载作业要求被达到后,得出数据，额定转速跟输出轴转速存在一定关系，可以求得输出轴转速为额定转速乘0.8。1）各轴转速主传动轴转速。主轴与动力输出轴直联。第1传动轴转速。传动比可得，按92%效率来计算带传动,则割草滚筒转速。效率可以按92%计算,则第2传动轴转速，传动比是1。按92%效率来计算带传动,则风机的转速，可以不考虑其他，直接安装风机，则2）各轴功率主传动轴第1传动轴式中-带传动效率；通过搜查可得0.92。3）各轴转矩第1传动轴第2传动轴5.4皮带轮的设计与计算5.4.1带型的选定依据总体方案的设计要求，查阅可得工况系数。计算功率为：根据柴油机的转速和计算功率，综合考虑，查阅可以选取SPZ型皮带。5.4.2带轮直径与带速的确定查资料小带轮的直径，得，表示V带的最小基准直径，小皮带轮的直径是V形皮带的最小参考直径。如果太小，皮带的使用寿命会在一定程度上降低。如果过大，会在一定程度上延长皮带的使用寿命，相应的皮带尺寸也会增加。V带的最小参考直径如下图所示。选取小带轮的直径。大带轮的基准直径，取。上式表示V带传动的滑动率，因为数值及其小此时可以选择将其忽略不计。带速的计算：代入数据的对于普通的V带来说，，传递的功率小是由于速度太小导致的，离心力过大是由与速度太大导致的，通过上述计算，最终符合基本要求。5.4.3带的基准长度和轴间距的确定由公式（5-2）代入数据得。所需带的基准长度为：代入数据得则实际的轴间距为综上，通过计算可得实际的轴间距为。5.5验算小带轮的包角由下式可求带轮包角：通常，最小不低于，小带轮包角可以达到要求，所以可以得出张紧轮是不必要增加的。5.6确定V带根数V带根数可由以下公式计算：(5-3)其中——功率增量，斟酌传动比时，当考虑传动比时，大滑轮上的功率增量较小，在相同的使用寿命条件下，可以提高传递功率——包角修正系数，考虑包角不等于时对传动能力的影响。——带长修正系数，皮带长度修正系数考虑了包角不是特定长度时对传输能力的影响——单根V带的基本额定功率。通过查阅相关资料：，=0.99，=0.97，=圆整后取V带根数5.7单根V带预紧力的计算根据公式(5-4)=

=5.8计算压轴力根据公式(5-5)(5-6)其中——为正常预紧力的1.5倍。代入数据

6齿轮的设计与计算6.1选择材料以及确定许用应力根据总体设计方案，考虑各个因素选取传动部件，本设计方案选用直齿轮。考虑到割草机需要更高的动力来源，大齿轮选用硬齿面，同样的小齿轮也选用硬齿面。大齿轮和小齿轮的材料选取40Cr。为了使齿轮具有良好的机械性能，采用了淬火回火和表面淬火工艺。齿面硬度为49～56HRC。因为轮齿在工作时没有什么变化，其本身不再磨削，所以选用7级精度。6.2按轮齿接触强度的计算根据公式(6-1)计算相关数据1）试选载荷系数；2)计算小齿轮传递的转矩:3）查阅资料选取齿宽系数；4）查阅资料材料的弹性影响系数5）根据齿面硬度数据，可以求得大齿轮与小齿轮的接触疲劳强度极限分别是6）计算应力循环次数7)查资料可以得出接触疲劳寿命系数8)计算接触疲劳许用应力，失效概率取1％，而安全系数S＝1，得计算1）计算小齿轮分度圆直径，取用中的值2）计算圆周速度3）计算齿宽4）计算齿宽与齿高之比模数齿高5）计算载荷系数

速度，精度定7级，查资料可得动载系数;

可以假设，,齿间载荷分布系数；利用系数可以从数据中得到；

齿向载荷分配系数的接触强度；根据试验数据，利用轮齿载荷分布系数计算出弯曲疲劳强度.所以载荷系数6）分度圆直径可根据载荷系数实际修正值计算7）计算模数6.3按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为(6-2)确定公式内的各计算数值分别查找大齿轮和小齿轮，通过资料，查看弯曲疲劳和寿命系数的资料；

2）由资料可得弯曲疲劳寿命系数；。

3）求弯曲疲劳许用应力

可以把弯曲疲劳安全系数定义为S＝1.4，可求4）计算载荷系数K5）查取齿形系数由手册查得齿形系数。6）查取应力校正系数由手册得应力校正系数。7）计算大小齿轮的然后进行相应的对比小齿轮的数值大。设计计算根据齿面接触疲劳强度计算的系数m大于根据齿根疲劳强度计算公式计算的系数m。齿轮系数m主要取决于弯曲强度确定的载荷力，但齿面接触疲劳强度确定的载荷力与齿轮直径（即齿数与齿数的乘积）有关，系数1.64由弯曲强度确定。最接近的四舍五入为参考值，M=2mm，根据接触强度计算分度圆直径，。取取几何尺寸计算

1）计算分度圆直径2）计算中心距3）计算齿轮宽度验算符合要求。

7轴的设计与计算7.1轴的材料选择轴的材料通常情况下分为碳钢与合金钢，考虑到两种材料的价格，在常用的材料中，碳钢是较为常用的，并且可以用热处理提高其材料性能。当割草机进行工作时，可以发现轴的转速相当高，并且可以传递相当大的扭矩，考虑到相关因素，轴的材料45号钢，调质处理，相关参数可以表示为，硬度，接触疲劳强度极限550-620Mpa，弯曲疲劳极限410-480Mpa。7.2轴的最小直径确定由公式(7-1)其中——该轴传递的功率，；——该轴的转速，；——指轴的材料和承载情况确定常数已知，，通过查阅资料可以得出，代入上式可得选。7.3轴的结构设计轴一般情况下是梯形的，这么设计的目的在于可以方便拆卸轴上的零件。轴的直径从轴的中部到端部逐渐减小。齿轮和轴可以从轴的上端依次安装和拆卸。为便于在轴上安装零件，轴端和每个轴的端部应倒角。轴的磨削段应有砂轮超程槽，车削螺纹段应有砂轮超程槽。每个轴截面的直径，如果轴截面有匹配要求，可以使用标准直径。轴承、齿轮等标准件的轴径应符合标准件的内径系列。套筒、螺母和轴端挡圈轴向固定时，为保证螺母靠近零件端面，零件轴段长度应小于轮毂长度。割草机轴的初始结构如下图7-1轴的结构图7.4轴的校核7.4.1轴上载荷的计算求轴承上的支反力垂直面内： 水平面内：通过数据画出受力简图与弯矩图，所示：在第四种力理论支持下，忽略了键槽的影响表7-1受力分析载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T轴安全。图7-1受力简图和弯矩图7.4.2校核轴强度分别校核轴承上扭矩、最大弯矩以及截面强度，=0.6,轴的计算应力为：根据前期轴的选择合适,为45号钢调质处理由资料表查得=60Mpa因此<,所以安全。7.4.3精确校核轴的疲劳强度抗弯截面系数：==抗扭截面系数：==截面上弯矩应力：截面上扭矩应力：轴材料为45钢，调质，查阅资料，。理论应力集中系数及根据资料可得：经插值后可查得=1.59=1.33通过资料可以查得轴材料敏性系数为：故有效应力集中系数为：=1+(-1)=1+0.85(1.33-1)=1.28由机械资料可得尺寸系数=0.85,扭转尺寸系数=0.9由附图查得表面质量系数==0.92轴没有表面硬化处理，所以=1，由此综合系数值为又由碳钢的特性系数：=0.1-0.2取=0.15=0.05-0.1取=0.75计算安全系数：>S=1.5故安全8键连接选择键连接可分为平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。平键连接具有结构简单、对中性好等优点，因此得到大量应用。本设计采用的是平键连接。查表机械设计手册表分别选择轴1、2段平键b×h×L=6mm×6mm×20mm、b×h×L=10mm×8mm×22mm。材料为45号钢，许用挤压应力，可以选取平均值，。在这种设计情况下，传递扭矩最大的是割草机的轴。依据要求，检查割草机轴键连接的强度，因为载荷分布均匀，根据平键连接的挤压强度公式：(8-1)其中：T为转矩（N·mm）；

为轴径（mm）；

为键的高度（mm）；

为键的工作长度（mm）；

为许用挤压应力（MPa）；代入数据得<可以实现设计要求。

9滚动轴承选用已知装轴承处轴径，转速，查相关资料，选用圆锥滚子轴（GB/T276-1994摘录）,选型号为30208，其基本参数为，。基本额定动载荷。9.1滚动轴承校核根据上述数据，可计算：圆周力径向力轴向力9.1.1当量动载荷计算该圆锥滚子轴承受两个力分别是，和的作用，需要做出当量动载荷P。由下式可求：(9-1)其中表示径向系数，表示轴向系数。因为<0.37所以9.1.2径向基本额定动载荷的确定圆锥滚子轴承，确定径向基本额定载荷(9-2)式中—载荷系数，查表取=1；—当量动载荷，1239.44N；—温度系数，查表得=1；—基本额定寿命，本机预设寿命=8000h；—轴承转速，650；—寿命指数，对滚子轴承。<故所选轴承符合要求。9.1.3验算轴承的寿命>8000h经过校核，分别对比两轴承的使用寿命均在设计寿命之上，综上，设计的轴承是合适的。9.2割草滚筒转速计算通过滚筒的有效直径可以把滚筒的转速计算出来。当滚筒转速大于12m/s时，脱粒率可达99%以上。但是，如果滚筒转速过高，脱粒效率没有明显提高，只会加剧谷物在滚筒上的不稳定性，增加谷物的损失。当滚筒周转时间过长时，从而增加了割草机的时间，降低了产品的性能。速度：。通过圆周速度V的确定，滚筒的转速可求。 （1)式中D——滚筒直径（不包括弓齿高度）；H——弓齿的高度，取。滚筒转速取9.3滚筒直径计算滚筒环D的直径由两个条件决定，这两个条件旨在防止滚筒缠绕草和滚筒在茎部的最大允许滚动角度,可以表示为：其中L——下作物的长度mm；l——作物喂入深度,通常情况下大于400mm；ɑ——滚筒允许包角,通常情况下为120º。一般情况下，宜选择较大的直径，因为农物探进量很大，喂入损失小；当进料口弧度较大时，可提高进料性能；凹面筛面大，可拆卸性强；转动惯量大，工作稳定，过载调整好；凹板曲率小，切割腔内断杆少，有利于降低功耗。L取1200mm，l取300mm。则由上式可得：，由上式可得：。滚筒直径，根据齿顶计算，齿根直径为。半喂入式割草机的选取，茎秆缠绕是不足为虑的，滚筒的直径可以取400mm(不含弓齿高）。9.4割草滚筒长度确定割草机滚筒长度可以受到进给速度的限制，并且弓齿总数也影响着滚筒长度。半喂入式割草机工作时，其工作强度是相当大的。采用600-1000mm。本机设计滚筒长度为700mm。

10割草机其他部分设计10.1滚筒割草齿设计10.1.1弓齿形状选择弓齿的形状通常有两类，分别是V形和U形。通过研究，当V形拱的顶角为22º，U形齿弧越大，功耗越低，断耳率越低。在本设计中，决定采用三重齿作为割草齿，从而达到滚筒不容易缠草的优点，使割草机的工作质量得到提高。弓齿采用45钢，淬火件硬度HRC45-55。10.1.2弓齿的排列半喂入式割草机滚筒的拱齿呈斜线排列，此排列特点可以达到生产效率提高、运行稳定的特点。在本设计中，我们采用了斜线的结构。弓形齿螺旋布置的目的不仅是为了在割草过程中实现均布载荷，而且是为了促进泥石流沿轴向流动。因此，根据螺旋区的布置来选择拱齿的布置。它分为三个方面。第一段为梳棉区，可以达到滚筒总长度的10%-15%。梳齿材料为6-8mm钢丝，用于梳棉机的导梳和推梳。梳齿安装在滚筒进料端的锥面上。第二段是割草区，占滚筒总长度的70-75%。钢丝直径为5-6mm，分为两个区域。前部占总长度的40-45%。由于作物初入割草间隙，工作量较大，安装了加强齿。第三个区域是排风区域，仅占滚筒总长度的8-10%。钢丝直径为5-6mm。在割草机工作过程中，为了排草能力的加强，齿距约为60mm，齿形与割草机相同。10.1.3相关参数的计算螺旋排列的列数：。弓齿轴向间距：。弓齿数：。10.2凹板的设计10.2.1凹板类型的确定凹板可以分为编织筛式和栅格式两种，分别对比两种不同的凹版，如图10-1。图10-1编织筛式与栅格式的比较综上所述，经过比较采用栅格式凹板。10.2.2凹板直径的确定凹板的直径与生产率成正比，但不是直线的。根据凹板的直径，生产能力和实际生产情况，凹模直径为490毫米.对于割草机来说，圆柱形凸起与凹形圆钢之间的间隙。10.2.3凹板与滚筒之间间隙的计算如果进口和出口之间的距离太小，而且很有可能进行回采，那么如果这一距离太小，它可以很容易地引起堵塞。如果入口的间隙太大）>30mm。如果圆筒的间隙是30毫米，间隙为10毫米。进出口的间隙逐渐从30毫米缩小到10毫米。割草区为3-8mm，间隙为6mm。结论初期，老师分发题目以及各种资料，初步了解了课题的相关知识，对于割草机的发展以及现今状况有了一定的认识。对于文献资料以及搜索的知识进行初步的整理，脑中有了大体的概念。根据割草机的原理以及相应的课题要求，确定旋转时割草机设计的