茶樹修剪機的設(shè)計

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1、分類號 TH6 單位代碼 11395 密 級 學 號 0805250113 學生畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 茶樹修剪機的設(shè)計 作 者 張立奎 院 (系) 能源工程學院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 指導教師 拓耀飛 答辯日期 2012 年 5 月 27 日

2、 榆 林 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信責任書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果。畢業(yè)設(shè)計（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 本人畢業(yè)設(shè)計（論文）與資料若有不實，愿意承擔一切相關(guān)的法律責任。 論文作者簽名:

3、 年 月 日 榆林學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要 茶樹修剪機是基于生產(chǎn)過程中茶樹修剪的實際需要而設(shè)計的高效茶樹修剪設(shè)備，主要用于茶樹的深修剪和重修剪。 本次設(shè)計的是手推式茶樹修剪機，避免了背負式和手提式的負荷作業(yè)。整個設(shè)計經(jīng)歷了茶樹修剪機總體、傳動系統(tǒng)和機架等的設(shè)計過程。首先進行茶樹修剪機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括設(shè)計步驟、設(shè)計構(gòu)思和擬定傳動方案；其次進入到零部件的選型和設(shè)計，依次包括汽油機的型號選擇、普通V帶傳動系統(tǒng)的設(shè)計、刀片的設(shè)計、軸的設(shè)計校核以及機架的設(shè)計。其中，設(shè)計的弧形刀刃能鎖緊

4、茶樹枝干，增加了切口的平整度，將對茶樹的傷害降到最低；最后階段進行了零件圖和裝配圖的繪制工作。 本次設(shè)計的茶樹修剪機可以實現(xiàn)茶樹的機械化修剪，能降低勞動強度，有效的提高了生產(chǎn)效率，保證鮮葉品質(zhì)，符合清潔化規(guī)模生產(chǎn)的要求，降低了生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞：茶樹修剪機；傳動系統(tǒng)；弧形刀片 I 榆林學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） The Design of the Tea Tree Trimmers ABSTRACT Tea tree pruning machine is designed based on the actual needs of the tea tree

5、 pruning in the production process and high tea tree trimming equipment, mainly for deep pruning and heavy pruning of tea. The design of the push tea trimmers can avoid the knapsack and hand-held load operation. The design experience of the tea tree trimmers consist of the transmission system and

6、rack design process in general. Firstly，it needs to conduct overall structural design of the tea tree trimmers, including the design steps, design ideas and the development of the transmission scheme; Secondly，it is going on the selection and design of components, followed by gasoline model to selec

7、t the ordinary V-belt drive system design, blade design axis of the design check and design of the rack. Among them, the curved blade can lock tea tree branches to increase the flatness of the incision, the design will decrease tea tree damage to a minimum; In the final stage, it has to go on the

8、drawing of the parts and assembly drawings. The designed tea tree trimmers can be mechanized pruning of tea , can also reduce labor intensity, improve production efficiency, at the same time, it can ensure the quality of fresh leaves, in line with the requirements of the clean-scale production and

9、 even reduce production costs. Key words：Tea tree trimmers; Transmission system ; Curved blade III 榆林學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1設(shè)計目的及意義 1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 設(shè)計的主要技術(shù)指標 3 2 設(shè)計構(gòu)思 5 2.1 設(shè)計步驟 5 2.2 機器的結(jié)構(gòu)構(gòu)思 5 2.3 擬定傳動方案 6 3 零部件的選

10、型和設(shè)計 7 3.1汽油機型號的選擇 7 3.1.1 汽油機的功率計算 7 3.1.2 選取的汽油機型號 8 3.2 普通V帶傳動系統(tǒng)的設(shè)計 8 3.2.1 帶Ⅰ的設(shè)計 9 3.2.2 帶Ⅱ的設(shè)計 12 3.2.3 帶輪Ⅰ的設(shè)計 13 3.2.4 帶輪Ⅱ的設(shè)計 14 3.2.5 帶輪Ⅲ和Ⅳ的設(shè)計 15 3.3 刀片的設(shè)計 15 3.3.1 刀片材料的選擇 16 3.3.2 刀片的結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 3.3.3 刀片加工路線的制定 17 3.4 軸的設(shè)計和校核 18 3.4.1 軸Ⅰ的設(shè)計 18 3.4.2 軸Ⅱ的設(shè)計 22 3.4.3 軸Ⅲ的設(shè)計 25 3.5

11、機架的設(shè)計 28 3.5.1機框的設(shè)計 28 3.5.2 機頭的設(shè)計 29 3.5.3 機架的結(jié)構(gòu)圖 30 3.5.4 機架高度的調(diào)節(jié) 31 結(jié) 論 33 參考文獻 35 致 謝 37 附 錄 39 附錄A 帶Ⅱ的設(shè)計過程 39 附錄B 軸Ⅱ的設(shè)計過程 43 III 榆林學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 1.1設(shè)計目的及意義 茶葉是我國傳統(tǒng)的經(jīng)濟作物。據(jù)2010年《茶葉藍皮書》指出：2009年中國茶園種植面積達186萬hm2，產(chǎn)茶量135萬噸，居世界第一；茶葉出口30.3萬噸，創(chuàng)匯7.05億美元，總量和金額連續(xù)6年創(chuàng)

12、歷史新高。中國茶葉經(jīng)濟進入了快速發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大[1]。但在目前情況下，大多數(shù)的茶農(nóng)對茶樹的深修剪或重修剪一般都采用的是人工用大剪刀進行修剪，這樣不僅勞動強度大而且生產(chǎn)效率非常低。所以茶農(nóng)迫切需要茶樹修剪機來對茶樹進行深修剪和重修剪。 本次設(shè)計就是想研發(fā)出一種手推式茶樹修剪機，避免了手提式或背負式的負荷作業(yè)，能有效的提高生產(chǎn)效率，保證鮮葉品質(zhì)，實現(xiàn)高要求的清潔化規(guī)模生產(chǎn)，降低勞動強度，降低生產(chǎn)成本。同時，設(shè)計的弧形刀刃能鎖緊茶樹枝干，增加了切口的平整度，將對茶樹的傷害降到最低。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國采茶機械研究開發(fā)工作始于1958年，至今

13、已走過50多年漫長曲折的歷程。1965年以前，主要是根據(jù)我國茶園特點對采茶機的采摘原理而動力類型進行反復的研究和選擇。此后，采茶機的研制工作在我國各產(chǎn)茶省普遍展開。到70年代后期，先后提出過十多種單人采茶機型，并組織過幾次全國性的對比實驗，但最終因這些機具動力、軟軸不過關(guān)和機器本身制造質(zhì)量水平不高，未能在生產(chǎn)中大量應(yīng)用。到70年代末期，受日本機械化茶樹修剪的影響，我國開始了茶樹修剪機的研制。這一時期開發(fā)的數(shù)種平形、弧形往復切割式以及各種輕、深、重茶樹修剪機，因機具的動力需向日本引進，而且還受制造廠企業(yè)規(guī)模的限制，部分零部件的質(zhì)量欠穩(wěn)定，因此推廣應(yīng)用進展較慢。80年代末期，我國開始與國外合資生產(chǎn)

14、茶樹修剪機，在杭州和長沙先后組建了浙江川崎茶葉機械有限公司和長沙落后茶葉園林機械有限公司。這兩家合資企業(yè)均從日本進口零部件進行裝配成臺，為了抓住這一契機，農(nóng)業(yè)部等部門自80年代末期開始，一方面組織各主要采茶省的有關(guān)機械廠家對茶樹修剪機的生產(chǎn)技術(shù)進行引進、吸收，加速國產(chǎn)茶樹修剪機的發(fā)展速度，另一方面大力抓推廣應(yīng)用工作，從而使我國的茶樹修剪機機械化事業(yè)步入了新的發(fā)展階段。 為了滿足國內(nèi)茶區(qū)對茶樹修剪機的需求，我國有關(guān)部門十分重視和支持國內(nèi)有關(guān)廠家采取多種形式生產(chǎn)茶樹修剪機。例如完全國產(chǎn)、主件進口配件國產(chǎn)和散件進口國內(nèi)組裝等。浙江川崎茶葉機械有限公司和長沙落合茶葉園林機械有限公司為進口日本散件在國

15、內(nèi)組裝修剪機的中外合資廠家，而杭州采茶機械廠、南昌飛機制造公司、寧波電機廠、無錫揚名采茶機廠，福州建新農(nóng)機廠和泰州林業(yè)機械廠等，以零部件全部國產(chǎn)或個別零件進口，大部分零部件式生產(chǎn)茶樹修剪機。 我國茶樹修剪機械化事業(yè)之所以長期徘徊不前，主要原因之一是國產(chǎn)的修剪機械質(zhì)量不過關(guān)，這主要是我國小型動力機、機械加工、技術(shù)設(shè)備水平低和原材料質(zhì)量不高等綜合因素造成的。近幾年來，國內(nèi)有關(guān)部門認真總結(jié)了經(jīng)驗教訓，開始重視對國外茶樹修剪機技術(shù)的消化吸收，從而設(shè)計開發(fā)了符合我國國情的茶樹修剪機械，并形成了自己的特色，加之國內(nèi)綜合工業(yè)的水平的不斷提高，使我國國產(chǎn)的茶樹修剪機械現(xiàn)已接近國外進口同類機械的水平。

16、1.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀 國外對茶樹修剪機的研制工作起步比較早。在茶樹修剪機械的研制與開發(fā)過程中，尤以日本、前蘇聯(lián)等一些茶葉種植發(fā)達國家研究的較深，開發(fā)的重修剪機型號也較多。例如，日產(chǎn)的E7B-750型單人修剪機配日本單缸二沖程1.03kw（1.4馬力）汽油機，采用平刀片往復式切割，切割幅寬750mm。具有以下特點：①重量輕，方便單人操作，平形、弧形樹冠均可使用，適應(yīng)性好；②發(fā)動機性能好，操作簡便，機身上設(shè)有停車按鈕及汽油機調(diào)試控制手柄，刀片動、停、快、慢控制十分方便。 早在80年代末期，日本川崎茶機和落合茶機公司先后進入中國，在國內(nèi)引進組裝采茶機和茶樹修剪機等，基本上占領(lǐng)了中國的茶樹修剪

17、機市場，取得了良好銷售業(yè)績[2]。此外，日本的小松和德國施蒂爾等園林綠化修剪機也在中國茶園中得到大量推廣應(yīng)用，還有日本共立、新大華、本田，意大利紅葉、美國百力通、臺灣海馬等。 目前，國外對茶樹的輕、中修剪機械的研制及應(yīng)用均已成熟，并進入大面積應(yīng)用推廣期。 1.3 設(shè)計的主要技術(shù)指標 本次設(shè)計的主要技術(shù)指標如下： （1）刀具的使用壽命：420h左右 （2）修剪樹高：50-70cm （3）修剪幅寬：500cm （4）工作效率：最高0.24hm2/h； （5）切口的平整度：平均80%

18、 2 設(shè)計構(gòu)思 2.1 設(shè)計步驟 （1） 查閱大量的茶樹和茶樹修剪設(shè)備的相關(guān)文獻 （2） 根據(jù)機器的技術(shù)指標、工作場所等進行設(shè)計分析 （3） 初步確定整臺機器的結(jié)構(gòu), 擬定傳動方案 （4） 具體零部件的選型、設(shè)計校核 （5） 裝配圖和零件圖的繪制 2.2 機器的結(jié)構(gòu)構(gòu)思 目前，茶樹修剪機都是在戶外工作，動力不宜選取電動機，一般首選小型的汽油

19、機。在能達到動力輸出要求的前提下，為了降低生產(chǎn)成本，傳動方式首選普通V帶傳動。為了達到設(shè)計幅寬的要求，在機架的前排并列的安置了三個刀片及帶輪結(jié)構(gòu)，在軸的兩端安裝軸承可以實現(xiàn)軸的固定?？紤]到要降低勞動強度，可以采用手推式作業(yè)，將設(shè)計的各個構(gòu)件裝置在機架上。并且，在機架的前端可以裝上機頭，有利于修剪作業(yè)。綜合考慮上述技術(shù)指標、機器的經(jīng)濟性和所需傳動的準確性，擬定了整臺機器的示意圖 1—汽油機 2—帶輪 3—V帶 4—軸 5—機頭 6—刀片 7—定位銷 8—機架把手 圖2-1 機器的示意圖 注：在圖中刀片（6）的位置處，垂直紙面并列的安置了三個刀片及帶輪結(jié)構(gòu)。 2.3 擬定傳動方案

20、 根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)構(gòu)思，擬定了兩種傳動方案。 以下圖中的三個刀片結(jié)構(gòu)是垂直于紙面并列安置在機架上的，以求達到設(shè)定的修剪幅寬。 方案一： 圖 2-2 第一種傳動方案 方案二： 圖2-3 第二種傳動方案 方案一中的動力直接通過V帶，從汽油機輸送到帶輪上，方案二的動力則是通過聯(lián)軸器和減速器傳輸?shù)綆л喩系?，提高了機器的生產(chǎn)成本，同時也增大了機器的結(jié)構(gòu)尺寸。因此，從機器整體結(jié)構(gòu)的緊湊性、經(jīng)濟性和傳動所需要的準確性方面考慮，決定采用第一種傳動方案。 3 零部件的選型和設(shè)計 基于上述設(shè)計構(gòu)思確定的傳動方案，接下來就可以進行具體零部件的設(shè)計。本章的主要內(nèi)容包括汽油

21、機型號的選取、普通V帶傳動系統(tǒng)的設(shè)計、刀片的設(shè)計、軸的設(shè)計校核和機架的設(shè)計。其中，V帶傳動系統(tǒng)的設(shè)計包括帶的設(shè)計和帶輪的設(shè)計兩部分內(nèi)容。 3.1汽油機型號的選擇 查閱茶樹修剪的相關(guān)資料，確定刀片的切削力、轉(zhuǎn)速和切削半徑，基于上述參數(shù)可以計算出刀片的功率，進而可以選定汽油機的型號。確定有關(guān)參數(shù)如下： （1）刀片的切削力F=100N； （2）刀片切削的最大半徑R=50mm； （3）刀片轉(zhuǎn)速n=1500r/min； （4）每級普通平帶的傳動效率1=0.94； (5) 汽油機的效率； 圖3-1 刀片示意圖 3.1.1 汽油機的功率計算

22、 3.1.2 選取的汽油機型號 查閱文獻[7]，選擇由上海三菱重工業(yè)（上海）有限公司生產(chǎn)的型號為GM182LN的汽油機，啟動方式為反沖起動器或電起動器，額定功率P=3.3kw，額定轉(zhuǎn)速n1=1800r/min,扭矩T=23.1N.m,外形尺寸為317.5×354.5×353mm，凈重15.8kg。 3.2 普通V帶傳動系統(tǒng)的設(shè)計 普通V帶傳動系統(tǒng)的設(shè)計主要內(nèi)容包括：帶Ⅰ、帶Ⅱ的設(shè)計以及相應(yīng)帶輪的設(shè)計。各帶及帶輪在傳動機構(gòu)中的位置如圖3-2所示： 圖3-2 帶及帶輪示意圖圖 由于帶Ⅱ和帶Ⅲ的設(shè)計要求一樣，故只需設(shè)計帶Ⅱ。 以下公式、查閱的圖表如不特別說明，均來自文獻

23、[8]。 3.2.1 帶Ⅰ的設(shè)計 （1）確定計算功率Pca1 表3-1工作情況系數(shù)KA 工 況 KA 空、輕載起動 重載起動 每天工作小時數(shù)/h <10 10~16 >16 <10 10~16 >16 載荷變動微小 液體攪拌機，通風機，和鼓風機（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機、輕型輸送機 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 載荷變動小 帶式輸送機（不均勻載荷）、通風機（>7.5kW）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機、發(fā)電機金屬切削床、旋轉(zhuǎn)篩、劇木機和木工機械

24、 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷變動較大 制磚機、斗式提升機、往復式水泵和壓縮機、起重機、磨粉機、沖剪機、橡膠機械、振動篩、紡織機械、重載運送機 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.4 載荷變動很大 破碎機（旋轉(zhuǎn)式。顎式等）、磨碎機（球磨、棒磨、管磨） 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 由表3-1查得Ka=1.1，由文獻中公式得 （3-1） （2）選擇普通V帶的型號 根

25、據(jù)Pca1=3.63kw，n1=1800r/min，查閱文獻中普通V帶選型圖，選用A型普通V帶。 （3）確定帶輪的直徑dd1和dd2 查閱文獻，選取dd1=125mm，并且。 大帶輪的直徑為 根據(jù)普通V帶輪的標準直徑系列表，選取標準值dd2=150mm。 則實際的傳動比 從動輪的轉(zhuǎn)速為=1500r/min 從動輪的轉(zhuǎn)速誤差為： 在±5%的范圍內(nèi)，為允許值。 （4）驗算帶速V1 由帶速公式得 （3-2）

26、=11.8m/s。 在5~30m/s的范圍內(nèi)，故帶Ⅰ的速度大小合適。 （5）定帶的基準長度Ld1和實際中心距ai 按結(jié)構(gòu)設(shè)計要求初定中心距，由初選帶傳動的中心距公式得： 0.7（dd1+dd2）

27、 （3-5） =409mm 中心距范圍 （6）驗算小帶輪的包角的大小 由小帶輪包角公式得 （3-6） =177o 因為=177o>90o,故包角的大小合適。 （7）確定V帶的根數(shù)Z1 根據(jù)dd1=125mm，n1=1800r/min,查文獻中V帶基本額定功率表，用插值法得：P01=2.255kw。 查文獻中表得，帶長度修正系數(shù)KL1=0.93。 查得包角修正系數(shù)Ka1=0.99。 根據(jù)傳動比i=1.2，

28、查V帶額定功率的增量表得，。 由確定帶的根數(shù)公式得： （3-7） 圓整后得Z1=2。 （8）求初拉力F01及帶輪上的壓力FP1 查得A型普通V帶每米質(zhì)量q=0.10kg/m。 根據(jù)公式得單根V帶I的最小初拉力為 （3-8） =131.2N 對于新安裝的V帶Ⅰ，初拉力 帶作用于軸上的壓軸力公式為 （3-9）

29、 =786.9N （9）設(shè)計結(jié)果 對于帶I,選擇2根型號為A-1250GB/T11544-1997的皮帶，中心距為ai=409mm，帶輪直徑dd1=125mm，dd2=150mm，軸上的壓力FP1=786.9N。 3.2.2 帶Ⅱ的設(shè)計 （1）帶Ⅱ上的功率為 P1=P2==3.1kw 主動輪的轉(zhuǎn)速為nI=1500r/min,從動輪的轉(zhuǎn)速為nII=1500r/min。 （2）確定計算功率Pca2 表3-2 工作情況系數(shù)KA 工 況 KA 空、輕載起動 重載起動 每天工作小時數(shù)/h <10 10~16 >16

30、 <10 10~16 >16 載荷變動微小 液體攪拌機，通風機，和鼓風機（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機、輕型輸送機 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 載荷變動小 帶式輸送機（不均勻載荷）、通風機（>7.5kW）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機、發(fā)電機金屬切削床、旋轉(zhuǎn)篩、劇木機和木工機械 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷變動較大 制磚機、斗式提升機、往復式水泵和壓縮機、起重機、磨粉機、沖剪機、橡膠機械、振動篩、紡織機械、重載運送機 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.4 載荷變動很大 破碎機（旋轉(zhuǎn)式。顎

31、式等）、磨碎機（球磨、棒磨、管磨） 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 由表3-2得KA=1.1， 帶Ⅱ上的功率為Pca2=KAP1==3.4kw 由于以下計算過程與上述相同，故略去。詳細計算過程見附錄一，這里只給出計算結(jié)果。 （3）計算結(jié)果 對于帶II,選用2根A-1000GB/T11544-1997的皮帶，中心距aI=300mm，帶輪的直徑ddI=125mm，ddII=125mm，軸上的壓力FP2=769.2N。 表3-2 帶明細表 型號 根數(shù)Z 中心距a/m

32、m 軸壓力Fp/N 帶I A-1250GB/T11544-1997 2 409 786.9 帶Ⅱ A-1000GB/T11544-1997 2 300 769.2 3.2.3 帶輪Ⅰ的設(shè)計 由設(shè)計文獻可知，當帶輪基準直徑時，帶輪采用腹板式。 為了使V帶工作面與帶輪的輪槽工作面緊密貼合，V帶輪輪槽的工作面夾角做成了34o<40o。 查文獻[6]中表5.3-39得，帶輪寬 B=（z-1）e+2f (3-10) 式中：z-輪槽數(shù)； e-槽間距，mm； f-槽邊距，mm； 取e=15mm，f=11mm，代入數(shù)

33、據(jù)得2輪槽的帶輪寬度B1=37mm。 參照文獻[8]中圖8-14（b），即可得到V帶輪的結(jié)構(gòu)及尺寸公式，進而得到帶輪Ⅰ的結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖所示 圖3-3 帶輪Ⅰ的結(jié)構(gòu)圖 其中技術(shù)上要求鑄造帶輪的輪槽工作面不應(yīng)有砂眼、氣孔，其他部分不應(yīng)有縮孔等鑄造缺陷。 3.2.4 帶輪Ⅱ的設(shè)計 帶輪Ⅱ的設(shè)計步驟與帶輪Ⅰ的相同，為了便于加工，帶輪Ⅱ的結(jié)構(gòu)、加工方法以及表面粗糙度均與帶輪Ⅰ相同，不同的是帶輪的基準直徑，結(jié)構(gòu)圖如下 圖3-4 帶輪Ⅱ的結(jié)構(gòu)圖 3.2.5 帶輪Ⅲ和Ⅳ的設(shè)計 由于帶輪Ⅲ和Ⅳ的基準直徑相同，安裝處的軸直徑相同（見下文），為了便于加工，取用和帶輪Ⅰ完全相

34、同的帶輪。 3.3 刀片的設(shè)計 刀片是個核心部件，現(xiàn)在國產(chǎn)刀片的壽命一般在300h以上。其設(shè)計內(nèi)容主要包括材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及加工工藝的制定。其在傳動機構(gòu)中的位置可見圖3-5所示： 圖3-5 刀片示意圖 3.3.1 刀片材料的選擇 刀片在高速的環(huán)境下工作，在剪切過程中，會受到很大的摩擦力和擠壓力。因此，制造刀片的材料要具有較高的硬度、耐磨性及韌性，基于上述要求，查閱文獻[6]中表2.8-38，選擇牌號為W18Cr4V的高速工具鋼作為刀片的材料。 W18Cr4V是應(yīng)用最廣的高速工具鋼，其性能有：具有較高的硬度，熱處理后硬度可達到63-66HRC,抗彎強度可達到35

35、00MPa，易于磨削加工。優(yōu)點：通用性好，工藝成熟。 3.3.2 刀片的結(jié)構(gòu)設(shè)計 刀片的結(jié)構(gòu)采用圓形的刀盤，兩邊裝有兩個對稱的刀片，刀片是一次性鑄造而成的，滾刀在高速旋轉(zhuǎn)的同時與樹干緊密接觸，將樹干一層層刨削掉。 由于刀刃有一個半徑為30mm的弧度，能很好的鎖緊樹干，順勢把樹枝割斷，降低了撕裂度，增加了切口的平整度。其結(jié)構(gòu)示意圖如下： . . 圖3-6 刀片結(jié)構(gòu)示意圖 3.3.3 刀片加工路線的制定 高速工具鋼的加工工藝已經(jīng)成熟，完全可以加工出上述結(jié)構(gòu)的刀片。刀具從選材到包裝，經(jīng)過精細打磨，需要30多道工序才能完成。 （1） 刀具制造工序流程 剪板（開料）→沖

36、坯 →打嘜→沖眼→調(diào)直→迫刀→熱處理→水磨（單面、雙面磨）→打砂（打刀背、打刀面、打刀柄）→拋光（機拋）→開刃口（機械開刃口）→打披鋒→釘?shù)丁⑺堋凇牡丁蛩ド皫АD→表面處理。 （2） 刀具的熱處理工藝 刀具的熱處理工藝：根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)的特殊性及使用要求，對刀具進行熱處理時需先進行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度28～32HRC。待半精加工完成后，再進行表面滲氮處理，滲氮層厚度0.4～0.6mm，硬度600～750HV。熱處理后應(yīng)保證刀具不變形，達到設(shè)計精度要求。 3.4 軸的設(shè)計和校核 本章軸的設(shè)計主要包括軸I、軸II、軸III和軸IV的設(shè)計及校核。各軸在傳動機構(gòu)中的位置見圖3-7

37、。 圖3-7 軸示意圖 3.4.1 軸Ⅰ的設(shè)計 （1）軸Ⅰ的設(shè)計計算 P4=P12=3.30.94=3.1kw 1）選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 由于我們設(shè)計的軸對材料無特殊要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由文獻[8]中軸的常用材料及其主要力學性能表查得抗拉強度極限=640MPa，許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa。 2）按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑DI 查得A0=112cm。 由軸的直徑公式可得 (3-11) = ≈14.3mm 對于d100mm的軸，最小軸徑處有1個鍵槽時，應(yīng)將軸徑增大5%～7%，為

38、15.0mm～15.3mm。 取DI=20mm。 3）設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)并繪制機構(gòu)草圖 a.確定各軸段的直徑 帶輪的另一端需要軸肩定位，由DI=20mm，軸肩高度h1=（0.07～0.1）DI =（1.4～2.0）mm。 取h1=3mm,則DII=DI+2h1=26mm。 直徑為DII處的軸段是一軸環(huán)，軸環(huán)的寬度L11.4h1=2.4mm，取L1=26mm。 再由h2=（0.07～0.1）DII=（1.82~2.6）mm。 取h2=2mm，則DIII=DII+2h2=30mm，這段

39、軸是用來安裝軸承的。 查文獻[6]中表4.2-57，初步選用型號為6406 GB/T 276-1994的軸承，軸承寬度B=23mm，軸承內(nèi)圈安裝尺寸damin=39mm，軸承內(nèi)圈端面直徑d≈48.6mm軸肩的高度。 取DIV=42mm， 第V段軸也是來安裝軸承的，故DV=DIII=30mm。 軸承另一端需要軸肩定位，damin

40、II=DVI=26mm DIII=DV=30mm DIV=42mm b.確定各軸段長度 根據(jù)汽油機的高度及整機結(jié)構(gòu)，確定軸Ⅰ的總長為400mm。 由上述帶輪Ⅰ的設(shè)計可知，帶輪Ⅰ的寬度B1=37mm。 查閱文獻[6]中高強度墊圈表3.2-92（GB/T 3632-1995），墊圈選用鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型螺栓用墊圈，最大厚度Smax=4.8mm。 直徑為DI處的軸段主要是用來安裝2個2輪槽的帶輪輪槽的帶輪，根據(jù)帶輪寬度、墊圈的厚度以及安裝的結(jié)構(gòu)確定此處的軸長LI=140mm。 直徑為DII處的軸段長度，可以根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，確定軸承端面和帶輪的距離為LII=24mm。 直徑為DIII處的軸

41、段長度是軸承的寬度LIII=B=23mm。 直徑為D7處的軸段是用來安裝刀片，根據(jù)刀片的厚度、螺母的長度以及墊片的厚度確定軸長為LVII=50mm。 直徑為D5處的軸段也是用來安裝軸承，長度LV=23mm。 直徑為D6處的軸段和D2處一樣長LVI=24mm。 最后留下的軸長就是第4段軸的長度了，LIV=116mm。 軸Ⅰ的最終尺寸如下圖所示： 圖3-8 軸Ⅰ結(jié)構(gòu)圖 （2）軸Ⅰ的校核 圖3-9 軸Ⅰ的作用力示意圖 基于上述示意圖，按照彎扭合成應(yīng)力公式校核軸的強度。 以B為基點，由∑MB=0得： FNC×139-Fp1×270+Fp2×208+Fr×84=0 由

42、∑Fy=0得： Fr+FNB+Fp1-FNC-Fp2=0 式中：Fr=100N,Fp1=787N，F(xiàn)p2=769N 代入數(shù)據(jù)解得：FNB=199.5N（↑）,FNC=317.5N(↓) 根據(jù)文獻[9]中的知識，繪制的彎矩圖和扭矩圖如下 圖3-10 軸Ⅰ力矩圖 從彎矩圖和扭矩圖可以看出C點和D點是危險截面，需要校核。 C點在豎直面內(nèi)： 彎矩： MVC=Fr×223+FNB×139≈50031N.mm 扭矩: TC=9.55×106×≈19737N.mm 由軸的彎扭合成強度公式得：

43、 (3-12) 式中：≈0.6； 代入數(shù)據(jù)得： ≈19MPa<60MPa D點在豎直面內(nèi)： 彎矩： MVD=Fr×292+FNB×208-FND×69≈48789N.mm 扭矩: TC=9.55×106×≈19737N.mm 代入數(shù)據(jù)得： ≈47MPa<60MPa 故軸Ⅰ的設(shè)計滿足要求。 (3) 軸承的選擇和校核 因FNB

44、 GB/T 276-1994的軸承，基本額定動載荷C=47500N。 由軸承的基本額定動載荷公式得： (3-13) 式中:； 查閱文獻[8]，取軸承的預(yù)期計算壽命Lh’=18000h。 查文獻[8]，取載荷系數(shù)fp=1.8，則滾動軸承的當量動載荷。 代入數(shù)據(jù)得： C1=6718N

45、承座，最終將軸承座通過12個直徑為7mm的螺栓固定在軸承支架上，進而就可以固定軸承了。軸承座的結(jié)構(gòu)圖如下： 圖3-11 軸承座結(jié)構(gòu)圖 軸承在機架上的定位圖如下： 圖3-12 軸承座定位圖 （5）鍵的選擇 考慮到此處連接需要結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中性要好，故選用平鍵連接。查閱文獻[6]中普通平鍵型式尺寸表5.1-32，選用鍵6×110GB/T 1096-2003的圓頭普通A型平鍵。 3.4.2 軸Ⅱ的設(shè)計 （1） 軸Ⅱ的功率計算 1) 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 因我們設(shè)計的軸對材料無特殊的要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處

46、理，其抗拉強度極限，許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa 由于以下的設(shè)計步驟和內(nèi)容與軸Ⅰ相似，故這里只給出軸Ⅱ的結(jié)構(gòu)圖和校核的過程（詳細的設(shè)計過程請見附錄二） 2）軸Ⅱ的最終結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： 圖3-13 軸Ⅱ結(jié)構(gòu)圖 （2）軸Ⅱ的校核 圖3-14 軸Ⅱ的作用力示意圖 基于上述示意圖，按照彎扭合成應(yīng)力公式校核軸的強度 以B’為基點，由∑MB’=0得： FNC’×139-Fp2×230+Fp2×193+Fr×84=0 由∑Fy=0得： Fr+FNB’+Fp2-FNC,-Fp2=0

47、 式中: Fr=100N,Fp2=769N 代入數(shù)據(jù)解得：FNB’=44.3N（↑），F(xiàn)NC’=144.3N(↓) 繪制的彎矩圖和扭矩圖如下 圖3-15 軸Ⅱ力矩圖 從彎矩圖和扭矩圖可以看出C’點和D’點是危險截面，但C’點軸的直徑大于D’點的，所以只需要校核D’點 D’點在豎直面內(nèi)： 彎矩： MVD’=Fr×277+FNB’×193-FNC’×54≈28458N.mm 扭矩: TC=9.55×106×≈18463N.mm 式中：≈0.6； 代入數(shù)據(jù)得：

48、 ≈38MPa<60MPa 故軸Ⅱ的設(shè)計滿足要求。 (3）軸承的選擇和校核 因FNB’

49、096-2003的圓頭普通A型平鍵。 3.4.3 軸Ⅲ的設(shè)計 1）軸Ⅲ的功率計算 1) 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 因我們設(shè)計的軸對材料無特殊的要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其抗拉強度極限，許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa 2）軸Ⅲ的最終尺寸如下圖所示： 圖3-16 軸Ⅲ結(jié)構(gòu)圖 （2） 軸Ⅲ的校核 圖3-17 軸Ⅲ的作用力示意圖 基于上述示意圖，按照彎扭合成應(yīng)力公式校核軸的強度 以b為基點，由∑Mb=0得： FNc×139-Fp2×193+Fr×84=0 由∑Fy=0得： Fr+FNb+Fp2-FNc=0 其中：Fr=100

50、N，F(xiàn)p2=769N 代入數(shù)據(jù)解得：FNb=138.3N（↑），F(xiàn)Nc=1007.3N(↓) 根據(jù)材料力學中的知識，繪制的彎矩圖和扭矩圖如下 圖3-18 軸Ⅲ力矩圖 從彎矩圖和扭矩圖可以看出c點是危險截面，需要校核。 c點在豎直面內(nèi)： 彎矩： MVc=Fr×223+FNb×139≈41524N.mm 扭矩: Tc=9.55×106×≈17190N.mm 式中：； 代入數(shù)據(jù)得： ≈16MPa<60MPa 故軸Ⅲ的設(shè)計滿足要求。 （3）軸承的選擇和校核 因FNb

51、用即可。 由FNc=144.3N,n4=1500r/min，初選型號為6406 GB/T 276-1994的軸承，基本額定動載荷C=47500N。 式中：； 取軸承的預(yù)期計算壽命Lh’=18000h。 取載荷系數(shù)fp=1.8，則滾動軸承的當量動載荷 代入數(shù)據(jù)得： C3=21293N

52、的尺寸。機框是用來放置汽油機、安置機頭和車輪支撐軸的，進而才能安裝傳動軸、帶輪和帶?；谠O(shè)計參數(shù)，綜合考慮，就可以設(shè)計出機架的整體結(jié)構(gòu)尺寸。 3.5.1機框的設(shè)計 （1）設(shè)計參數(shù) 1）修剪幅寬為500mm 2）汽油機量15.8kg，外形尺寸317.5×354.5×353mm 3）人的身高估計為160cm （2）設(shè)計過程 根據(jù)汽油機的外形尺寸可以定出安裝動力處的位置尺寸，由于人的身高為160mm，斜坡處的水平長度為277mm，故傾斜角為 安裝支撐軸處的直徑選為標準系列內(nèi)的51mm，修剪幅寬為500mm，故機框的寬度為500mm，其他尺寸的設(shè)計參見非標件的設(shè)計，這里過程略去。

53、 設(shè)計的機框的結(jié)構(gòu)尺寸如下所示 圖3-19 機框 3.5.2 機頭的設(shè)計 機頭的作用是在修剪機向前移動的過程中，將茶樹的枝干分開，使其更好地與刀片接觸，刀片可以鎖緊枝干，降低切口的撕裂度。 機頭的材料選用40Cr的鋼材，厚度取為10mm，長度就是修剪幅寬500mm。 為了在夾角的最低處能將枝干固定住，便于刀片的切割，留出了一定的弧度，故機頭夾角設(shè)計為58o。 最終的機頭結(jié)構(gòu)圖如下所示： 3-20 機頭 3.5.3 機架的結(jié)構(gòu)圖 最終機架的結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖3-21 機架的結(jié)構(gòu)圖 3.5.4 機架高度的調(diào)節(jié) 為了實現(xiàn)茶樹修剪機高度的調(diào)節(jié)，設(shè)

54、計一系列不同規(guī)格直徑的車輪，這樣就可以實現(xiàn)修建高度的自調(diào)了。 車輪直徑的尺寸系列有：1400mm，1200mm，1000mm三種規(guī)格。 結(jié) 論 這次畢業(yè)設(shè)計，從總體上來講，主要可以分為兩個階段： 第一個階段是以查閱大量的資料為基礎(chǔ)，進行總體設(shè)計和零部件的設(shè)計。首先要確定茶樹修剪機的總體的結(jié)構(gòu)和傳動方案，再進入到零部件的設(shè)計。整個設(shè)計過程中，對公式的應(yīng)用比較多，加上大量的計算和

55、參閱資料，感覺比較枯燥，大多結(jié)構(gòu)與尺寸都要計算或借鑒可靠的設(shè)計原則經(jīng)驗而得出。主要是刀片和機架都是非標件，結(jié)構(gòu)很難確定，為此我專門了解了刀具的設(shè)計資料，最終采用弧形的刃口來切割茶樹枝干，可以降低對茶樹的損傷。機架的結(jié)構(gòu)尺寸只能根據(jù)技術(shù)指標和設(shè)計的各個零部件的尺寸來確定。 第二個階段是圖紙的繪制以及設(shè)計說明書的編寫。這個階段我需要完成刀具和帶輪的零件圖以及裝配圖的繪制。對機械制圖和公差配合等知識要求較高，先需要查閱大量的資料，然后再根據(jù)設(shè)計好的尺寸結(jié)構(gòu)進行繪制和標注。 這次設(shè)計中不足之處在于自己設(shè)計方面的知識很匱乏，導致我設(shè)計過程進展的很困難。例如：在設(shè)計機架時，我只能根據(jù)緒論里的技術(shù)指標以

56、及設(shè)計好的各個零部件的尺寸來確定機架的尺寸，尤其在設(shè)計各個零件之間如何固定連接很困難。 設(shè)計期間，我過得非常充實，在一次次解決困難的過程中，我一次次體會到解決難題后的喜悅。通過這次設(shè)計提高了我收集資料的能力、思維能力、解決問題的能力以及繪圖等各方面的能力。 參考文獻 [1] 胡健，何增富，詹國祥等．茶樹修剪采摘機械的現(xiàn)狀及展望[J]．農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2011，37（5）：21. [2] 權(quán)

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59、程材料[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2009． [16] 陸玉，馮立艷．機械設(shè)計課程設(shè)計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2010. 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計能夠順利地完成，我要感謝那些所有給予我關(guān)心和幫助的人。 首先，我要向我的指導老師拓耀飛老師致以由衷的感謝和誠摯的敬意，他的指導為我提供了設(shè)計的主題思想，設(shè)計過程中，他給予了我最直接的指導和幫助，耐心的向我傳授設(shè)計的方法和思路。無論是理論的運用，還是零部件的設(shè)計計算，他都及時給予我指點，解答疑惑，使

60、我能更深入、更快的開展設(shè)計工作。在設(shè)計說明書的編寫過程中，他給我提出了寶貴的意見，并且給與細致的指導，使其得以不斷的改進和完善。在此，謹向拓老師致以衷心的感謝和敬意！ 其次，我要感謝的是我的同伴們——同設(shè)計組的所有同學。在整個設(shè)計過程中，遇到不清楚的地方，大家一起討論、翻閱資料、出謀劃策，尋求最佳的解決方案。正是有他們的幫助，整個設(shè)計過程才能進行的那么順利。 再次，我要感謝的是大學四年里所有教過我的老師和我們的輔導員，感謝他們四年來對我的諄諄教誨和和真心的關(guān)懷。我還要感謝我們08級機械專業(yè)所有的同學，有你們的陪伴，我的大學生活才會更加的豐富多彩。 最后要感謝的是我的家人，是他們養(yǎng)育了我，

61、教我做人做事的道理。沒有他們的辛苦付出，沒有他們的無私的支持和關(guān)懷，我不可能安心、順利的完成大學學業(yè)。在這里向敬愛的家人表達深深的謝意！ 附 錄 附錄A 帶Ⅱ的設(shè)計過程 帶II在傳動系統(tǒng)中的位置可見圖A1 圖A1 （1）帶Ⅱ上的功率為 P1=P2==3.1kw 主動輪的轉(zhuǎn)速為nI=1500r/min,從動輪的轉(zhuǎn)速為nII=1500r/min （2）確定計算功率Pca2 表A1 工作情況

62、系數(shù)KA 工 況 KA 空、輕載起動 重載起動 每天工作小時數(shù)/h <10 10~16 >16 <10 10~16 >16 載荷變動微小 液體攪拌機，通風機，和鼓風機（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機、輕型輸送機 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 載荷變動小 帶式輸送機（不均勻載荷）、通風機（>7.5kW）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機、發(fā)電機金屬切削床、旋轉(zhuǎn)篩、劇木機和木工機械 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷變動較大 制磚機、斗式提升機、往復式水泵和壓縮機、起重

63、機、磨粉機、沖剪機、橡膠機械、振動篩、紡織機械、重載運送機 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.4 載荷變動很大 破碎機（旋轉(zhuǎn)式。顎式等）、磨碎機（球磨、棒磨、管磨） 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 由表A3-2得KA=1.1。 Pca2=KAP1==3.4kw 由于以下計算過程與上述相同，故略去。詳細計算過程見附錄一，這里只給出計算結(jié)果。 （3）選擇普通V帶的型號 根據(jù)Pca2=3.4kw，nI=1500r/min,選用A型普通V帶。 （4）確定帶輪基準

64、直徑ddI、ddII 選取ddI=125mm，且ddI=125mm>75mm。 大帶輪直徑為：=125mm。 選取標準值為125mm，則實際的傳動比為I，從動輪的實際轉(zhuǎn)速分別為： =1 =1500r/min 從動輪的轉(zhuǎn)速誤差率為： 在±5%的范圍內(nèi)，為允許值。 （5）驗算帶速V2 由式得 =9.8m/s 在5~30m/s的范圍內(nèi)，故帶Ⅱ的速度大小合適。 （6）確定帶的基準長度Ld2和實際中心距aI 按結(jié)構(gòu)設(shè)計要求初定中心距a02 由相應(yīng)計算公式得 0.07（ddI+ddII）

65、mm90o,故小帶輪的包角大小合適。 （8）確定V帶的根數(shù)Z2 根據(jù)ddI=125mm

66、，nI=1500r/min,用插值法得：P02=2.255kw。 帶長度修正系數(shù)KL2=0.89，包角修正系數(shù)Ka2=1。 根據(jù)傳動比I=1，查表得額定功率增量為：。 = =1.7 圓整后得帶II的根數(shù)為：Z2=2。 （9）求初拉力F02及帶輪上的壓力FP2 查得A型普通V帶的每米質(zhì)量為q=0.10kg/m。 單根V帶II的最小初拉力(F0)min2為 = =128.2N 對于新安裝的V帶Ⅱ，初拉力(F0)2=1.5(F0)min2=1.5128.2=192.3N。 作用于軸上的軸壓力 FP2= = =769.2N （10）計算結(jié)果 對于帶II,選用2根A-1000GB/T11544-1997的皮帶，中心距aI=300mm，帶輪的直徑ddI=125mm，ddII=125mm，軸上的壓力FP2=769.2N。 附錄B 軸Ⅱ的設(shè)計過