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畢業(yè)設計說明書(論文)
作 者:
3號楷體
學 號：
3號楷體
學院(系):
3號楷體
專 業(yè):
3號楷體
題 目:
家用駕駛式割草機結構設計
3號楷體
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指導者：
(姓 名) (專業(yè)技術職務)
3號楷體
3號楷體
評閱者：
(姓 名) (專業(yè)技術職務)
2014 年 6 月
畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要
駕駛式割草機是一種單人駕駛的小型工程機械。隨著人們對物質文化生活水平要求的提高，人們逐漸對環(huán)境的要求也在不斷提高，城鎮(zhèn)綠地建設量與維修量隨之增長，與此同時社會上對草坪機械的需求日益增長，帶動了草坪機械產業(yè)的高速發(fā)展。
本文研究的是一種駕駛式的由電瓶驅動的家用草坪割草機，介紹了駕駛式割草機的歷史和現(xiàn)狀。這種割草機主要用于大中型草坪的修剪和維護，要求具有良好的機械性能、安全性能和草坪修剪質量。本文設計的是駕駛式割草機的關鍵部件，選用已有的駕駛式割草機的小車，只對割草機的刀片和傳動機構進行設計并進行三維模型設計。在現(xiàn)代技術的基礎上，將機械原理與美學相結合，運用機械設計理論，根據實際情況，選擇適當的刀具、電機等來達到本設計的最終目的。
關鍵詞：駕駛式，家用，割草機，結構設計，電瓶，三維模型；
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畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要
Driving type mower is a small engineering machinery a single driving. With the requirements of people's material and cultural life level, people gradually to the environmental requirements are also rising, urban green space construction and repair capacity increased, at the same time the community on the turf machinery growing demand, driven by the rapid development of turf machinery industry.
This paper is a kind of driving style from the battery driven home lawn mower, this machine is mainly used for medium and large lawn mowing and maintenance requirements, high mechanical properties, safety performance and lawn quality good. This design is a key part of driving type mower, driving the mower with existing car, only to the lawn mower blades and transmission mechanism design and 3D model design. Based on modern technology, combined with mechanics and aesthetics, the use of mechanical design theory, according to the actual situation, select the appropriate tool, motor to achieve the ultimate goal of this design.
Keywords: driving type, household, mower, structure design, battery, 3D model;
目 錄
1 緒 論 1
1.1國內外家用割草機的應用市場以及開發(fā)現(xiàn)狀 1
1.2駕駛式割草機的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向 2
1.3研究目的及意義 3
1.4割草機的工作原理和機械結構 3
1.5研究的主要內容和方法 4
2 駕駛式割草機總體設計 6
3 割草機系統(tǒng)傳動裝置的機械計算 8
3.１電機的選取 8
3.２同步帶的概述 8
3.２.1同步帶介紹 8
3.２.2同步帶的特點 9
3.２.3同步帶傳動的主要失效形式 9
3.２.4同步帶傳動的設計準則 12
3.２.5同步帶分類 12
3.3同步帶傳動計算 12
3.3.1同步帶計算選型 12
3.3.2同步帶的主要參數（結構部分） 16
3.3.3同步帶的設計 18
3.3.4同步帶輪的設計 18
3.4軸的設計 19
3.5軸的校核 19
3.6鍵的校核 20
3.7軸承的校核 21
3.8刀具的設計及計算 22
3.8.1刀具的概述 22
3.8.2刀具的運動分析 23
3.8.3刀具的結構尺寸及相關參數 24
3.9 端面齒輪及撥桿的設計部分 25
3.9.1端面齒輪和撥桿的概述 25
3.9.2 端面齒輪和撥桿的運動分析 25
4 駕駛割草機三維模型展示 29
總 結 31
致 謝 32
參考文獻 33
1 緒 論
1.1國內外家用割草機的應用市場以及開發(fā)現(xiàn)狀
l9世紀中葉，大部分的草坪還在使用鐮刀來割草或放牧牛羊來保持草地的整齊性。隨著高爾夫球、網球及足球等運動的興起，保持完善的草地做運動場便成為當務之急。英國人Edwin Budding利用旋轉式機械工作的原理發(fā)明了滾刀式剪草機，該產品的問世在英國受到了廣泛的歡迎，隨后傳人美國。1868年，美國第一臺剪草機取得專利，美國的草坪業(yè)也由此起步。不過幾年，便有37項有關剪草機的發(fā)明獲得專利。到1881年，總共有4萬多臺剪草機被生產和銷售 。最初的剪草機均為人力驅動；1890年，在英國開始設計有動力驅動的剪草機。從最初的蒸汽動力驅動發(fā)展到小型內燃機動力驅動；1909年，美國科學家Leoni取得了動力型機械式剪草機專利，盡管剪草機由汽油機驅動，但整個裝置仍由馬拉行走。
在草坪修剪機械發(fā)展的歷史上，第二次世界大戰(zhàn)是一個轉折點。在20世紀30年代前后，每年生產的各類剪草機數量約3萬臺左右。戰(zhàn)后，美國經濟得到復興，允許現(xiàn)役軍人低價買房不付現(xiàn)金，大批建設房屋并出售，促使草坪修剪機械得到迅速發(fā)展，生產量急劇上升，1947年達36萬臺，1974年達700萬臺。20世紀70年代后期開始，剪草機的市場銷售量逐漸趨向飽和，但每年仍保持在500萬—600萬臺的銷量 。剪草機在數量增加的同時，其性能也在不斷改進。1950年，美國第一臺無線電操縱的剪草機誕生；1978年，C1arence Noke研制出了一種可進行草坪修剪編程的剪草機" ；20世紀80年代，一些新的草坪設備又投放市場，如Mulching mower，Shredder，Lawndethatcher，String trimmer等，以及清潔草坪用的Blower，Lawn vacuum，Lawn sweeper 。到了80年代后期，string trimmer被認為是一件普通的家庭用具。
我國生產剪草機起步較晚，生產企業(yè)規(guī)模普遍較小，產品用途單一，品種數量少，遠不能滿足要求，而且質量與發(fā)達國家的相比也有很大差距。所以長期以來，草坪剪草機多以進口為主，主要來自日本、美國、意大利和瑞典等國。據統(tǒng)計，1999年的剪草機銷售量在3萬臺左右，其中80％為進口；2000年我國各類草坪機械保有量達13余萬臺，剪草機進口量在3．16萬臺左右；近兩年，草坪機械平均年增長率達到30％左右，國內每年草坪機械的銷售總額大約為1．2億～1．3億元人民幣，其中從國外進口的機械占85％，國內自行生產的產品占15％左右，其合計銷量約在1萬臺左右 。
1.2駕駛式割草機的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向
最初OPEI（Outdoor Power Equipment Institute）對于駕駛式割草機的定義是：“自產生動力的可騎運載工具，在一般草坪花園中使用，用來割草，通常不可以用來耕作。它們由空氣冷卻，四沖程發(fā)電機，通常是12馬力的功率或更小。發(fā)動機或由電線拖動或是電力（電池）啟動。切斷裝置的旋轉刀片通過皮帶或者鏈條與發(fā)動機相連。一些包含一個傳遞動力軸來附加別的維修工具，但大部分沒有?！睂嶋H上OPEI用很多非常專業(yè)的定義來定義駕駛式割草機—后置發(fā)動機駕駛式割草機，駕駛式花園拖拉機和前置發(fā)動機草坪拖拉機。每種駕駛式割草機都有自己的規(guī)格，以使公司可以正確分類來裝運營銷等。
駕駛式割草機是一種單人駕駛的小型工程機械，從性質上來說也屬于車輛的范疇之內。因此駕駛式割草機本身具有一般的可駕駛功能，并滿足人體舒適性。隨著科學技術的發(fā)展，新技術的不斷提高，如電子學、新材料、導航定位技術等各項新技術不斷應用于駕駛式割草機?，F(xiàn)在人們已經不僅僅是把割草機作為一種普通的使用工具，而是賦予了它很多其他意義。
隨著人們對環(huán)境的關注，中國各大城市的綠地面積越來越大，草皮品種也趨向豐富，草坪業(yè)的迅速發(fā)展使人們對草坪割草機的需求也越來越大。但是由于我國經濟水平還不高，對綠地大部分還只是低水平層次上的養(yǎng)護，以前畜力割草機曾是我國應用較多的割草機，由馬或牛牽引完成割草作業(yè)。而國外園林機械工業(yè)和消費市場都已經相當成熟。隨著機動割草機的引進，割草機將在我國的綠化事業(yè)中發(fā)揮越來越大的作用。
(1)電子學、新材料的研究開發(fā)與制造新方法的采用對駕駛式割草機的未來將會有重大影響
在今后駕駛式割草機的設計中，內部裝置可多采用電子技術。人機工具界面中的信息界面將會是發(fā)展的重點，包括顯示反饋裝置的產生等，而不是現(xiàn)在的直接通過操作者的視覺反饋。人機系統(tǒng)的自動化程度將越來越高，駕駛式割草機將朝智能化的方向發(fā)展，如出現(xiàn)自動導航系統(tǒng)、自動定位系統(tǒng)和自我檢測系統(tǒng)，甚至出現(xiàn)無人駕駛的駕駛式割草機。
(2)外型將更加個性化、類型將更加多樣化
從收集的資料來看，目前市面上大部分的駕駛式割草機的外型都是大同小異，缺乏創(chuàng)新與變化。針對當前國內駕駛式割草機形態(tài)色彩單一，操作不夠舒適簡便等不足，駕駛式割草機應該在功能和外觀上有所突破。在不久的將來，一定會出現(xiàn)更多、更豐富的機型，來滿足不同個體的使用要求。駕駛式割草機市場將會進一步細化與多樣化，更多針對不同場合、不同切割要求的割草機種類將出現(xiàn)。比如說針對不同使用人群的個性化設計，以及針對不同草場的種類和草坪的高度，不同的周圍具體環(huán)境等等來分別對設計進行相應的調整與變化。
(3)駕駛性能的改進，未來的駕駛式
割草機將使操作者在其中的工作成為一種享受，或是一種休閑方式。
當然，隨著技術的進步和科技的發(fā)展，駕駛式割草機駕駛性能在不斷改進，駕駛舒適性也將不斷提高。甚至可以把它視為一種交通工具，或是一種休閑方式。在我國，由于國情等原因，人們還沒有形成這種意識。而在國外，經常會舉辦割草機的設計大賽或是駕駛式割草機的比賽，還出現(xiàn)了很多割草機俱樂部。這說明，人們已經不僅僅是把割草機作為一種普通的使用工具，而是賦予了它很多其他意義。
1.3研究目的及意義
駕駛式割草機是一種單人駕駛的小型工程機械。隨著人們對物質文化生活水平要求的提高，人們逐漸對環(huán)境的要求也在不斷提高，城鎮(zhèn)綠地建設量與維修量隨之增長，與此同時社會上對草坪機械的需求日益增長，帶動了草坪機械產業(yè)的高速發(fā)展。市場上提供的割草機大多具有工作效率低下，人的勞動強度大等缺點，為了改善這種狀況，本設計研究的駕駛式割草機的出現(xiàn)就顯得必要了。
本設計研究旨在對現(xiàn)有的駕駛式割草機進行改進，不改變現(xiàn)有割草機的工作原理，提高駕駛式割草機的觀賞性，結構簡單，提高工作效率。現(xiàn)階段駕駛式割草機的研究目的是在現(xiàn)代技術的基礎上，將機械原理與美學相結合，運用機械設計理論，利用簡單的機械結構，適當的刀具選擇來達到本設計的最終目的。
為了更好的達到設計研究的目的要求，割草機刀具的位置放置對觀賞性的提高十分
重要，刀具的選擇對工作效率的提高有重要影響。本設計研究主要在這兩方面進行重點研究來完成對駕駛式割草機的改進。
1.4割草機的工作原理和機械結構
剪草機械按動力劃分可以分為機動和人推的兩類。按動力又分為柴油機、汽油機和電動機3類驅動。其中以小型汽油機作為動力的較為普遍，而柴油機多用于大型的剪草機械，如牧場的割草機；按剪草時刀片運動的方式可分為滾刀式、旋刀式和剪切式3種；按切割器形狀可分為旋刀式、滾刀式、往復割刀式和甩刀式等；按駕駛形式分類，可分為推動式(步行式)、自行式、駕駛式(駕乘式)；按配套動力和作業(yè)方式分為手推式、手扶推行式、手扶自行式、駕乘式、拖拉機式等。剪草機的剪草幅寬一般為400～lO00mm，剪草高度從15～lOOmm有幾個調節(jié)擋位 。
（1）滾刀式剪草機
其由帶有刀片的滾筒和不動的床刀組成。滾刀的形狀像一個圓柱形鼠籠，切割刀呈螺旋形安裝在圓柱表面，滾刀旋轉帶動草莖相對于底刀產生一個逐漸切割的滑動剪切而將草莖剪斷。滾刀式剪草機剪草的質量取決于滾刀上刀片數和滾刀的轉速，滾刀上刀片數越多，單位長度行進中切割的次數就越多，切下的草也越細，滾刀的刀片數一般為3～12片不等；滾刀的轉速越高，切下的草也越細。滾刀式剪草機是高質量草坪最常用的剪草機型，適用于草高3～80mm 的草坪，其價格貴，維修保養(yǎng)要求嚴格。
（2）旋刀式剪草機(又稱懸刀式)
它是由橫向懸掛在直立軸上的刀片高速旋轉打切草的上部葉片。其工作裝置為一長條形剪草刀或多把剪草刀在水平刀盤上，高速旋轉的刀刃與草莖碰撞而將其割斷，為無支承切割。刀刃的后面是類風葉形狀，在高速旋轉下，對地面形成一定的真空將草莖吹成直立狀態(tài)，便于切割并與罩殼相結合，形成渦流將割下的碎草送人集草裝置或從罩殼出口噴出灑到草坪，適于范圍內剪草，它的價格相對低廉，保養(yǎng)、維修和使用都很方便，是國內外目前最流行的剪草機。
（3）甩刀式剪草機
其切割裝置由多把垂直于地面的刀片鉸接在旋轉組成的旋轉軸上， 當高速旋轉時，在離心力作用下，其刀片像垂直于軸芯的甩刀，端部刀刃不斷地沖擊切割草莖。由于刀片與刀軸或刀盤為鉸接， 當碰到堅硬沖擊不斷的物體時可以避讓而不致?lián)p壞機器。
（4）甩繩式剪草機
其工作裝置是由一個內裝尼龍繩的打草盤、背向人的護罩組成。當打草盤高速旋轉時，露在外面的尼龍繩在離心力作用下，像一束伸直的刀刃快速撞擊草莖而切割斷草。由于尼龍繩是柔性的，其撞擊障礙物時退讓，不會損壞機器本身，也不會對障礙物有較大的破壞。
1.5研究的主要內容和方法
本文針對駕駛式割草機，主要對總體結構進行設計及對刀具部分的重點設計分析。割草機的應用普遍被看好，因為家庭綠化意識的增強，家用割草機的作用顯而意見?，F(xiàn)在的駕駛式割草機雖然較多，但大部分駕駛式割草機的結構復雜，價格昂貴，應用很少。該駕駛式割草機主要是針對家用草坪設計的，電瓶驅動，結構規(guī)范，安全性高。
該研究的主要內容包括：
1）了解國內外小型割草機的應用市場以及開發(fā)現(xiàn)狀；
2）熟悉掌握割草機的工作原理和機械結構；
3）對比市場小型割草機的特點和設計參數，詳細分析各自優(yōu)缺點；
4）繪制小型割草機的結構裝配圖和關鍵零件圖；
5）對小型割草機采用UG軟件對其造型。
2 駕駛式割草機總體設計
駕駛式割草機總體設計參數要求：
選擇電瓶驅動、割草高度20-70mm、割草機最大寬度900mm。
割草機的第一步在于了解草坪的特征。草坪的面積將影響您對發(fā)動機馬力的選擇，而草坪地形的特征則決定了割草機應具備的性能。
一般來說，3.5至5馬力的發(fā)動機能夠完全勝任小面積草坪的除草任務。適用于此類草坪的發(fā)動機必須具備啟動穩(wěn)定、性能可靠的特點。它啟動流暢、便捷，并能在瞬間達到最大馬力。
針對中等面積的草坪，5至6.5馬力的手推式割草機或8.5至12.5 馬力的駕駛式割草機較為合適。由于除草面積與發(fā)動機功率成正比，因此當您在選購割草機時，請務必留意發(fā)動機的耐用性和工作時限。
大面積的草坪必須配備大功率發(fā)動機（20至25馬力的花園拖拉機）。使用功率較小的割草機整理大面積的草坪，不僅會對設備造成損害，還會降低設備的使用壽命。功率為22馬力的Vanguard VTwin是一款世界級的發(fā)動機，它不僅動力充沛，更兼具超卓性能。為延長使用壽命，該款發(fā)動機還特別采用了系列獨一無二的內置式部件，其中包括壓力潤滑和獨特機油冷卻裝置。
如果是驅動直流電機毫無問題，只要把蓄電池組的電壓與直流電機的額定電壓匹配就可以了。如果是驅動交流電機，那就需要一個與交流電機匹配的逆變驅動器去驅動交流電機。如果是其它電機也需要一個與其它電機匹配的驅動器去驅動其它電機。
本款設計的是小型家用駕駛式割草機。選擇的是電瓶驅動。
由于汽油發(fā)動機成本高，經常需要維護保養(yǎng)，本設計優(yōu)先選用電瓶驅動，綠色環(huán)保，操作簡便，更適用于家用割草機。
駕駛式割草機由于切割寬度較大，可以確保按時完成草坪修整工作。手推式割草機則需要人工推動，工作效率低下。手推式割草機需要一天才能完成的修整任務，駕駛式割草機只需要幾個小時即可完成。效率遠超手推式。
圖2-1 駕駛式割草機
3 割草機系統(tǒng)傳動裝置的機械計算
3.１電機的選取
（1）粗略計算驅動電機的功率
根據割草的寬度為900MM.初步選擇Z4-180-22/21直流電機
圖3.7 Z4-180-22/21直流電機的技術參數
由于電機無法與輸出軸直接相連，需要中間機構來過渡，在這里擬采用一對帶輪進行設計。
3.２同步帶的概述
3.２.1同步帶介紹
同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。
同步帶傳動（見圖3-1）時，傳動比準確，對軸作用力小，結構緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。
圖3-1 同步帶傳動
同步帶傳動是由一根內周表面設有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。 同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達1:10。允許線速度可達50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達98%，結構緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。 本產品廣泛用于紡織、機床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中。同步帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍?，擴展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動中具有相對獨立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。
3.２.2同步帶的特點
(1)、傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比；
(2)、傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；
(3)、傳動效率高，可達0.98，節(jié)能效果明顯；
(4)、維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低；
(5)、速比范圍大，一般可達10，線速度可達50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達幾瓦到幾百千瓦；
(6)、可用于長距離傳動，中心距可達10m以上。
3.２.3同步帶傳動的主要失效形式
在同步帶傳動中常見的失效形式有如下幾種：
(1)、同步帶的承載繩斷裂破壞
同步帶在運轉過程中承載繩斷裂損壞是常見的失效形式。失效原因是帶在傳遞動力過程中，在承載繩作用有過大的拉力，而使承載繩被拉斷。此外當選用的主動撈輪直徑過小，使承載繩在進入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應力作用，也會產生彎曲疲勞折斷(見圖3-2)。
圖3-2 同步帶承載繩斷裂損壞
(2)、同步帶的爬齒和跳齒
根據對帶爬齒和跳齒現(xiàn)象的分析，帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學兩種因素所引起。因此為避免產生爬齒和跳齒，可采用以下一些措施：
1、控制同步帶所傳遞的圓周力，使它小于或等于由帶型號所決定的許用圓周力。
2、控制帶與帶輪間的節(jié)距差值，使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內。
3、適當增大帶安裝時的初拉力開。，使帶齒不易從輪齒槽中滑出。
4、提高同步帶基體材料的硬度，減少帶的彈性變形，可以減少爬齒現(xiàn)象的產生。
(3)、帶齒的剪切破壞
帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過程中，在剪切和擠壓應力作用下帶齒表面產生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴展，并沿承線繩表面延件，直至整個帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落（見圖3-3）。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個：
1、同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差，使帶齒無法完全進入輪齒槽，從而產生不完全嚙合狀態(tài)，而使帶齒在較小的接觸面積上承受過大的載荷，從而產生應力集中，導致帶齒剪切損壞。
2、帶與帶輪在圍齒區(qū)內的嚙合齒數過少，使嚙合帶齒承受過大的載荷，而產生剪切破壞。
3、同步帶的基體材料強度差。
為減少帶齒被剪切，首先應嚴格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差，保證帶齒與輪齒能正確嚙合；其次應使帶與帶輪在圍齒區(qū)內的嚙合齒數等于或大于6，此外在選材上應采用有較高勿切韌擠壓強度的材料作為帶的基體材料。
圖3-3 帶齒的剪切破壞
(4)、帶齒的磨損
帶齒的磨損（見圖3-4）包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損。造成磨損的原因是過大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉。因此減少帶齒的磨損，應在安裝時合理的調整帶的張緊力；在帶齒齒形設計時，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少嚙合時輪齒的擠壓和刮削；此外應提高同步帶帶齒材料的耐磨性。
圖3-4 帶齒磨損
(5)、同步帶帶背的龜裂(圖3-5)
同步帶在運轉一段時期后，有時在帶背會產生龜裂現(xiàn)象，而使帶失效。同步帶帶背產
生龜裂的原因如下，
1、帶基體材料的老化所引起；
2、帶長期工作在道低的溫度下，使帶背基體材料產生龜裂。
圖3-5 同步帶帶背龜裂
防止帶背龜裂的方法是改進帶基體材料的材質，提向材料的耐寒、耐熱性和抗老化性能，此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作。
3.２.4同步帶傳動的設計準則
據對同步帶傳動失效形式的分析，可知如同步帶與帶輪材料有較高的機械性能，制造工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴格，安裝調試也正確，那么許多失效形式均可避免。因此，在正常工作條件下，同步帶傳動的主要失效形式為如下三種；
(1)同步帶的承載繩疲勞拉斷；
(2同步帶的打滑和跳齒；
(3)同步帶帶齒的磨損。
因此，同步帶傳動的設計淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強度，保證承線繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質較多的工作條件下應對帶齒進行耐磨性計算。
3.２.5同步帶分類
同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。
梯形齒同步帶 梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型（代號DA)和交錯齒型(代號DB〕。
梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數制。我國采用節(jié)距制，并根據ISO 5296制訂了同步帶傳動相應標準GB/T 11361～11362-1989和GB/T 11616-1989。
弧齒同步帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結構與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉。
弧齒同步帶耐磨性能好，工作時噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應用。
3.3同步帶傳動計算
3.3.1同步帶計算選型
設計功率是根據需要傳遞的名義功率、載荷性質、原動機類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素共同確定的，表達式如下：
式中 ——需要傳遞的名義功率
——工作情況系數，按表2工作情況系數選取=1.7；
表2.工作情況系數
2） 確定帶的型號和節(jié)距
可根據同步帶傳動的設計功率Pd'和小帶輪轉速n1，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。
其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3-2-2
表3-2-2
選同步帶的型號為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm
3) 選擇小帶輪齒數z1，z2
可根據同步帶的最小許用齒數確定。查表3-3-3得。
查得小帶輪最小齒數14。
實際齒數應該大于這個數據
初步取值z1=34故大帶輪齒數為：z2=i×z1=1×z1=34。
故z1=34，z2=34。
4） 確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2
小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π=8.00×34/3.14≈86.53mm
大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/π=8.00×34/3.14≈86.53mm
5） 驗證帶速v
由公式v=πd1n1/60000計算得，
s﹤vmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。
10、同步帶帶長及其齒數確定
=()
=
=719.7mm
11、帶輪嚙合齒數計算
有在本次設計中傳動比為1，所以嚙合齒數為帶輪齒數的一半，即=17。
12、基本額定功率的計算
查基準同步帶的許用工作壓力和單位長度的質量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。
所以同步帶的基準額定功率為
==0.21KW
表4-3 基準寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質量
13、計算作用在軸上力
=
=71.6N
3.3.2同步帶的主要參數（結構部分）
1、同步帶的節(jié)線長度
同步帶工作時，其承載繩中心線長度應保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在同步帶傳動中，帶節(jié)線長度是一個重要
參數。當傳動的中心距已定時，帶的節(jié)線長度過大過小，都會影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標準中，對梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產的同步帶節(jié)線長度應在規(guī)定的極限偏差范圍之內（見表4-4）。
表4-4 帶節(jié)線長度表
2、帶的節(jié)距Pb
如圖4-2所示，同步帶相鄰兩齒對應點沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號。在制造時，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標準同步帶的齒形尺寸見表4-5。
3、帶的齒根寬度
一個帶齒兩側齒廓線與齒根底部廓線交點之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強，相應就能傳動較大的裁荷。
圖4-2 帶的標準尺寸
表4-5 梯形齒標準同步帶的齒形尺寸
4、帶的齒根圓角
帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時齒根應力集中程度有關t齒根圓角半徑大，可減少齒的應力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶
齒與輪齒嚙合時的有效接觸面積城小，所以設計時應選適當的數值。
5、帶齒齒頂圓角半徑八
帶齒齒項圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時會否產生于沙。由于在同步帶傳動中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進入或退出嚙合時，
帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊，而產生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。
6、齒形角
梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動時帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內，易產生干涉。但齒形角度過大，又會使帶齒易從輪齒槽中滑出，產生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。
3.3.3同步帶的設計
在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表4-6。帶的圖形如圖4-3。
表4-6 同步帶尺寸
型號
節(jié)距
齒形角
齒根厚
齒高
齒根圓角半徑
齒頂圓半徑
H
8
40。
6.12
4.3
1.02
1.02
圖4-3 同步帶
3.3.4同步帶輪的設計
同步帶輪的設計的基本要求
1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出
由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。
2、輪齒的齒廊曲線應能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時，應使帶齒嚙入或嚙出時變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。
3、有良好的加了工藝性
加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數量與切齒了作員，從而可提高生產率，降低制造成本。
4、具有合理的齒形角
齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學和幾何參數，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產生爬齒和跳齒現(xiàn)象；而齒形角過小，則會造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。
3.4軸的設計
3.4.1 材料
可選軸的材料為45鋼，調質處理。
3.4.2 計算軸的最小直徑
電機軸的直徑為14,
由于軸的直徑小于100mm，且由3個鍵槽，故將軸徑增加15%，即
將軸徑圓整為標準直徑，取d=14mm
3.4.3 軸的結構設計
1、軸的外形結構
2、根據軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度。
（1）、根據內徑可得d67=30 mm，根據的寬度可得出L67=20 mm，右側采用軸肩定為，取d78=38 mm，L78=11 mm。
（2）、初選深溝球軸承D6204，其尺寸為dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根據裝配關系取L45=L910=15 mm 。
（3）、5處為一定位軸肩，故取d56=d89=25 mm，根據裝配關系，計算得L56=L89=383 mm 。
（4）、3處為一定位軸肩，故取d23=d910=16 mm，根據裝配關系，計算得L23=L910=33 mm。
（5）、1處為軸的最小直徑d=10 mm，攻螺紋，與螺母配合，選擇螺母為 GB/T 6172.1。通過查《機械設計手冊》的螺母厚度m=5 mm，由于采用雙螺母預緊，故取L12=L1213=19 mm。
（6）、4處為一定位軸肩，所以取d34=d1011=18 mm，根據裝配關系計算得出，L34=L1011=40 mm。
至此已經確定了軸的各段長度和直徑。
3.5軸的校核
需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗算傾角時，若支撐類型相同則只需驗算支反力最大支撐處傾角；當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時，則齒輪處傾角不必驗算。驗算撓度時，要求驗算受力最大的齒輪處，但通?？沈炈銈鲃虞S中點處撓度（誤差<%3）.
當軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平均直徑進行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度，花鍵軸還應進行鍵側擠壓驗算。彎曲剛度驗算；的剛度時可采用平均直徑或當量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計算公式見【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號，在同一平面上進行代數疊加，不在同一平面上進行向量疊加。
：通過受力分析，
最大撓度：
查【1】表3-12許用撓度；
。
3.6鍵的校核
鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得
可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為：
3.7軸承的校核
⑴、軸軸承的校核
Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負荷為19.5KN, 由于該軸的轉速是定值，所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據設計要求，應該對Ⅰ軸未端的滾子軸承進行校核。
②軸傳遞的轉矩
∴
受力
根據受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為:
在水平面：
在水平面：
∴
④因軸承在運轉中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，【4】表13-6查得載荷系數，取，則有：
⑤軸承的壽命計算:所以按軸承的受力大小計算壽命
故該軸承6206能滿足要求。
⑵、其他軸的軸承校核同上，均符合要求。
3.8刀具的設計及計算
3.8.1刀具的概述
駕駛式剪切機采用剛性切割式，運動方式選擇往復式運動。
往復式切割裝置由上、下兩組刀片組成，分動和雙動兩種運動方式。本設計采用單動運動方式。單動切割器是動刀片在定刀上作往復運動；其特點是：，刀片的行程與上、下刀片的距離均相等。
剪切機的上、下刀片形狀相同，剪切時，草兩側同時受到切割，在一個行程中，運動速度的大小有變化，合理切割的方法是利用較大的速度來剪切。刀片的速度圖如圖2—11所示。剪刀自點向右運動時，其速度自零逐漸增加，在沒有達到之前，因切刀不相接觸，不發(fā)生切割。刀片到達時，兩刀刃開始接觸，這時稱為始切速，然后刀片繼續(xù)向右運動而進入切割，直到刀片到達時，兩刀刃相向接觸完畢，這以后不再切割，這時稱為終切速。由到為切割速度的變化范圍。由圖2—11可知，大于終切速。
圖2—11 切割速度的變化
在切割過程中，有些草是在被一刀刃頂斜著推向另一刀刃和剪切機前進而向前傾斜狀態(tài)下切割的，使草叢表面稍欠平整。
3.8.2刀具的運動分析
刀片一個行程時間內機器前進的距離稱為切刀的進程，以H表示，切刀一秒鐘內運動的絕對距離為：
式中：——機器的前進速度
——刀具水平運動的距離
——輪子的周長
一個行程所需要的時間為：
一個行程運動的絕對距離：
可得切刀的進程H為：
由于端面齒輪旋轉一周刀具往復運動6次，刀具行程運動呈現(xiàn)對稱的加速減速運動，速度由變化，從0到達的所需的時間與到達0的時間均為。
運動分析可知，刀具呈現(xiàn)勻加速運動，運動方程式為：
可得：
切刀的平均速度：
將切刀的平均速度與機器的前進速度的比值稱為刀機速比。
，據類似的茶樹修剪機和采茶機的試驗分析，可得動力轉速較小的手推式剪草機傳動的效率較高。
3.8.3刀具的結構尺寸及相關參數
刀片是切割裝置的主要部件，由于使用條件和運動參數的不同，使刀片的參數隨不同的機型而有些差異。
表2—2手推式剪草機的主要參數
項目
切割器的形式
切割幅寬
刀片間距
刀片運動形式
刀片往復頻率
刀片形狀
配套動力
操作人數
凈重
手推式剪草機
往復切割
240mm
20mm
單動
860r/min
平形
149.1W
113r/min
1人
30kg
切割角的增大使切口變得不整齊。當刀片行程在時，刀片的切割角和楔角不影響剪草的質量。往復式刀刃的切割角和楔角如圖2—12所示。
圖2—12往復式刀刃的切割角和楔角
試驗分析可知行程與剪草質量的關系：
刀片的刀距行程對剪草的質量沒有顯著的影響。剪草質量比較好的行程在，碎片也相應較少。切割間距在時，切口平整；切割間距在30mm以上時，切口就不平整；切割間距大于40mm時，采摘面就象抓采樣的，漏采的也增多。
切割速度比與正常草芽葉、碎片的關系
手推式剪切機刀片的切割速度比在2.5以下時，正常芽葉多，碎片少。對采摘質量沒有大的影響。對類似作物的試驗，任何往復刀片，當切割速度比在2.5以下時，正常芽葉稍有減少的趨勢；切割速比在時，剪草質量無明顯的差別。切割速度比在小于3時，剪草面切口出現(xiàn)明顯的不平整。
表2—3往復式刀片的主要技術參數
項目
刀片
刀間距
刀高
切割角
刀角
硬度（HRC）
往復式刀片
動刀片
20mm
定刀片
3.9 端面齒輪及撥桿的設計部分
3.9.1端面齒輪和撥桿的概述
手推式剪草機中端面齒輪和撥桿一對運動組合類似于凸輪和推桿，而撥桿的運動直接影響其刀具的往復運動。由撥桿在端面齒輪凹凸曲面上的規(guī)則運動，從而帶動刀具的運動。
3.9.2 端面齒輪和撥桿的運動分析
端面齒輪的形狀如圖2—13所示：
圖2—13 端面齒輪的形狀
對撥桿的運動要求為：
當端面齒輪轉過時，推桿上升20mm；
端面齒輪再轉過時，撥桿下降20mm；
推桿繼續(xù)轉過時，撥桿又停止不動。
運動狀態(tài)如圖2—14所示。
圖2—14 運動分析圖
撥桿在端面齒輪處安裝，圖中a與b為撥桿上升對應的端面齒輪所旋轉的角度，c為。在端面齒輪上撥桿與端面齒輪接觸點旋轉的角度所對應的行程為：
式中d為撥桿與端面齒輪接觸點在端面齒輪上離中心位置的直徑大小。
圖2—15 端面齒輪的輪廓曲線
假設在端面齒輪上的運動行程為,接觸點上下運動的位移為,可得運動軌跡方程為：
在式中各參數：
為端面齒輪旋轉的角度；
k為與端面齒輪運動行程與接觸點上下運動的位移的相關參數。
代入特殊值，可得：
從而得出接觸點上下運動位移的軌跡方程為：
推程階段
遠休止階段
回程階段
近休止階段
通過上述運動分析可以求出撥桿在端面齒輪上的工作輪廓線。
由于端面齒輪為六個相同的近似于凸輪的結構。故只需研究撥桿一個往復運動的工作輪廓線即可。
計算結果可得端面齒輪的工作輪廓線對應的值
表2—4 端面齒輪的工作輪廓線
（mm）
(mm)
0
0
2.269
0.118
4.538
0.474
6.807
1.066
9.076
1.895
11.345
2.960
13.614
4.263
15.883
5.802
18.152
7.578
20.421
9.591
22.690
11.841
24.959
14.328
27.228
17.051
29.497
20.000
通過上述表中參數，我們可以近似加工出端面齒輪的工作輪廓線。度數越分的密，端面齒輪的形狀越精確。工作輪廓線如圖2—16所示。
圖2—16 端面齒輪的工作輪廓線
4 駕駛割草機三維模型展示
圖4-1 正面
圖4-2 俯視圖
圖4-3 刀片部分
總 結
本文設計了一種割草機，詳細地設計了割草機的各個部分，在全面分析各個系統(tǒng)的基礎上，對系統(tǒng)研究過程中所遇到的一些問題也進行了深入的研究。
割草機是一種具有很大的研究價值和應用前景的割草機，在不方便操作的地方都扮演著很重要的角色，本次設計對割草機的結構進行了設計，包括機身、肘關節(jié)、腕關節(jié)和手爪，主要工作如下：
l 通過功能和設計任務的分析，初步制定了割草機的總體方案。
l 接下來進行了結構的設計。
l 重要零部件的受力分析與校核。
l 電機選型與計算。
l 主要零件工程圖繪制。
通過本次設計，把大學期間所學的知識都綜合的利用起來，這再次加深了我對所學知識的印象，提高了我對知識的利用能力。但是，由于本人的水平和能力有限，本次設計一定存在一些不合理之處，希望老師給予批評和指正。
本文所完成的工作達到了預期的目標，但是仍有進一步研究的必要，需要進一步改進的工作是本文在設計時考慮到的移動割草機的工作范圍仍然是有限的，在將來可以集成更多的傳感器在的車身上，以便移動平臺能夠更好的適應室外的工作環(huán)境。
在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然做得還不是很完善，但是在設計過程中所學到的東西是這次設計的最大收獲和財富，使我終身受益。
致 謝
本論文是在導師XX的悉心指導下完成的，在這次畢業(yè)設計中，老師給了我很大的幫助，不僅讓我在規(guī)定時間能完成了畢業(yè)設計，還使我學到了很多有用的經驗。在這里我衷心的感謝高老師。我還要感謝這四年能教授我知識的老師們，還有曾經幫過我的同學們。
經過幾個月的努力，畢業(yè)設計已經接近尾聲。由于實踐經驗的匱乏，本次設計難免有考慮不周的地方。如果沒有老師的悉心指導以及本組人員的支持，恐怕設計不會這么順利完成。自開題一來老師一直認真指導設計的每個環(huán)節(jié)，從資料的查閱到具體方案的修改，老師都提出了寶貴的建議，讓我受益匪淺。除此之外，老師科學嚴謹的治學態(tài)度和淵博的專業(yè)知識更是我永遠學習的榜樣。再次對老師及本組的同學表示衷心的感謝！
最后還要感謝曾指導過和給我?guī)椭睦蠋煟∈悄銈冊浶燎诘母冻霾庞辛宋医裉熘R的積累。
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