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手推式割草機(jī) 摘 要 ：割草機(jī)是農(nóng)、牧、園藝和園林等行業(yè)必備的一種常用機(jī)械,但適合面積狹小、形狀 不規(guī)則或地形復(fù)雜的地段且操作使用便捷、靈活的小型手推式割草機(jī)卻很少見(jiàn)。為此,在研究我國(guó) 廣泛應(yīng)用的一些割草機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單實(shí)用的手推式割草機(jī) ,其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、 工作頭前伸和支架高度可調(diào);本文介紹了,手推式割草機(jī)的總體結(jié)構(gòu)、工作原理、電機(jī)選擇及傳動(dòng) 比的計(jì)算相關(guān)機(jī)構(gòu)的校核。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該機(jī)具有操作容易、使用和攜帶方便、轉(zhuǎn)向靈活等特點(diǎn) ,能 有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞：割草機(jī); 設(shè)計(jì); 手推式;簡(jiǎn)單；輕便 Lawn Mower Goes on Type Abstract：Mowing - machine is a type of machine in normal service agriculture. But hand-push minimowing - machine which is suited close - quarter or irregularity area or complex land form and easy application is absence. Based on technic of mowing- machine which extensive used at our country, a type of simple and utility portable hand-push mowing - machine was designed. The features are simple structure and lightweight and protrusive working parts and dajustable support element. This paper explanted gross structure of hand-push minimowing - machine and operating principle and selecting motor and calculation drive ration and design cutting knife. The result of testing indicate that hand-push minimowing - machine operated easy and transported convenience and turned quickly, decreased amount of labour. Key words: Mowing Machine；Design；Hand-push；Simple ；Lightweight 目 錄 摘 要： .1 關(guān)鍵詞： .1 1 緒論 .2 1.1 割草機(jī)的發(fā)展歷史 .2 1.2 我國(guó)割草機(jī)的發(fā)展 .2 1.2.1 發(fā)展?fàn)顩r .2 1.2.2 存在問(wèn)題 .3 1.3 手推式割草機(jī)的使用 .3 1.3.1 設(shè)計(jì)用途 .3 1.3.2 注意事項(xiàng) .3 2 割草機(jī)概述 .4 2.1 割草機(jī)的分類 .4 2.2 割草機(jī)割草的基本要求 .4 2.3 手推式割草機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .5 3 割草機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)和動(dòng)力機(jī)的選擇 .7 3.1 總體方案設(shè)計(jì) .7 3.2 動(dòng)力機(jī)的選擇 .7 4 割草機(jī)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) .8 4.1 齒輪傳動(dòng)的類型 .8 4.2 錐齒輪的計(jì)算 .8 4.3 齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 .12 4.4 齒輪的材料選擇及其熱處理 .12 4.5 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) .12 4.6 割草機(jī)行走車輪設(shè)計(jì) .13 5 割草機(jī)割草機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .16 5.1 刀片材料的選擇 .17 5.2 刀片的切割過(guò)程 .17 6 軸的設(shè)計(jì) .18 6.1 軸的概述 .18 6.2 割刀軸的設(shè)計(jì) .18 6.2.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .18 6.2.2 按軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 .18 6.2.3 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算 .19 6.2.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 .21 6.2.5 按軸的疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核 .22 6.3 長(zhǎng)軸的校核 .24 7 軸承的選擇及校核 .24 7.1 軸承的選擇 .24 7.2 軸承的校核 .24 參考文獻(xiàn) .26 致 謝 .27 1 1 緒論 1.1 割草機(jī)的發(fā)展歷史 在割草機(jī)問(wèn)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(dòng)的興起，人們擁有平整美觀的草地做運(yùn) 動(dòng)場(chǎng)地的要求越來(lái)越迫切。1805 年英國(guó)人普拉克內(nèi)特發(fā)明了第一臺(tái)收割谷物并能切 割雜草的機(jī)器，由人推動(dòng)機(jī)器，通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)旋刀割草，這就是旋刀割草機(jī)的雛 形。1830 年，英國(guó)紡織工程師比爾.布丁取得了滾筒割草機(jī)的專利，1832 年蘭賽姆斯 農(nóng)機(jī)公司開(kāi)始批量生產(chǎn)滾筒割草機(jī)，1902 年英國(guó)人倫敦恩斯制造了內(nèi)燃機(jī)做動(dòng)力的 滾筒式割草機(jī)，其原理至今還在使用。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，20 世紀(jì)初期，割草機(jī)就得 到了快速的發(fā)展。 改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的草坪業(yè)由興起到長(zhǎng)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(lái)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，其三是產(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(guó)引進(jìn)使用的割草機(jī)有美國(guó) 和日本等十幾個(gè)國(guó)家的幾十種機(jī)型，我國(guó)也已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)割草機(jī)，目前國(guó)內(nèi)外所用的 割草機(jī)種類繁多，其分類方法也多樣化。 1.2 我國(guó)割草機(jī)的發(fā)展 1.2.1 發(fā)展?fàn)顩r 據(jù)調(diào)查，國(guó)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(chǎng)上草坪修剪機(jī)的品牌很多，有進(jìn)口的產(chǎn)品，也有國(guó)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。 國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家主要有：中美合資江蘇淮陰泛亞園林機(jī)械有限公司，生產(chǎn)立特牌 -NEAT 草坪割草機(jī)，占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的 50%，現(xiàn)年產(chǎn) 5000 臺(tái)。目前正著手進(jìn)行年產(chǎn) 5 萬(wàn) 臺(tái)割草機(jī)的技術(shù)改造，其動(dòng)力選用日本本田發(fā)動(dòng)機(jī)。 目前，我國(guó)已經(jīng)研制開(kāi)發(fā)出來(lái)草坪割草機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，草坪割草機(jī)為現(xiàn)代城市綠化的 重要設(shè)備，目前市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)的機(jī)器均有一定的市場(chǎng)，但質(zhì)量參差不齊。對(duì)于草坪割草 機(jī)的安全指標(biāo)，僅有檢測(cè)方法，沒(méi)有現(xiàn)成的撞擊試驗(yàn)專用設(shè)備。為了對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的 測(cè)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(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化 程度高，采用了氣動(dòng)傳動(dòng)技術(shù)、機(jī)電安全鎖定機(jī)構(gòu)及氣動(dòng)調(diào)速技術(shù)，可對(duì)國(guó)內(nèi)各型 2 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(tái)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，檢測(cè)快捷，安全性高。 1.2.2 存在問(wèn)題 國(guó)內(nèi)割草機(jī)械市場(chǎng)發(fā)展緩慢，我國(guó)草坪機(jī)械產(chǎn)品全線接受檢驗(yàn)，應(yīng)用中暴露出 些質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)此，有關(guān)專家認(rèn)為，當(dāng)前我國(guó)畜牧機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量水平低的原因有以下 幾個(gè)方面。 目產(chǎn)品技術(shù)水平低。割草機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)水平高低是衡量該行業(yè)整體科學(xué)技術(shù)水平 的重要標(biāo)志之一。一段時(shí)間內(nèi)，由于資金投入嚴(yán)重不足，技術(shù)創(chuàng)新的原動(dòng)力、研發(fā)能 力、技術(shù)模仿步伐放緩甚至停頓。我國(guó)已定型的割草機(jī)械大部分屬國(guó)外上世紀(jì)的技術(shù) 水平，20 多年來(lái)基本沒(méi)有什么大的改進(jìn)與創(chuàng)新。缺乏應(yīng)有的售后服務(wù)體系。 專家分 析認(rèn)為，造成割草機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量水平低的原因有多方面，但缺乏資金投入和人才短缺 是造成研發(fā)能力和生產(chǎn)制造工藝水平低的關(guān)鍵所在。 1.3 手推式割草機(jī)的使用 1.3.1 設(shè)計(jì)用途 目前，大型生態(tài)園的綠地設(shè)計(jì)已是房地產(chǎn)開(kāi)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(dòng)力，采用尼龍繩甩打 草葉；或者是使用電動(dòng)、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(guó)內(nèi)人們生活水 平的提高，人們對(duì)居住的綠化水平要求越來(lái)越高，尤其帶花園的別墅不斷增加，更需 要開(kāi)發(fā)一種適合小面積草地、無(wú)噪音的手推式割草機(jī)。 本次設(shè)計(jì)的手推割草機(jī)是專為家庭庭院及私人花園設(shè)計(jì)的，不適用于公共設(shè)施、 公園、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、道路、農(nóng)場(chǎng)和林場(chǎng)等場(chǎng)合。 1.3.2 注意事項(xiàng) 1）不可以將手動(dòng)割草機(jī)用于割除攀藤植物、屋頂或陽(yáng)臺(tái)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(méi)有磨 損或損壞，對(duì)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(huì)飛甩出去而無(wú)法控制。 3 4）旁邊有人，尤其是兒童和動(dòng)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(huì)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(guò)導(dǎo)桿隔開(kāi)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(dòng)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(dòng)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(jiàn)度好，視野清晰的時(shí)候才可以進(jìn)行工作。 2 割草機(jī)概述 2.1 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 68km/h。提高割刀的往復(fù)次數(shù)并解決割刀的全平 衡 問(wèn)題后，作業(yè)速度可以提高到10 12km/h。往復(fù)式割草機(jī)適用于切割直立而生長(zhǎng)密 度不過(guò)分高的草坪。 旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)工作平穩(wěn)，對(duì)草坪的適應(yīng)性強(qiáng)，特別適用于稠密、倒伏、纏連的牧 草，能以8 16km/h 的作業(yè)速度工作，生產(chǎn)率高。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，單位割幅 功率消耗大。 按配套動(dòng)力和作業(yè)方式分可以分為：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(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式主要分為人畜力驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)三種形式割草機(jī)。 其中，以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的割草機(jī)最多，發(fā)動(dòng)機(jī)多為單缸汽油機(jī)。太陽(yáng)能割草機(jī)雖然已有 生產(chǎn)，但應(yīng)用較少。 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)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。 7 2.2 割草機(jī)割草的基本要求 不論是哪一種類型的割草機(jī)對(duì)草坪修剪的基本要求是一樣的： 4 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(wú) 接茬。 3）對(duì)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(duì)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。 2.3 手推式割草機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)的手推式割草機(jī)主要由汽油機(jī)、行走輪、支架、扶手架和割草機(jī)構(gòu)組 成，割草機(jī)構(gòu)是一種割刀動(dòng)力旋轉(zhuǎn)工作頭，它是在形似兩個(gè)淋浴蓮蓬頭對(duì)合而成的 a、b 殼體內(nèi)，由連接螺栓作為中心死軸，軸上裝帶有滾珠軸承的雙面圓弧錐齒輪 副；一面為齒輪副 I，同軸安裝在殼體 a 內(nèi)，齒軸與小型汽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸花鍵連接， 殼體端口連接支承管；另一面為齒輪副 II，同軸安裝在殼體 b 內(nèi)，齒軸伸出端口外； 圓盤割刀由開(kāi)有花鍵槽的托盤和壓盤夾住，套裝在齒軸上，用螺母逼緊固定，頭部裝 上割刀。 （如圖 2-1） 圖 2-1 割草機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 Fig2-1 Lawn mower internal structure schematic drawing 5 2.4 手推式割草機(jī)的工作原理 割草機(jī)以移動(dòng)式汽油機(jī)作為動(dòng)力，由汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪和割草裝置。行走機(jī)構(gòu) 采用手推車架。汽油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)長(zhǎng)軸，長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到弧形齒輪，兩個(gè)呈角度的弧形 齒輪改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，最后轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到割草裝置，割草裝置通過(guò)安裝在軸上的割刀盤 帶動(dòng)割刀旋轉(zhuǎn)完成割草作業(yè)。 圖 2-4 割草部件 Fig 2-4 Cutting grass parts 圖 2-4-1 整體示意圖 Fig 2-4-1 Overall schemes 6 3）本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是： （1）.操作容易、使用和攜帶方便； （2）.轉(zhuǎn)向靈活 ,能有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度； （3）.整機(jī)重量較低。 （4）.傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。 （5）.割草動(dòng)作沒(méi)有撕扯，對(duì)草坪更有益。 3 割草機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)和動(dòng)力機(jī)的選擇 3.1 總體方案設(shè)計(jì) 手推式割草機(jī)是由人手推動(dòng)的。查閱人機(jī)工程手冊(cè) ，人步行速度約為35 千 米/時(shí)，即4864米/分，考慮到要推動(dòng)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。 確定割草機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)： 割草機(jī)的整體寬度：713mm 割草高度：3060mm 集草類型：就地灑落 3.2 動(dòng)力機(jī)的選擇 選用的汽油機(jī) 1E139F 參數(shù)如下 汽油機(jī)型號(hào) 1E139F 汽油機(jī)型式 單缸、風(fēng)冷二沖程 最大功率 1.4/6500kw/r/min 噪聲 101dB(A) 最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 9000r/min 排量 33.6cc 油箱容積 1.0L 點(diǎn)火方式 無(wú)觸點(diǎn) 化油器型式 膜片式 起動(dòng)方式 反沖起動(dòng) 傳動(dòng)軸型式 硬軸 背帶型式 雙肩背帶 凈重 7.7kg 汽油機(jī)包裝箱尺寸（mm）330302300 7 4 割草機(jī)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的手推式割草機(jī)的傳動(dòng)部分主要是長(zhǎng)軸帶動(dòng)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，錐齒輪帶動(dòng)另 一錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)并且改變方向，最后傳到到割刀轉(zhuǎn)動(dòng)，將草坪上多余高度的草割斷。傳 動(dòng)部分的設(shè)計(jì)主要是對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)。 4.1 齒輪傳動(dòng)的類型 齒輪傳動(dòng)就裝置形式分： 1）開(kāi)式、半開(kāi)式傳動(dòng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械以及簡(jiǎn)易的機(jī)械設(shè)備中，有一些齒 輪傳動(dòng)沒(méi)有防塵罩或機(jī)殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。這種傳動(dòng)不僅 外界雜物極易侵入，而且潤(rùn)滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損，故只宜用 于低速傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)裝有簡(jiǎn)單的防護(hù)罩，有時(shí)還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱 為半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。它工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴(yán)密防止外界雜物侵入，潤(rùn) 滑條件也不算最好。 2）閉式傳動(dòng)而汽車、機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等所用的齒輪傳動(dòng)，都是裝在經(jīng)過(guò)精確 加工而且封閉嚴(yán)密的箱體(機(jī)匣)的，這稱為閉式齒輪傳動(dòng)(齒輪箱)。它與開(kāi)式或半開(kāi) 式的相比，潤(rùn)滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場(chǎng)合。 本次設(shè)計(jì)的手推式割草機(jī)割草總成部分尺寸比較小，傳動(dòng)齒輪尺寸和質(zhì)量比較小， 轉(zhuǎn)速比較高，且沒(méi)有防護(hù)罩，如果選用開(kāi)式容易損壞其壽命，因此齒輪傳動(dòng)選用閉式 傳動(dòng)。 4.2 錐齒輪的計(jì)算 （1） 選定齒輪的類型、精度等級(jí)，材料及齒數(shù) 1）按傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖所示傳動(dòng)方案，選用錐齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 2）割草機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 8 級(jí)精度。 3）材料選擇。由機(jī)械設(shè)計(jì)原理表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr 硬度為 280HBS,大 齒輪材料為 45 號(hào)鋼，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 4）選小齒輪齒數(shù) Z1=24,則大齒輪齒數(shù) 12.53.2412iZ 取 Z2=52。 （2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算， 即 8 (1)3 211 )(2HEdtt ZuTK 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）試選載荷系數(shù) 6.1t 2）由圖 10-30 選取區(qū)域系數(shù) 43.2HZ 3）由圖 10-26 查得 。65.1,870,. 211 4）許用接觸應(yīng)力 (2)MpaSKHNH5469.1lim1 (3).20.2li2 (4)PaHH 25.31/).54(/)(21 其余參數(shù)與齒輪相同。 （3）計(jì)算 1） 試算小齒輪分度圓直徑 d1t,由計(jì)算公式得 mZuTKdHEdtt 62.57)2.531894(.65.109482)(1233 2） 計(jì)算圓周速度 v smnVd /4.01602.3.574.3106 (5) 3） 計(jì)算齒寬 b mdt 62.57.1 (6) 4）計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) (7)mZdmtnt 3.241cos6.57cos 01 齒高 (8)ht .3.22. b/h=57.62/5.24=10.99 5) 計(jì)算載荷系數(shù) 9 根據(jù) V=0.4m/s，7 級(jí)精度，由圖 10-8 查得動(dòng)載荷系數(shù) 1.02，由表 10-3 查得Kv ，由表 10-2 查得使用系數(shù) ，由表 10-4 查得錐齒輪 與直齒4.1FHK1A HK 輪的計(jì)算公式相同，故 bdH 320.)6.01(8.2 將數(shù)據(jù)代入后得 2.1.).(. 32Kd 由 b/h=10.99，KH=1.323 查圖 10-13 得 KF=1.3;故載荷系數(shù) 74.10.HVA 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得 (9)mkdtt 34.596.72.5331 7）計(jì)算模數(shù) m z40.21cos4.91cos (10) （4）按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 (11)321)(cosFSdn YZKTm 計(jì)算式中各參數(shù) 計(jì)算載荷系數(shù) K 67.138.201.FVA (12) 2）根據(jù)縱向重和度 從圖 10-28 查得螺旋角影響系數(shù),93.1 8.0Y 3）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) (13)7.26cos431ZV (14)1.5332V 4）查取齒形系數(shù) 由表 10-5 查得 34.2;6.FFY 10 5）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10-5 可查得 72.1;58.1SSY 6）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較F (15)01379.5.3821FSY (16)6.42FS 大齒輪的數(shù)值大。設(shè)計(jì)計(jì)算： mYZKTmFSdn 62.1085.65.124cos038.06712)(cos23 24321 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) mn大于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模 數(shù)， 取 mn=2,已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞算得 的分度圓直徑 d1=57.62 來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有: ，取94.271cos6.57cos 01 ndZ281Z 大齒輪齒數(shù) ，取 Z2=60。6.583.12Zi 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根疲勞強(qiáng)度，并做 到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 （5）幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算中心距 mmnZa72.9014cos2)68(cos2)1( 將中心距圓整為 91mm。 2）按圓整后的中心距修正螺旋角 075.1492)608(arcos2)1(arcos nZ 因 值改變不多，故參數(shù) 等不必修正。計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑HK =58mmmmdn1.57.14cos810 11 =125mmmmZdn09.12475.cos602 計(jì)算齒輪寬度bd9.1.571 4.3 齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 齒輪傳動(dòng)是靠齒與齒的嚙合進(jìn)行工作的，輪齒是齒輪直接參與工作的部分，所以 齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損、 齒面膠合以及塑性變形等。 齒輪傳動(dòng)的失效形式不大可能同時(shí)發(fā)生，但卻是互相影響的。例如齒面的點(diǎn)蝕會(huì) 加劇齒面的磨損，而嚴(yán)重的磨損又會(huì)導(dǎo)致輪齒折斷。在一定條件下，由于上述第一、 二種失效形式是主要的，因此設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作條件分析其可能發(fā)生 的主要失效形式，以確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算是根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的失效形式進(jìn)行的。對(duì)一般齒輪傳動(dòng)， 目前廣泛采用的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度兩種計(jì)算方法足以確定其承載能力。 由于本次設(shè)計(jì)的手推割草機(jī)的齒輪傳動(dòng)屬閉式傳動(dòng)且屬于高速傳動(dòng)的硬齒面，因 此需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 4.4 齒輪的材料選擇及其熱處理 為了保證齒輪工作的可靠性，提高其使用壽命，齒輪的材料及其熱處理應(yīng)根據(jù)工 作條件和材料的特點(diǎn)來(lái)選取。 對(duì)齒輪材料的基本要求是：應(yīng)使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的 韌性，以防止齒面的各種失效，同時(shí)應(yīng)具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達(dá)到齒輪 的各種技術(shù)要求。 一般要求的齒輪傳動(dòng)可采用軟齒面齒輪。為了減小膠合的可能性，并使配對(duì)的大 小齒輪壽命相當(dāng)，通常使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面硬度高出 30-50HBS。這是因 為小齒輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強(qiáng)度低于大齒輪。為使兩齒輪 的輪齒接近等強(qiáng)度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。對(duì)于高速、重載或重要 的齒輪傳動(dòng)，可采用硬齒面齒輪組合，齒面硬度可大致相同。 綜上所述，選擇大小齒輪材料均為 20CrMnTi，滲碳后淬火處理，強(qiáng)度極限為 1100Mpa，屈服極限為 850Mpa，齒芯部硬度為 300HBS。 4.5 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 齒坯基本參數(shù)的確定： 12 1） 、軸交角 與傳動(dòng)比 ，是根據(jù)齒輪副的傳動(dòng)要求確定的。i 2） 、根據(jù)齒輪副所要傳遞的功率、扭矩，利用經(jīng)驗(yàn)公式或圖表確定小輪外端的節(jié) 圓直徑 和小輪齒數(shù) （不小于 5） 。弧齒錐齒輪的外端模數(shù) m 可以根據(jù)公式1d1z 確定。1z m 3） 、大輪的齒數(shù) 計(jì)算后圓整，且大輪與小輪的齒數(shù)之和不小于 9012zi 4） 、齒面寬 b 的確定。查表，一般選擇為 外錐距。%30 5） 、根據(jù)大輪和小輪的旋轉(zhuǎn)方向確定齒輪的旋向。齒輪的旋轉(zhuǎn)方向是根據(jù)傳動(dòng)要 求確定的，它的選擇要保證齒輪副在嚙合的過(guò)程中有互相推開(kāi)的軸向力。 6） 、為了保證齒輪副具有一定的重合度，應(yīng)選擇合適的螺旋角，一般選擇位 35 度?？梢愿鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)表格來(lái)選取適當(dāng)?shù)穆菪?，并可根?jù)公式計(jì)算相應(yīng)的重合度。B 為 齒寬， 為外錐距， 為中點(diǎn)錐距， 為內(nèi)錐距， 為端面重合度。eRiRFm ieie Fb12bK 3eF )(1KPtgtF 7） 、壓力角的確定。壓力角一般有 16、19、20、21.5、22.5、25 度等，弧齒錐齒 輪一般用 20 度。壓力角太小減小了齒輪的強(qiáng)度，并容易發(fā)生根切，但柔性增大；壓 力角太大容易使得齒頂變尖，降低重合度。小轎車為了降低噪聲、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，采用小 壓力角。載重汽車一般用大的壓力角，以增大齒輪的強(qiáng)度。 8） 、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)與側(cè)隙。查表，一般當(dāng)小輪齒數(shù) 12 時(shí)，齒頂高系1z 數(shù)為 0.85，頂隙為 0.188，則工作齒高系數(shù)為 1.7，全齒高系數(shù)為 1.888。側(cè)隙查表選 取。 9） 、變位系數(shù)的選擇。根據(jù)傳動(dòng)比與齒輪的齒數(shù)查表。 參數(shù)確定如下： 1）選用弧齒錐齒輪傳動(dòng);齒輪精度為 8 級(jí); 2）計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 由于汽油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 n1=6500 r/min，根據(jù)傳動(dòng)比 i=2.13，則小齒輪的轉(zhuǎn)速為 n2=6500/2.13=3050r/min， 大齒輪功率近似 P=1.4kw 4.6 割草機(jī)行走車輪設(shè)計(jì) 割草機(jī)的行走輪由內(nèi)齒輪和輪胎組成。內(nèi)齒輪根據(jù)前面的設(shè)計(jì)要求材料選取 45 鋼。輪胎在此不僅僅與內(nèi)齒輪輪配合，也是與地面抓合產(chǎn)生動(dòng)力的關(guān)鍵所在，因此輪 13 胎的大小尺寸應(yīng)與割草機(jī)的整體形狀和尺寸緊緊相連。輪胎的外徑是 =260mm,而 其具體形狀是參照現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)中驅(qū)動(dòng)輪的形狀尺寸，外圈材料為橡膠。 選取外輪直徑： =260mm,由公式 n=v/D 得：外輪的轉(zhuǎn)速 n=48 103/260 3.14 58r/min。 行走輪的具體結(jié)構(gòu)及尺寸如圖 4-1、4-2。 圖 4-3 行走輪效果圖 Fig 4-3 Wheel rendering 14 圖 4-4 行走輪 Fig 4-4 Wheel 材料選擇依據(jù)： 45號(hào)鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼,硬度不高易切削加工,模具中常用來(lái)做模板、梢子、 導(dǎo)柱等,但須熱處理。 調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特 別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨。 可用調(diào)質(zhì)表面淬火提高零件表面硬度。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,儀器設(shè)備的功率越來(lái)越大,轉(zhuǎn)速越來(lái)越快,振動(dòng)和噪聲的 危害也越來(lái)越突出。振動(dòng)和噪聲不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量和操作精度、縮短產(chǎn)品壽命、危及 安全性,而且污染環(huán)境，影響人身健康。 因此,掌握振動(dòng)與噪聲控制技術(shù)是各國(guó)工業(yè)發(fā)展面臨的重大課題。消除振動(dòng)和噪聲 的有效方法之一是減少振動(dòng)源的振動(dòng)和隔離振動(dòng)的傳遞。目前廣泛使用的方法是利用 橡膠材料與骨架材料(如金屬、纖維、工程塑料等)復(fù)合制成的功能裝置或特殊的橡膠 粘彈性高阻尼材料來(lái)消除振動(dòng)源的振動(dòng)沖擊和吸收噪聲。這種橡膠減震功能裝置已廣 泛應(yīng)用于飛機(jī)、艦船、汽車、火車和建筑工程等方面以及儀器儀表的振動(dòng)隔離。 橡膠材料減震主要承受壓縮應(yīng)力、剪切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)力矩以及兩種或兩種以上應(yīng)力的復(fù) 合作用,在保證機(jī)車的高速性、舒適性和安全性方面起著重要作用。 15 5 割草機(jī)割草機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 手推式割草機(jī)的割草機(jī)構(gòu)如圖 5-1 和 5-2 所示 圖 5-1 刀片 Fig5-1 blade 圖 5-2 托盤壓盤 Fig5-2 Tray pressure plate 16 割草機(jī)割草機(jī)構(gòu)由壓盤、托盤和刀片組成，刀片在壓盤和托盤中間，在壓盤外面， 由螺母扭緊固定。 5.1 刀片材料的選擇 割草機(jī)刀片必須采用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼材，經(jīng)過(guò)特殊熱處理工藝保證刀片有較高的強(qiáng) 度、鋒利度、耐磨性、抗沖擊韌性。刀架及刀片外形應(yīng)該符合空氣動(dòng)力學(xué)要求，盡量 減少運(yùn)動(dòng)時(shí)的空氣阻力，以降低功率消耗。裝配、調(diào)整刀具時(shí)，必須保證兩端力矩平 衡，以減少振動(dòng)和噪聲。 刀片材料選用優(yōu)質(zhì)合金鋼。在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素 而構(gòu)成的鐵碳合金。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに?，可獲得高強(qiáng)度、 高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無(wú)磁性等特殊性能。 5.2 刀片的 切割過(guò)程 在刀片割草的過(guò)程中，刀片和草是一對(duì)矛盾。要弄清切割過(guò)程的實(shí)質(zhì)，必須先了 解這兩方面的性質(zhì)和特點(diǎn)，才能進(jìn)一步分析它們的相互作用。 草的橫截面呈扁平或槽型。非均勻體在不同方向上的機(jī)械性能并不相同（稱為各 向異性） ，這是與均勻材料（各向同性）顯著不同的特點(diǎn)。草的剛度很小，極易彎曲， 到一定撓度時(shí)，就會(huì)失去穩(wěn)定而彎折。 利用工具所施加的壓力來(lái)破壞材料相互之間聯(lián)系使之分離的機(jī)械加工過(guò)程，都稱 之為“切” 。刀片的切割過(guò)程同刀具切削金屬的過(guò)程及沖模沖剪材料的過(guò)程本質(zhì)是不 同的。刀片的斷面呈薄的楔形，前后兩個(gè)刃磨面組成的楔角的頂部就是刃口。刀片的 “切割”過(guò)程同“切削”及“沖剪”之不同，在于前者是利用刃口對(duì)材料產(chǎn)生很大的 單位應(yīng)力，使刃口穿透入被切材料之中來(lái)破壞材料。 齒刀片的切割過(guò)程是，刀片以齒尖刺穿草面，將其斷面分割開(kāi)；隨著齒尖的繼續(xù) 插入，由于草的強(qiáng)度各向異性的特點(diǎn)，纖維之間很容易沿橫向被撕開(kāi)，因而受到削弱。 草被齒尖刺入后也不會(huì)再沿刀刃向外滑出，所以被割斷。 17 6 軸的設(shè)計(jì) 6.1 軸的概述 軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件都必須安裝在軸上才 能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞。因此，軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。 按照承受載荷的不同，軸可以分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類。工作中既能承受彎 矩又能承受扭矩的稱為轉(zhuǎn)軸。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸。只承受扭矩而 不承受彎矩的軸稱為傳動(dòng)軸。還有很多種不同的分類方法，在此就不一一列出。 6.2 割刀軸的設(shè)計(jì) 6.2.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 已知軸的最小直徑為：9.7mm 將此值圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。取為 10mm,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 選取軸承安端的直徑為 10mm。具體尺寸如圖示： 圖 6-1 割刀軸結(jié)構(gòu)圖 Figure 6-1 Cuts the cutter bar structure drawing 6.2.2 按軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 這種方法是只按軸所承受的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果還受有不大的彎矩時(shí)，則 用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法以考慮。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法以初步 估算軸徑。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： TTt dnpW32.095 式中： T 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPa； T 軸所受的扭矩，單位 Nmm； 18 WT 軸的抗扭截面系數(shù)，單位為 mm3； n 軸的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； p 軸傳遞的功率，單位為 KW； d 計(jì)算截面處軸的直徑，單位為 mm； T 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPa； 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 t=155MPa t= =2.64MPa t=155MPa326.019 95 軸的直徑合格 6.2.3 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算 通過(guò)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力 的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎扭合成強(qiáng) 度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。一般軸用這種方法計(jì)算即可。其計(jì)算步驟如下： 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型） 軸所受的載荷是從軸上零件傳來(lái)的。計(jì)算時(shí)，常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力， 其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中心 點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方 式有關(guān)，深溝球軸承支反力的作用點(diǎn)就在軸承的中心線上與軸垂直。 在作計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，應(yīng)先求出軸上受力零件的載荷（若為空間力系，應(yīng)把空間力 分解為圓周力、徑向力和軸向力，然后把它們?nèi)哭D(zhuǎn)化到軸上） ，并將其分解為水平 和垂直分力，然后求出各支承處的水平反力和垂直反力。 a) 作出彎矩圖 根據(jù)上述簡(jiǎn)圖，分別按水平和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果作 出水平面上的彎矩 MH 圖和垂直面上的彎矩 MV 圖；然后按下式計(jì)算總彎矩并作出 M 圖； 2VHM b) 作出扭矩圖 如下圖 13 所示 c) 校核軸的強(qiáng)度 已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足 19 的截面）作彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力 24ca 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力 是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭矩切 應(yīng)力 則常常不是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合 系數(shù) ，則計(jì)算公式 224ca 式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力。當(dāng)扭矩切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取 =0.3；當(dāng)扭轉(zhuǎn) 切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取 =0.6；若扭矩切應(yīng)力亦為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取 =1； 對(duì)于直徑為 D 的圓軸，彎曲應(yīng)力 ，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ，將 和WMWT2 代入上式，則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為 1 22224Tca 式中： ca 軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為 MPa； M 軸所承受的彎矩，單位為 Nmm； T 軸所受的扭矩，單位為 Nmm； W 軸的抗彎截面系數(shù)，單位為 mm3； -1 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力；查表選取； 軸主要是承受是扭矩，承受很少的彎矩，受力簡(jiǎn)圖如下圖所示 圖 6-2 軸受力簡(jiǎn)圖 Figure 6-2 Axis stress diagram 20 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖與扭矩圖： 圖 6-3 彎矩圖 Figure 6-3 Bending-moment diagram 圖 6-4 扭矩圖 Figure 6-4 Torque chart Mmax=37.68NM Tmax=140.52N.M 6.2.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最在彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度。 根據(jù)上式及上求數(shù)值，并取 =0.6，軸上的計(jì)算應(yīng)力3222222 61.04503784WaTMaTWca 21 =52.52MPa -1 前已選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 查得 -1=60MPa。故安全。 6.2.5 按軸的疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核 這種校核計(jì)算的實(shí)質(zhì)在于確定變應(yīng)力情況下軸的安全程度。在已知軸的外形、尺 寸及載荷的基礎(chǔ)上，即可通過(guò)考慮分析確定出一個(gè)或幾個(gè)危險(xiǎn)截面（這時(shí)不僅要考慮 彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的大小，而且要考慮應(yīng)力集中和絕對(duì)尺寸等因素的影響程度） ， 求出計(jì)算全安系數(shù) Sca 并應(yīng)使其稍大于或至少等于設(shè)計(jì)安全系數(shù) S，即Ssca2 僅有法向應(yīng)力時(shí)，應(yīng)滿足 SKSm1 僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時(shí)，應(yīng)滿足 SSma1 設(shè)計(jì)安全系數(shù)數(shù)值可按下述情況選取。 S=1.31.5，用于材料均勻，載荷與應(yīng)力計(jì)算精確時(shí)； S=1.51.8，用于材料不夠均勻，計(jì)算精確度較低時(shí)； S=1.82.5，用材料均勻性及計(jì)算精確度很低，或軸的直徑大于 200mm 時(shí)。 軸的直徑最小處在兩端裝齒輪和帶輪的地方，因?yàn)檩S的直徑最小所以最有可以成 為危險(xiǎn)截面。 第一個(gè)危險(xiǎn)截面處右側(cè) 抗彎截面系數(shù) W=0.1d 3=0.1253=1562.5mm3 抗扭截面系數(shù) W T=0.2d3=0.2263=3125mm3 截面左側(cè)的彎矩為：M=37.68NM 截面上的扭矩為：T=140.52NM 按第三強(qiáng)度理論： 22 -1MPaTMW125.935.162403781 22 軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查 -1=275mpa B=640Mpa -1=155MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及 按機(jī)械設(shè)計(jì)附表 3-2 查取。因 r/d=1/26=0.038 ,D/d=30/26=1.15,經(jīng)插值后可查得 = 2.14 = 1.7 又由附圖 3-1 可得軸的材料的敏性系數(shù)這 q =0.6 q =0.65 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式 684.1.26011k 575q 由附圖 3-2 得尺寸系數(shù) =0.8 ；由附圖 3-3 得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) =0.95。 軸按精車加工，由附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 = =0.8 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 q=1，則按式得綜合系數(shù)值為 35.218.0.641kK7.95. 又得碳鋼的特性系數(shù) =0.1 =0.05 于是計(jì)算安全系數(shù) Sca 值按式則得 8.2701.435.271 maKs 59.124.28.711a ssSsca 9.15.222 故其可以安全。 23 6.3 長(zhǎng)軸的校核 長(zhǎng)軸只受到扭轉(zhuǎn)的作用，因此需按扭轉(zhuǎn)應(yīng)力來(lái)校核軸的強(qiáng)度。 長(zhǎng)軸的扭矩： /min9541.9542056Nm 6KWrPT 由強(qiáng)度條件， ，最小截面為邊長(zhǎng)為 5 的正方形截面。查 材料力學(xué)p96 表得 maxT a=0.208 maxa33205679.8Mpabh 對(duì)于鋼材來(lái)說(shuō)，許用剪應(yīng)力一般按（0.6-0.8）b/n，n 為安全系數(shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)P770 表得 40Cr 的 b=750Mpa 計(jì)算得 ，滿足強(qiáng)度條件。max 故長(zhǎng)軸安全。 7 軸承的選擇 及校核 7.1 軸承的選擇 根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小，功率消耗小，機(jī)械效率 高，易起動(dòng)；尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，具有互換性，便于安裝拆卸，維修方便；精度高，轉(zhuǎn)速高， 磨損小，使用壽命長(zhǎng)；適用于大批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此 在一般機(jī)器中應(yīng)用較廣，但滾動(dòng)軸承也有噪音大、徑向尺寸過(guò)大、軸承座的結(jié)構(gòu)比較 復(fù)雜、成本較高等缺點(diǎn)。 7.2 軸承的校核 按照軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇 6000Q，其額定動(dòng)載荷 =15.0kN, 額定靜載荷rC =10.0kN。軸承壽命可由式OrC 24 進(jìn)行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用，所以 ，查機(jī) 610()thPCfLhn rPF 械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)314 頁(yè)表 16-5、6、7 取 取 。1,.2,tpf3 求相對(duì)軸向載荷對(duì)應(yīng)的 e 值與 Y 值 按表 13-5 注 1，對(duì)深溝球軸承取 =11.3，則相0f 對(duì)軸向載荷為 ，在表中介于 0.1720.345 之間，對(duì)0CFfa1.320/.6 應(yīng)的 e 值為 0.190.22，Y 值為 2.301.99。 用線性插值法求 Y 值 Y=1.99+ 2.319.3450.26.30.7 故 X=0.56 Y =2.203 求當(dāng)量動(dòng)載荷 P P= = prafXF1.205672.03451 驗(yàn)算 6200 深溝球軸承的壽命， 601()()48hCLnP年 因此所該軸承符合求。 25 參考文獻(xiàn) 1 王少懷， 徐東安. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 2 濮良貴, 季名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì). 第八版M北京：高等教育出版社，2006 3 劉鴻文. 材料力學(xué). 第四版M北京：高等教育出版社，2004 4 丁玉蘭. 人機(jī)工程手冊(cè)M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008 5 陳傳強(qiáng). 草坪機(jī)械使用與維護(hù)手冊(cè)M北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2002 6 毛謙德. 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 7 王萬(wàn)均. 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1973 8 邵陸濤. 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法M北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2007 9 李炳威. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)M北京：科學(xué)出版社，1981 10 吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)M北京：高等教育出版社 1999 11 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畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè) 計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)，并很認(rèn)真的幫助我解決設(shè)計(jì)過(guò)程 中碰到的難題，對(duì)一些零部件的設(shè)計(jì)上也給了我很多好的建議，這使我的眼界更加的 開(kāi)闊了，也使自己的設(shè)計(jì)更加合理。同時(shí)我還要感謝四年當(dāng)中對(duì)我進(jìn)行教育的各位老 師，正是通過(guò)這四年的認(rèn)真學(xué)習(xí)，為我的這次順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 沒(méi)有他們的培養(yǎng)教育，我也不可能順利的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，對(duì)湯老師以及四 年當(dāng)中對(duì)我進(jìn)行教育的各位老師表示我最真誠(chéng)的尊敬和最真摯的感謝。 由于本人的學(xué)識(shí)水平、時(shí)間和精力有限，文中肯定有許多不盡人意和不完善之處， 我將在以后的工作、學(xué)習(xí)中不斷以思考和完善。 在此由衷感謝答辯組的各位老師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)和教誨，我也在努力地積蓄著力量， 盡自己的微薄之力回報(bào)母校的培育之情，爭(zhēng)取使自己的人生對(duì)社會(huì)產(chǎn)生一些積極的價(jià) 值！