環(huán)保草坪修剪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計含14張CAD圖
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附錄1:外文翻譯
割草機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計與受力分析
關(guān)鍵詞:割草機(jī)，修剪灌木，修剪角落，應(yīng)力分析
摘要
隨著人們生活條件的日益苛刻，國內(nèi)日益增多的城市綠地草坪機(jī)械已進(jìn)入快速發(fā)展時期。摘要:通過對現(xiàn)有割草機(jī)存在的問題進(jìn)行研究分析，結(jié)合創(chuàng)新思維方式，基于系統(tǒng)理論，提出了制約割草機(jī)創(chuàng)新設(shè)計的因素，即修剪灌木和草坪與修剪邊角機(jī)械一體化，創(chuàng)新設(shè)計出小面積的綠地服，同時具有低噪音、環(huán)保的多功能割草機(jī)。并利用計算機(jī)軟件對割草機(jī)的重要部件進(jìn)行力學(xué)分析。
1 .介紹
割草機(jī)是農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、園藝和園林行業(yè)必不可少的一種通用機(jī)械，但適用于體積小、形狀不規(guī)則或地形起伏大且操作復(fù)雜、使用方便、靈活緊湊的割草機(jī)很少見到。為此，在基礎(chǔ)研究中廣泛應(yīng)用了一些割草機(jī)技術(shù)，設(shè)計了一種簡單實用的割草機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、工作頭突出高度可調(diào)的特點。我國生產(chǎn)的割草機(jī)起步較晚，一般是小型制造企業(yè)，產(chǎn)品使用比較單一，沒有規(guī)?；?，所以長割草機(jī)主要是進(jìn)口的。我們的割草機(jī)主要從日本、美國、意大利、瑞典等國家進(jìn)口，進(jìn)口價格從幾千到幾百萬不等。
2 .創(chuàng)新與創(chuàng)新設(shè)計——基于系統(tǒng)約束理論的創(chuàng)新思維方式。
“創(chuàng)新”的起源可以追溯到1912年，美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家約瑟夫·熊彼特的《經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)論》一書。創(chuàng)新是新的生產(chǎn)要素與生產(chǎn)條件相結(jié)合的生產(chǎn)制度的引入。包括:引進(jìn)新產(chǎn)品，引進(jìn)新的生產(chǎn)方法，開拓新的市場，獲取原材料或半成品的新的供應(yīng)來源，創(chuàng)建新的經(jīng)營組織形式。 [ 1 ]創(chuàng)新設(shè)計是指設(shè)計師在設(shè)計中充分的創(chuàng)造性思維、科學(xué)、技術(shù)、文化、藝術(shù)、社會、經(jīng)濟(jì)等特征，設(shè)計出一種新穎性、創(chuàng)造性和實用性的新產(chǎn)品的實踐，其目的是在產(chǎn)品概念設(shè)計階段產(chǎn)生新的市場競爭力概念或創(chuàng)意最有可能的創(chuàng)造性解決方案。創(chuàng)新設(shè)計就是要設(shè)定一個具體的目標(biāo)，然后找到實現(xiàn)這一目標(biāo)的正確路徑。設(shè)計問題是多種多樣的，根據(jù)設(shè)計問題的類型，需要采取不同的解決和創(chuàng)新策略以及相應(yīng)的設(shè)計方法。針對不同類型的設(shè)計問題制定了相應(yīng)的解決策略。[ 2 ]在本文中，一種基于系統(tǒng)理論的約束創(chuàng)新思維方法是對現(xiàn)有割草機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。解決問題的系統(tǒng)創(chuàng)新思維分為三個步驟: [ 3 ]通過充分條件解決重建問題；2項戰(zhàn)略；3應(yīng)用相關(guān)思維激勵工具。該方法提供了對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和創(chuàng)新解決方案的客觀評價，指出方案滿足兩個充分條件將被視為創(chuàng)新設(shè)計。這兩個條件是完全封閉的世界條件和質(zhì)量變化條件。[ 4 ]
3 .割草機(jī)案例研究
3.1對目前割草機(jī)存在的問題進(jìn)行初步分析，主要是單一的功能只能執(zhí)行一項工作，人們要做不同的事情，如割草修剪灌木，就需要不同的設(shè)備來完成這項工作，從而增加了不便的成本。而且他們用內(nèi)燃機(jī)作為動力，噪音大，污染大，同時能耗也大，不能滿足國家的節(jié)能要求。隨著我國人民生活水平的提高，人們對綠色生活的認(rèn)識水平要求越來越高，特別是在社區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校和辦公環(huán)境周邊的綠色區(qū)域越來越高，需要開發(fā)出一種適合小面積草坪、低噪音、易操作、用途廣泛的割草機(jī)。
3.2在回答問題時
( 1 )割草高度可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整，適應(yīng)高度調(diào)整范圍，當(dāng)草坪修剪低能耗要求達(dá)到要求時。
( 2 )割草整齊、平整，割草前行程一致，兩個作業(yè)行程銜接順暢。
( 3 )割草機(jī)質(zhì)量好，故障少，節(jié)能，效率高。
( 4 )操作方便，輕巧靈活，結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)和調(diào)試，割草機(jī)零部件均為標(biāo)準(zhǔn)件，零部件通用性和互換性強。
( 5 )采用電機(jī)驅(qū)動低噪聲。
( 6 )上加割草修剪灌木功能。
3.3有系統(tǒng)的創(chuàng)新思維解決問題
3.3.1總體方案設(shè)計手推式割草機(jī)采用手動驅(qū)動。搜索《人體工程學(xué)手冊》，人的行走速度約為3 - 5公里/小時，即48 - 64米/分鐘，考慮到推式割草機(jī)切割，選定人的行走速度為48米/分鐘，即0.8米/秒。人為因素的平均高度，設(shè)計扶手和支架尺寸，并根據(jù)性別和年齡對扶手的高度和長度進(jìn)行設(shè)計調(diào)整。站立工作的大小關(guān)系到手術(shù)的進(jìn)行，以及身體對空間的需求。本文將修剪高度可調(diào)的割草機(jī)、修剪器和灌木修剪器的邊角，通過融合創(chuàng)新設(shè)計和使用電機(jī)驅(qū)動，低碳環(huán)保，低噪音，特別是對小型靜音場所要求較高的場所。
3.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新包括:
( 1 )在原有割草機(jī)的基礎(chǔ)上增加修剪灌木的工具，使其具有修剪灌木的功能。修剪灌木部分是高度和角度可調(diào)的，工具可調(diào)角度是180 1856前沿的先進(jìn)材料和工程技術(shù)II度可調(diào)修剪30cm高度，以適應(yīng)不同高度不同形狀的灌木。傳動軸與工具連接，方便工具通過萬象調(diào)整截面高度和角度。通過固定桿松開工具本體，連接桿兩端分別設(shè)有鎖緊結(jié)構(gòu)，鎖緊結(jié)構(gòu)需要調(diào)節(jié)工具的高度和角度時，鎖緊結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)完成閉合。為了適應(yīng)刀具高度的變化，我們設(shè)計了伸縮結(jié)構(gòu)調(diào)度軸，采用花鍵連接。
( 2 )為解決割草機(jī)死的問題，增加了外部割草刀片。安裝在安裝支架上的外部割草機(jī)刀片修剪襯套。外部割草刀采用齒輪傳動結(jié)構(gòu)，并依靠支架附在機(jī)體上獲得動力。
( 3 )為實現(xiàn)修剪灌木和割草轉(zhuǎn)換兩種功能，在割草機(jī)上增加一個分流器，通過分流器離合器控制電機(jī)的換向，即把動力傳遞給兩個傳動軸。驅(qū)動軸連接在割草機(jī)底部的刀片上，完成割草工作。另一個連接到前割草機(jī)的修剪器驅(qū)動軸襯套部分，用于完成修剪器襯套或拐角的構(gòu)造工作。為了減輕自身割草機(jī)的重量，修剪機(jī)和灌木角修剪機(jī)可以非常方便地拆卸和安裝。割草和修剪灌木不是同時進(jìn)行的，驅(qū)動軸通過超越離合器與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接。當(dāng)電動割草機(jī)正向工作時，修剪灌木時電動機(jī)反轉(zhuǎn)。可逆電機(jī)反轉(zhuǎn)控制按鈕調(diào)節(jié)割草機(jī)扶手。所述軟件的三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1角剪電動割草機(jī)均勻內(nèi)部結(jié)構(gòu)
3.3.3應(yīng)力分析
為了保證割草機(jī)的使用壽命，應(yīng)用軟件對割草機(jī)的重要部件進(jìn)行了三維應(yīng)力分析，具體如下。選擇驅(qū)動齒輪軸材質(zhì)為40Cr。根據(jù)UG庫材料對應(yīng)的國產(chǎn)材料牌號，采用相應(yīng)的材料40Cr對Tron _ 40錐齒輪軸進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。最大應(yīng)力為38.08 MPa，遠(yuǎn)小于材料許用應(yīng)力。
圖2錐齒輪軸應(yīng)力分析圖
4 .結(jié)論
本文提出了一種基于系統(tǒng)理論的約束創(chuàng)新思維方法，對現(xiàn)有割草機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。理論上通過采用創(chuàng)新設(shè)計將修剪高度可調(diào)的割草機(jī)、灌木修剪機(jī)和邊角修剪機(jī)融合在一起，創(chuàng)新設(shè)計采用電機(jī)驅(qū)動，低碳環(huán)保，低噪音，特別是對于小型場地和在場地靜音要求較高的場所使用。同時割草機(jī)通過創(chuàng)新設(shè)計，具有使用方便、攜帶方便、靈活的特點，可以有效降低勞動強度。
附錄2:外文原文
任務(wù)書
論文(設(shè)計)題目：環(huán)保草坪修剪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
工作日期：2017年12月18日 ~ 2018年05月18日
1.選題依據(jù):
為適應(yīng)小面積和特殊區(qū)域草坪的使用和發(fā)展, 應(yīng)研制一種無動力環(huán)保節(jié)能草坪修剪機(jī)
。該類草坪修剪機(jī)具有不需要能源;結(jié)構(gòu)簡單、體積小、無噪音、無污染、無振動的優(yōu)點
。
2.論文要求(設(shè)計參數(shù)):
設(shè)計說明書（不少于6000文字），相關(guān)圖紙（A0圖紙的不少于兩張，零件圖若干
），外文翻譯（不少于2000字）。
3.個人工作重點:
環(huán)保草坪修剪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳動系統(tǒng)設(shè)計，材料選擇，強度校核，刀具修剪草的方式、刀架設(shè)計及其刀架高度的選擇確認(rèn)。
4.時間安排及應(yīng)完成的工作:
第1周：審題、查找并閱讀資料。第2周：查找并閱讀資料。
第3周：撰寫文獻(xiàn)綜述。
第4周：撰寫開題報告，開題答辯。答辯后根據(jù)老師的建議修改開題報告。寒假期間完成 外文的翻譯工作。
第5周：完成方案設(shè)計并選擇。
第6周：完成框架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計并校核。
第7周：進(jìn)行傳動機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計計算、校核。第8周：進(jìn)行傳動機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計計算、校核。第10周：進(jìn)行除草刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計并校核。第12周：完成所有的裝配圖和零件圖。
第13周：總體完善，達(dá)到設(shè)計要求，完善畢業(yè)設(shè)計說明書。 第14周：制作PPT，打印相關(guān)文件。準(zhǔn)備答辯。
5.應(yīng)閱讀的基本文獻(xiàn):
[1]杜寶兵.滾刀式除草機(jī)傳動方式的現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J].時代農(nóng)機(jī),2016年，（6期）. [2]李建平,劉俊峰,李杰銀.果園割草機(jī)割茬高度機(jī)構(gòu)運動分析與設(shè)計[J].農(nóng)機(jī)化研究,2013年
，(8 期 ). [3]朱立宗,陳廣升,張名煥,溫科,郭朝勇.小型手推式割草機(jī)的設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017年
，(3 期 ). [4]袁再柱,王曉光.草坪割草機(jī)的使用與維護(hù)[J].農(nóng)村百事通,2016年，(15期).
[5]佀庚,丁艷艷,鄭旭航,孫瑋倫.多功能割草機(jī)的設(shè)計[J].機(jī)械工程與自動化,2016年，(1期). [6]楊宏偉,張艷紅.國內(nèi)外割草機(jī)械發(fā)展概況[J].農(nóng)業(yè)工程,2016年，(4期).
[7]孫吉雄. 中國草坪業(yè)的發(fā)展方向[N]. 中國花卉報,2014年，(14期). [8]單華佳,李夢璐,孫彥,周禾.近10年中國草坪業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[J].草地學(xué)報,2013年，(2期). [9]鄭曉培,李錕.環(huán)保型草坪除草機(jī)的設(shè)計[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2017年，(10期). [10]姜旭艷.草坪除草機(jī)的合理應(yīng)用及管理維護(hù)[J].科技與企業(yè),2014年,(16期). [11]杜寶兵.一款新型滾刀除草機(jī)的刀片間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)[J].時代農(nóng)機(jī),2016年，(4期). [12]Xing Liu. Innovative Design and Stress Analysis of the Mower[J]. Advanced Materials Research,2014年,(30期).
[13]Dongming Gao,Decheng Wang,Guanghui Wang,Liying Hao. Topology optimization of conditioner suspension for mower conditioner considering multiple loads[J]. Mathematical and Computer Modelling,2013年,(58期).
指導(dǎo)教師簽字：
XXX
教研室主任意見：
同意
簽字：XXX 2017年12月14日
教學(xué)指導(dǎo)分委會意見：
同意
簽字：XXX 2017年12月15日 學(xué)院公章
一、選題依據(jù)
1．論文（設(shè)計）題目
環(huán)保草坪修剪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
2．研究領(lǐng)域
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化—機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理
3．論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步,人們對生存環(huán)境的要求越來越高。城市化進(jìn)程的加快與城市綠化標(biāo)準(zhǔn)的提高，使得國內(nèi)草坪需求大幅提升，如江河堤壩、高速公路、鐵路等交通水利設(shè)施的護(hù)坡以及屋頂花園、室內(nèi)綠化都需要優(yōu)質(zhì)草坪。草坪美化環(huán)境、固土護(hù)坡、凈化空氣的多種功能已成為人們的共識，為草坪業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。草坪業(yè)的迅猛發(fā)展，意味著草坪修剪機(jī)械的大量需求，
對草坪修剪機(jī)械的需求增大，現(xiàn)階段已開發(fā)了幾十種適用于不同場合的草坪修剪機(jī)。但我國生產(chǎn)草坪修剪機(jī)起步較晚，企業(yè)規(guī)模普遍較小，產(chǎn)品用途較為單一。并且市場上現(xiàn)有的草坪修剪機(jī)多以燃油機(jī)械動力驅(qū)動，存在噪音大、有污染等問題。園林機(jī)械設(shè)備的迅速發(fā)展, 科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，“環(huán)保”、“節(jié)能”將成為生產(chǎn)力發(fā)展的第一路線，為適應(yīng)小面積和特殊區(qū)域草坪的使用和發(fā)展, 應(yīng)研制一種無動力環(huán)保節(jié)能草坪修剪機(jī)。該類草坪修剪機(jī)具有不需要能源;結(jié)構(gòu)簡單、體積小、無噪音、無污染、無振動的優(yōu)點。
動力引擎的草坪修剪機(jī)不僅產(chǎn)生噪聲污染，不適用與辦公和學(xué)習(xí)的地方，由于具有動力裝置，保養(yǎng)維修費用較高，同時動力引擎草坪修剪機(jī)主要依靠刀片的高速旋轉(zhuǎn)把草割斷，通過旋轉(zhuǎn)氣流把草排出，因此，對整機(jī)的安全性要求較高，操作時也會給工作人員帶來強烈的震動，使得操作者很不舒服，雖然動力引擎草坪修剪機(jī)割草效率較高，割草效果較好，但是價格也相對昂貴，對于一般用戶難以接受，所以研究一種無引擎且造價較低的草坪修剪機(jī)勢在必行!
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢
在草坪修剪機(jī)械發(fā)展的歷史上，第二次世界大戰(zhàn)是一個轉(zhuǎn)折點。在 20 世紀(jì) 30 年
代前后，每年生產(chǎn)的各類草坪修剪機(jī)數(shù)量約 3 萬臺左右。戰(zhàn)后，美國經(jīng)濟(jì)得到復(fù)興， 允許現(xiàn)役軍人低價買房不付現(xiàn)金，大批建設(shè)房屋并出售，促使草坪修剪機(jī)械得到迅速發(fā) 展，生產(chǎn)量急劇上升，1947 年達(dá) 36 萬臺，1974 年達(dá) 700 萬臺。20 世紀(jì) 70 年代后期開始,草坪修剪機(jī)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。
草坪修剪機(jī)在數(shù)量增加的同時，其性能也在不斷改進(jìn)。1950 年，美國第一臺無線電操縱的草坪修剪機(jī)誕生：1978 年，Clarence Noke 研制出了可進(jìn)行草坪修剪編程的草坪修剪機(jī)；20 世紀(jì) 80 年代，一些新的草坪設(shè)備又投放市場，如 Mulching mower Shredder,Lawn dethatcher,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(rèn)為是一件普通的家庭
用具。
我國生產(chǎn)草坪修剪機(jī)起步較晚，從 1958 年才開始研制畜力割草機(jī)，現(xiàn)有的草坪修剪機(jī)根據(jù)其工作原理和形式可分為滾刀式、懸刀式和掃雷式三種類型。草坪修剪機(jī)的制造技術(shù)和工藝并不復(fù)雜,與高精端產(chǎn)品相比,它的研發(fā)門檻是較低的。以前之所以主要依靠進(jìn)口,一是因為國內(nèi)市場需求量小, 二是草坪修剪機(jī)最核心的部件─四沖程汽油發(fā)動機(jī)需要進(jìn)口, 在重慶設(shè)廠的嘉陵-本田發(fā)動機(jī)有限公司生產(chǎn)的通用發(fā)動機(jī)正式投放市場 ,在一定程度上解決了國產(chǎn)草坪修剪機(jī)的動力問題。動力裝置解決后, 國產(chǎn)草坪修剪機(jī)的成本優(yōu)勢顯示出來，國內(nèi)組裝草坪修剪機(jī)越來越容易,技術(shù)越來越成熟,優(yōu)勢也越來越大。另外,在銷售渠道上,國產(chǎn)機(jī)的優(yōu)勢將更明顯。無論是按城市人均應(yīng)有的草坪面積來計算，還是按種草草坪面積和國家有關(guān)部門的規(guī)劃來預(yù)測，我國草坪草坪修剪機(jī)的需求量巨大。據(jù)不完全統(tǒng)計，在全國 500 個城市 66 萬 hm2 綠地面積中草坪占 18 萬 hm2，現(xiàn)今我國多數(shù)城市人均草地面積約 1m2，與發(fā)達(dá)國家相比有著較大的差距，多數(shù)城市加大了綠化程度。近年，我國草坪業(yè)的年增長率高達(dá) 30%～ 40%； 按國家建設(shè)部規(guī)定，2005 年后城市建設(shè)區(qū)人均公共綠地面積要達(dá)到 8m2，按草地面積一般占綠地面積的 30%推算，今后 3 年至少需植草坪 18 多萬 hm2，每年約需草坪修剪
機(jī) 18 萬臺。隨著人們對環(huán)境保護(hù)、固土防沙意識的日益增強，退耕還草政策的進(jìn)一步實行，草坪修剪機(jī)市場容量將成倍增長。
草坪修剪機(jī)必須符合當(dāng)今人類對環(huán)境保護(hù)方面的需求，應(yīng)不斷地采用先進(jìn)技術(shù)。采用液壓、電力或氣動驅(qū)動，是環(huán)保型草坪修剪機(jī)械及設(shè)施開發(fā)的途徑之一，是世界草坪修剪機(jī)新的發(fā)展趨勢。如 Pottcrson 公司設(shè)計開發(fā)利用 PTO(取力器)驅(qū)動液壓系統(tǒng)的新型草坪修剪機(jī)，以及采用高效率低噪音液壓系統(tǒng)來驅(qū)動刀片的“快速拆卸”旋轉(zhuǎn)式草坪修剪機(jī)；常州、寧波等地已有采用小型電機(jī)作動力驅(qū)動的草坪修剪機(jī)產(chǎn)品試銷，但還沒有解決好專用電機(jī)設(shè)計、電纜的卷繞、電機(jī)控制及過載安全保護(hù)等問題。
總之，對于國產(chǎn)草坪機(jī)械來說，應(yīng)該抓住中國草坪業(yè)快速發(fā)展的機(jī)遇，不斷開發(fā)新產(chǎn)品，使草坪修剪機(jī)成為低噪聲、低放排、操縱便捷、舒適、造型美觀、高可靠性、高質(zhì)量的產(chǎn)品 ,這些對用戶尤為重要；占據(jù)國內(nèi)市場，最終打入國際市場，為我國出口創(chuàng)匯準(zhǔn)備條件。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容
1.重點解決的問題
（1）環(huán)保草坪修剪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)分析其工作原理和結(jié)構(gòu)，選擇合理的驅(qū)動方式以及傳動機(jī)構(gòu)，畫出草坪修剪機(jī)的機(jī)構(gòu)簡圖。
（2）無引擎的環(huán)保草坪修剪機(jī)為了實現(xiàn)操作者在正常行走速度下操作，需要特別的增速機(jī)構(gòu)，計算選擇齒輪、鏈輪和軸配合的組成方案，注意設(shè)計成本。
（3）分析這款環(huán)保草坪修剪機(jī)的特點，剪草方式、刀架設(shè)計及其刀架高度的選擇確
認(rèn)前后輪的參數(shù)，利用 solidworks 畫出三維圖，最終完成設(shè)計。
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
（1）查閱文獻(xiàn)，了解研究課題的當(dāng)代意義、歷史概況和發(fā)展趨勢；
（2）分析草坪修剪機(jī)的結(jié)構(gòu)，選擇合理的方案，畫出結(jié)構(gòu)草圖；
（3）計算結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定各個機(jī)械零件的尺寸；
（4）完成環(huán)保草坪修剪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果
通過學(xué)習(xí)及查閱有關(guān)資料掌握環(huán)保草坪修剪機(jī)的工作原理以及其機(jī)構(gòu)的設(shè)計, 了解現(xiàn)在草坪修剪機(jī)的發(fā)展趨勢、相關(guān)技術(shù)的對比及市場前景。通過自主設(shè)計并選擇最合理的方案設(shè)計能夠得到以下結(jié)果：
(1)環(huán)保草坪修剪機(jī)的工作原理及總體方案設(shè)計；
(2)主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計（裝配圖、零件圖、三維圖）
(3)設(shè)計說明書；
(4)與環(huán)保草坪修剪機(jī)相關(guān)的一篇外文翻譯（2000 字以上）。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
設(shè)計參數(shù)：草坪修剪機(jī)外形尺寸大約 800x650x400mm 剪草高度 20~100mm 割幅 400mm 自重 5kg~8kg 考慮人步行剪草速度為 0.8m/s 草坪修剪機(jī)設(shè)計壽命 8 年。
技術(shù)路線：
（1）查閱文獻(xiàn)，了解研究課題的當(dāng)代意義、歷史概況和發(fā)展趨勢；
（2）選擇環(huán)保草坪修剪機(jī)更合理的方案，制定出大體方案設(shè)計；
（3）對環(huán)保草坪修剪機(jī)的各個機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論計算，完成草坪修剪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計；
（4）利用制圖軟件輔助方案進(jìn)行校驗。
2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃
第一周至第二周：審題、查找并閱讀資料。第三周：寫出文獻(xiàn)綜述。
第四周：開題報告。
第五周及第六周：思考設(shè)計方案的選擇，完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)草圖。
第七周至第十周：進(jìn)行傳動機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計計算，修改并完善方案。第十一周：完成草坪修剪機(jī)的草坪修剪機(jī)構(gòu)的設(shè)計。
第十二周：完成所有的裝配圖和零件圖。
第十三周：總體完善，達(dá)到設(shè)計要求，完善畢業(yè)設(shè)計說明書。第十四周：制作 PPT，打印相關(guān)文件。準(zhǔn)備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
[1]杜寶兵.滾刀式草坪修剪機(jī)傳動方式的現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J].時代農(nóng)機(jī),2016 年，（6期）.
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究,2013 年，(8 期).
[3]朱立宗,陳廣升,張名煥,溫科,郭朝勇.小型手推式割草機(jī)的設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017 年，(3 期).
[4]袁再柱,王曉光.草坪割草機(jī)的使用與維護(hù)[J].農(nóng)村百事通,2016 年，(15 期).
[5]佀庚,丁艷艷,鄭旭航,孫瑋倫.多功能割草機(jī)的設(shè)計[J].機(jī)械工程與自動化,2016 年，
(1 期).
[6]楊宏偉,張艷紅.國內(nèi)外割草機(jī)械發(fā)展概況[J].農(nóng)業(yè)工程,2016 年，(4 期).
[7]孫吉雄. 中國草坪業(yè)的發(fā)展方向[N]. 中國花卉報,2014 年，(14 期).
[8]單華佳,李夢璐,孫彥,周禾.近 10 年中國草坪業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[J].草地學(xué)報,2013 年，(2 期).
[9]鄭曉培,李錕.環(huán)保型草坪草坪修剪機(jī)的設(shè)計[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2017 年，(10 期).
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機(jī) ,2014 年 ，(7 期 ). [15]苑愛峰,董嬌,秋艷,張麗霞.一種創(chuàng)新割草機(jī)的研究與設(shè)計[J].農(nóng)機(jī)化研究,2013
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[17]趙曉英.步進(jìn)式自走草坪割草機(jī)的設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計與制造工程,2015 年，(12 期).
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[19] Dongming Gao,Decheng Wang,Guanghui Wang,Liying Hao. Topology optimization
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指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評閱）
審核
意
見 教研室主任意見
簽字： 年 月 日
簽字： 年 月 日
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見
簽字： 年 月 日公章：
附：文獻(xiàn)綜述或報告一、 引言
基于世界各國對環(huán)境保護(hù)及環(huán)境綠化重視程度 日益提高的考慮，草坪修剪機(jī)作為我國農(nóng)業(yè)大國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要工具，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)量中起著重要的作用。目前， 國內(nèi)外草坪修剪機(jī)大部分采用單一汽油機(jī)作為動力，以致草坪修剪機(jī)存在噪音大、體積大、笨重、割草效率低及維修難度大等缺點。
針對傳統(tǒng)割草機(jī)的缺點，本文研發(fā)了一種環(huán)保型草坪修剪機(jī)，其具有割草效率高、操作方便、安全可靠及維修容易等特點，可廣泛應(yīng)用于庭院小區(qū)、辦公學(xué)習(xí)區(qū)和廣場綠地等場所的草坪修剪。本文首先根據(jù)機(jī)械原理得出了新型空間機(jī)構(gòu)割草機(jī)自由度;其次，根據(jù)高等空間機(jī)構(gòu)學(xué)理論對割草機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)分析;最后， 根據(jù)動力學(xué)理論結(jié)合動力學(xué)分析軟件，CAD 平面設(shè)計，SolidWorks 進(jìn)行仿真分析， 并對這兩種方式進(jìn)行對比分析，驗證了該新型草坪修剪機(jī)的可靠性和可行性。本文論證該機(jī)能夠滿足工作要求，具有一定的應(yīng)用價值。
二、 課題國內(nèi)外現(xiàn)狀
（1）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
近幾年來，國家不斷增加對牧草機(jī)械化的扶持力度，頒布了一系列優(yōu)惠政策。在重點地區(qū)推廣力度不斷增加，使得國內(nèi)的牧草收獲機(jī)械市場發(fā)展十分活躍［12］。
文獻(xiàn)［3］［17］對步進(jìn)式草坪修剪機(jī)進(jìn)行的論述。新型步進(jìn)式自走草坪割草機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)采用的是皮帶傳動 + 外置立式減速器 + 鏈條傳動的配置形式。汽油機(jī)輸出動力的一部分通過主動輪、三角帶、從動輪(由兩部分組成，兩者在外力的作用下可以沿軸向移動)傳至減速器，經(jīng)過減速器內(nèi)蝸輪、蝸桿的變速，動力再由小鏈輪、鏈條、大鏈輪傳至草坪割草機(jī)后軸，驅(qū)使草坪割草機(jī)行走。在割草機(jī)工作過程中，從動輪在壓簧的作用下，自動調(diào)整從動輪上下兩部分間的軸向距離，從而改變皮帶輪的節(jié)圓，使得三角帶始終處于合適的張緊狀態(tài)，保證動力的有效傳輸。新型步進(jìn)式自走草坪割草機(jī)的結(jié)構(gòu)布局如圖 2 所示。其中減速器通過蝸輪、蝸桿實現(xiàn)變速，同時利用蝸輪兩側(cè)的一對摩擦錐來控制離合。摩擦錐之間配有壓簧，可以沿軸向移動，未工作時， 摩擦錐在 壓簧用下與蝸輪分離。當(dāng)減速器殼體外的離合拉桿扭轉(zhuǎn)時，殼內(nèi)桿會迫使其兩側(cè)的離合軸承分離，推動摩擦錐與蝸輪錐面軸向鎖緊從而夾緊蝸輪，實現(xiàn)扭矩的傳遞。當(dāng)沒有外力作用時，摩擦錐與蝸輪錐面在殼外拉簧和殼內(nèi)壓簧共同作用下復(fù)位， 從而實現(xiàn)減速器的分離。減速器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 3 所示。
文獻(xiàn)［1］［11］是對滾刀式草坪修剪機(jī)進(jìn)行的介紹。傳統(tǒng)的滾刀草坪修剪機(jī)是通過圓柱形滾刀的旋轉(zhuǎn)和固定平直底刀之間的剪切運動剪草的，傳統(tǒng)的滾刀草坪修剪機(jī)的刀片間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由機(jī)架兩側(cè)的底刀調(diào)節(jié)螺栓 1、底刀架 2、滾刀 3、底刀 4 幾部分組成。如圖 1 所示，在滾刀高速運轉(zhuǎn)時，底刀會出現(xiàn)震動從而造成剪出來的草坪有波浪紋，極大地影響了草坪的美觀度。
為了克服這種不足，新型的刀片間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將底刀固定不動，通過改變滾刀兩端偏心座的偏心量來調(diào)節(jié)滾刀與底刀之間的間隙，徹底解決了這個問題。如圖 2 所示，此種新型的
調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將固定底刀 9 的刀架 11 通過
焊接方式固定在機(jī)架 10 上，保證了底刀在工作時的穩(wěn)定性。滾刀 4 由兩端的偏心軸承座 2、6 裝與機(jī)架 10 上，通過固定偏心軸承座的偏心座固定法蘭盤 3、7 及相應(yīng)的緊固件 1、5、8 固定位置。通過圖 3 偏心軸承座調(diào)節(jié)原理圖可以看出，順時針旋轉(zhuǎn)滾刀偏心座，滾刀將向下移動，底刀與滾刀之間的間隙將變小，逆時針旋轉(zhuǎn)，滾刀將向上移動，底刀與滾刀之間的間隙將變大。
文獻(xiàn)［15］［16］對新型連桿式環(huán)保草坪修剪機(jī)進(jìn)行了說明。隨著世界各國對環(huán)保的要求越來越高和低碳概念的提出，大多數(shù)民眾都對耗能機(jī)械望而卻步。國家環(huán)保部頒布的《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3096－2008)，對不同工作的環(huán)境和城市各種功能區(qū)域都給出了噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)(見表 1)，以保護(hù)正常學(xué)習(xí)、工作和休息。該割草機(jī)采用純?nèi)肆︱?qū)動的全機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖 1 ～ 圖 3 所示。該割草機(jī)包括車架、行走機(jī)構(gòu)、增速機(jī)構(gòu)和割草裝置。
該割草機(jī)的關(guān)鍵部件是割草裝置，機(jī)構(gòu)如圖 2 和圖 3 所示。該裝置的運動原理采
用直動推桿圓柱空間凸輪機(jī)構(gòu)原理驅(qū)動，如圖 4 所示。凸輪等速轉(zhuǎn)動，凸輪輪廓推動滾子從動件做直線往復(fù)運動，割草機(jī)動刀與滾子從動件聯(lián)接，從而與定刀一起做直線交錯相對運動，完成割草動作。
文獻(xiàn)［2］［14］對連桿機(jī)構(gòu)在草坪修剪機(jī)調(diào)高機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。果園生草的作用需要在雜草適當(dāng)控制的時候才能得以發(fā)揮。為了減輕勞動強度，提高勞動效率，對果園種植果品和地形的差異，因此對割草機(jī)割茬高度有不同的要求。平行四桿式割草割茬高度調(diào)整機(jī)構(gòu)如圖 2 所示。繞 Z 軸轉(zhuǎn)動高度調(diào)節(jié)手柄，通過扭桿的轉(zhuǎn)動帶動拉桿 OA 在 xoy 平面內(nèi)繞 O 點旋轉(zhuǎn)。刀盤與拉桿 CD 和 C'D'固定在一起，與拉桿 BC 和 B'C'構(gòu)成了平行四桿機(jī)構(gòu)。通過拉桿 AB 的拉動，整個割草機(jī)割茬高度調(diào)整機(jī)構(gòu)構(gòu)成了一個曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，通過桿 OA 轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)刀盤的高度。其中，B 點位為一球面空間運動副，從而桿 AB 可以在一定空間范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。
利用三維軟件運動模擬設(shè)計（圖 5），便可以很準(zhǔn)確地確定割茬高度調(diào)整機(jī)構(gòu)的位置關(guān)系。隨著設(shè)計進(jìn)程的推進(jìn)，還可以采用運動仿真等功能模塊，對刀盤拉桿的拉力、扭桿扭矩以及各桿件的尺寸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到機(jī)構(gòu)設(shè)計合理、降低生產(chǎn)成本的要求
（2）國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外草坪修剪機(jī)械的研究起步很早。 目前，歐美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的牧草從種植到收獲各生產(chǎn)環(huán)節(jié)都已實現(xiàn)全部機(jī)械化，產(chǎn)品品種齊全，功能完善。其中美、德、法、意和日等發(fā)達(dá)國家在牧草收獲機(jī)械領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位［12］。約翰·迪爾公司的 1209 型草坪修剪機(jī)具有先進(jìn)的自動控制和自動檢測技術(shù)，性能良好。 紐荷蘭公司的 47l 488 499 系列割草機(jī)配備護(hù)刃器和短齒護(hù)刃器，可根據(jù)牧草作物生長情況合理選用，并預(yù)防牧草堵塞情況，護(hù)刃器傾角能手動或液壓調(diào)節(jié)，對多石塊或坡地的田間惡劣作業(yè)環(huán)境均能較好地適應(yīng)。美國凱斯公司生產(chǎn)的 8330 8350 8370 8380 系列割草機(jī)，割幅寬度一般在 2. 80 ～ 4. 88 m，可根據(jù)不同用戶和地塊進(jìn)行選擇［6］。
三、 發(fā)展趨勢
隨著環(huán)保意識提高，我國草坪業(yè)發(fā)展迅速，對草坪修剪機(jī)械的需求亦隨之增大，本著節(jié)能、環(huán)保、健身的宗旨，研究人針對市場需求，經(jīng)過多方調(diào)研，并綜合現(xiàn)有市場銷售的割草機(jī)的優(yōu)缺點，提出了一種新的設(shè)計理念并研制開發(fā)了一種新型環(huán)保草坪修剪機(jī)。該草坪修剪機(jī)人力驅(qū)動，具有不需要能源，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、無噪音、無污染、無振動等優(yōu)點。隨著人們生活水平的不斷提高和庭院式草坪的增加，該類型無動力草坪修剪機(jī)將擁有更廣闊的市場，成為對庭院式草坪進(jìn)行修剪養(yǎng)護(hù)的理想機(jī)具。
四、 存在問題
現(xiàn)階段國內(nèi)外關(guān)于草坪修剪機(jī)主要運用燃油發(fā)動機(jī)驅(qū)動，但隨著人們對生活質(zhì)量的看重和環(huán)境保護(hù)的意識不斷提高，燃油式發(fā)動機(jī)存在很多缺點和不便的地方。
（1）燃油草坪修剪機(jī)噪音污染，不利于學(xué)校、辦公區(qū)域的使用，所以新型環(huán)保草坪修剪機(jī)無引擎驅(qū)動，采用人力為動力源。
（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易于拆卸修理。不適用于小面積、高度不同的剪草作業(yè)。
（3）人力驅(qū)動的情況下，剪草刀具的運動方式和剪草速度需要反復(fù)計算、試驗， 選擇最適合的角度。
所以解決以上問題是我本次研究額主要目的。
環(huán)保草坪修剪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
摘要
在當(dāng)代，走在中國的馬路上，隨處可見馬路邊上綠油油的草坪，城市的美觀與綠化，與草坪密不可分。隨著社會的發(fā)展，我國對于城市綠化也越來越重視。環(huán)保草坪修剪機(jī)選用無引擎驅(qū)動的手推形式提供動力,替代傳統(tǒng)的電力驅(qū)動以及其他驅(qū)動形式,利用兩個齒輪之間齒的嚙合的原理將車輪運動的力傳遞到鏈接的活動刀具使其來回移動，使之與保持狀態(tài)不變的刀具的幾何關(guān)系為相切。這樣就可以起到類似于剪子的作用。
接下來會從基本原理，齒輪與齒輪的嚙合，齒輪與軸的配合，刀具的剪切等方面對修剪機(jī)開展的計算和設(shè)計。相應(yīng)計算確定了標(biāo)準(zhǔn)件的選擇、非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計。根據(jù)計算數(shù)據(jù)的結(jié)果,用AutoCAD完成無引擎草坪修剪機(jī)的裝配圖、部分非標(biāo)準(zhǔn)件的零件二維圖。這款機(jī)器的優(yōu)點為無噪聲、無振動、無污染等，適合家庭、學(xué)校草坪，小面積草坪，辦公地方的草坪。
關(guān)鍵詞：環(huán)保；草坪修剪機(jī)；手推式
II
ABSTRACT
In modern times, on the roads in China, there are green lawns on the roadside. The beauty and greenery of the city are inseparable from the lawn. With the development of society, our country is paying more and more attention to urban greening. The environmentally friendly lawn trimmer is powered by an engine-less pusher, which replaces the traditional electric drive and other drive forms. It uses the principle of meshing teeth between two gears to transfer the force of the wheel motion to the linked movable cutter to make it back and forth. Move it so that it is tangent to the geometry of the tool that holds it. This can play a similar role as a scissors.
The calculation and design of the pruning machine will be carried out from the basic principles, the meshing of the gear and the gear, the cooperation of the gear and the shaft, and the cutting of the tool. Corresponding calculations determine the selection of standard parts and the design of non-standard parts. According to the results of the calculation data, the assembly drawing of the engineless lawn trimmer and the part two-dimensional drawing of the non-standard parts are completed using AutoCAD. This machine has the advantages of no noise, no vibration, no pollution, etc. It is suitable for families, school lawns, small lawns, office lawns.
Keywords: environmental protection; lawn trimmer; hand push
目錄
摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1 緒論 1
1.1 設(shè)計的依據(jù) 1
1.2 修剪機(jī)的作用和使用地區(qū) 1
1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
2 設(shè)計修剪機(jī)方案的選定 3
2.2主要工作原理 3
2.3主要問題和解決計劃 6
2.4 修剪機(jī)的優(yōu)點 9
2.5設(shè)計基本的原理 9
3 傳動系統(tǒng)設(shè)計 11
3.1 設(shè)計計算齒輪 11
3.2 設(shè)計計算軸 15
3.3 端面齒輪及撥桿的計算設(shè)計 22
4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 26
4.1刀具的設(shè)計計算部分 26
5 總體設(shè)計參數(shù)及使用說明 31
5.1端蓋與車輪的參數(shù) 31
5.2總體設(shè)計參數(shù) 31
5.3使用說明書 32
6 結(jié)論 34
參考文獻(xiàn) 35
致謝 45
IV
環(huán)保草坪修剪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
1 緒論
1.1 設(shè)計的依據(jù)
從第一臺草坪修剪機(jī)出現(xiàn)可以追溯到一百多年前,經(jīng)過人們的不斷設(shè)計和改進(jìn),現(xiàn)在大部分都是用電的修剪機(jī)。因為草坪都在如學(xué)校,公園等人多的地方鋪設(shè)的，用機(jī)械修剪草坪的時候容易對人產(chǎn)生各種各樣的影響(噪聲、廢棄等)。現(xiàn)在市場上絕大多數(shù)的修剪機(jī)都為內(nèi)燃機(jī)提供能量，其噪聲污染非常大，但排氣危害對比汽車的較少。歐盟和美國環(huán)境保護(hù)局針對于草坪剪草機(jī)等使用發(fā)動機(jī)的排放量都實行對應(yīng)的法律規(guī)定；德國施行了節(jié)制噪聲污染的《蘭色天使》法規(guī)；歐洲局部城市出臺過具有引導(dǎo)性規(guī)劃，以稅收優(yōu)惠及嘉獎等辦法激勵“綠色經(jīng)營者”來推動環(huán)保生活的進(jìn)程[6]。
而本文的環(huán)保草坪修剪機(jī)順應(yīng)提倡節(jié)能減排的國策，主要采用人力提供能量，利用滾動的輪子帶動機(jī)械運動。修剪機(jī)構(gòu)造簡易，接觸平穩(wěn)，噪聲極小，而且操縱非常簡單，不僅讓操作者的剪草工作順利進(jìn)行，也不會讓周圍人聽到令人煩躁的噪音。
1.2 修剪機(jī)的作用和使用地區(qū)
現(xiàn)在市場上銷售的絕大多數(shù)草坪修剪機(jī)都安裝動力裝置，開始剪草的時候，聲音特別大而且伴隨著強烈的震動感，再加上排放灰塵，非常令人們感到反感。因為裝有動力系統(tǒng)的草坪修剪機(jī)購買的價格昂貴，同時隨著它的后期使用需要很貴的保養(yǎng)修理的價格，即便能接受價格高的問題，但是使用這種機(jī)械剪草的時候，操作者不僅要忍受動力發(fā)出強大的震動帶來的不適，還要注意強大動力剪草時碎草飛起來的危險。盡管動力的修剪機(jī)剪草速度快，剪完的草地近看又很整齊，但是對于絕大多數(shù)僅需要小型的使用場所來講，價格就會令人望而止步。
根據(jù)市場調(diào)查和資料閱讀，我打算就以上問題給出解決的方案，在我的設(shè)計中，不需要動力裝置，從而因動力引發(fā)的噪聲、震動、灰塵就通通不存在，缺少動力系統(tǒng)其主要構(gòu)造也更簡易，因為需要修剪不同長短的草，所以其修剪的高度可以根據(jù)實際情況進(jìn)行改變，以及外型美觀適合大多小型用戶的草坪修剪機(jī)。
2
該產(chǎn)品主要為住宅區(qū)、辦公區(qū)使用，修剪類似學(xué)校，公園，家庭花園等地方的草坪，不需要動力驅(qū)動，可以在當(dāng)下強調(diào)環(huán)境重要性的我國，顯示出絕無僅有的生產(chǎn)價值。
1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
l9世紀(jì)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(wǎng)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(dāng)務(wù)之急。英國人Edwin Budding利用旋轉(zhuǎn)式機(jī)械工作的原理發(fā)明了滾刀式剪草機(jī)，該產(chǎn)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(jī)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(guān)剪草機(jī)的發(fā)明獲得專利。到1881年，總共有4萬多臺剪草機(jī)被生產(chǎn)和銷售 。最初的剪草機(jī)均為人力驅(qū)動；1890年，在英國開始設(shè)計有動力驅(qū)動的剪草機(jī)。從最初的蒸汽動力驅(qū)動發(fā)展到小型內(nèi)燃機(jī)動力驅(qū)動；1909年，美國科學(xué)家Leoni取得了動力型機(jī)械式剪草機(jī)專利，盡管剪草機(jī)由汽油機(jī)驅(qū)動，但整個裝置仍由馬拉行走。
在草坪修剪機(jī)械發(fā)展的歷史上，第二次世界大戰(zhàn)是一個轉(zhuǎn)折點。在20世紀(jì)30年代前后，每年生產(chǎn)的各類剪草機(jī)數(shù)量約3萬臺左右。戰(zhàn)后，美國經(jīng)濟(jì)得到復(fù)興，允許現(xiàn)役軍人低價買房不付現(xiàn)金，大批建設(shè)房屋并出售，促使草坪修剪機(jī)械得到迅速發(fā)展，生產(chǎn)量急劇上升，1947年達(dá)36萬臺，1974年達(dá)700萬臺。20世紀(jì)70年代后期開始，剪草機(jī)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(jī)在數(shù)量增加的同時，其性能也在不斷改進(jìn)。1950年，美國第一臺無線電操縱的剪草機(jī)誕生；1978年，C1arence Noke研制出了一種可進(jìn)行草坪修剪編程的剪草機(jī)" ；20世紀(jì)80年代，一些新的草坪設(shè)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(rèn)為是一件普通的家庭用具。
2 設(shè)計修剪機(jī)方案的選定
2.1擬定作業(yè)方案
我設(shè)計的這個修剪機(jī)需要一個能夠令它執(zhí)行的外力作用，以及把這個力傳送到下一個構(gòu)件的裝置。操縱者應(yīng)該在一般行走速度下進(jìn)行，傳遞出的人力需要傳到能夠把人步行速度變大的裝置而且還要繼續(xù)向下一個裝置進(jìn)行傳遞，為確保整個工作過程的連續(xù)性，最后的剪草工作需要一個力，才可以使兩個刀片做相切割運動，也就是說，這個力與一開始的人向前行走的方向相互垂直，因此我的設(shè)計中它們之間還需要添加一個裝置去改變力的運動方向。根據(jù)以上的論述得到如圖2.1所示的框架圖。
圖2.1修剪機(jī)的框架圖
2.2主要工作原理
此修剪機(jī)的車輪開始向前運動產(chǎn)生的力傳到能夠改變速度的齒輪當(dāng)中，齒輪受力轉(zhuǎn)動兩齒輪嚙合，把力傳給刀具，刀具開始做往返的來回移動。基本構(gòu)造：能夠改變速度的齒輪組、呈相切狀態(tài)的兩個刀片、與直齒輪成90度軸交角度的配合齒輪和撥動杠桿。后面兩個構(gòu)造需要配合工作。與直齒輪成90度軸交角度的配合齒輪開始旋轉(zhuǎn)把力傳給撥動杠桿，先引起縱向的來回移動，再傳給刀片做往返移動。整個過程刀具的設(shè)計是最后一個最重要的步驟，由于沒有動力速度受到很大的限制，刀具的設(shè)計選擇就存在更大的影響，也顯得尤為重要。
剪草機(jī)開始工作的時候，人推著機(jī)器向前剪草，首先是后面的車輪1開始滾動，這樣可以讓后輪的運動帶起與其在同樣軸上連接的大齒輪2，軸的傳動可以讓大齒輪2也跟著轉(zhuǎn)動，齒輪2和齒輪3兩個齒輪相嚙合組成能夠使速度加快的裝置，并且能夠帶著兩個與直齒輪成90度軸交角度的配合齒輪4轉(zhuǎn)動，之所以選用兩個是為了結(jié)構(gòu)的能夠呈現(xiàn)幾何閉合，這兩個齒輪后對著安裝，并且與連著的撥動杠桿5一起運動，構(gòu)件4和構(gòu)件5配合組成一個能夠改變運動形式的裝置，就是將齒輪的轉(zhuǎn)動運動這種活動形式變?yōu)橹本€的來回運動，可以簡單的說就是把圓周運動變成直線運動，這個做直線往返運動的能夠活動的其中一個刀片來回切割另一個固定不動的刀片，構(gòu)成類似剪刀的相切形式開始剪草。上面敘述了完整的運動步驟，如圖2.2所示：
圖2.2修剪機(jī)的機(jī)構(gòu)簡易圖
2.3不同設(shè)計方案的論述和選定
能夠?qū)崿F(xiàn)上文敘述要求的機(jī)構(gòu)有很多，我要選擇相比之下能夠達(dá)到需求的最好的方式，詳細(xì)的評判如下文：
（1）腳踩或腳蹬的方式
采用腳踩或腳蹬的方式時，就必須要求使用人員站在修剪機(jī)旁邊或者坐在修剪機(jī)上面，考慮到這個方面由此就會接連出現(xiàn)不得不設(shè)計類似汽車的座位，還需要控制剪草方向的設(shè)備，并且考慮到與車輪怎樣的連接配合，還要計算修剪機(jī)在人坐上去之后能夠承受的重力以及自身的重量，由此引發(fā)的一系列設(shè)計問題都違背一開始的設(shè)計意愿，這樣設(shè)計的機(jī)器繁瑣，外形也過大。
（2）手推或手搖的方式
就不必像用腳的方式那樣，使用人員只需要站在機(jī)器旁邊就可以操作了，操作者想修剪哪個方向的剪草可以直接使用手去操作，不需要控制方向的系統(tǒng)，整個機(jī)械外形尺寸會減小一些，剪草的操作也相對變簡單了，我認(rèn)為這個方式比較符合我的方案。
（3）打斷草
即用刀將草截斷。然而草一端在土里,一端靈活且很軟，采取這種方法將草割斷很難。
機(jī)器中的刀具部分主要是尼龍打草繩、割草線，市面上一直有這類機(jī)械的售賣，機(jī)械整體十分小巧，通過動力提供的高速運動連接的特殊材料的尼龍線會像鋒利的刀片一樣直接打斷，噪聲很大，作業(yè)的效果不太理想。
（4）割斷草
草是莖干比較柔軟的植物，我們拔草的時候，都不能一把保證都拔到，高度也不一樣，割草時同樣的道理，由于草不都是整齊并且直立的，單用刀去割的效果很差。
（5）剪斷草
即用刀將草剪斷。沒有必要選擇用速度很快的兩個刀片，刀片只要求作相對運動就能夠把草剪斷。于是，我采用用手驅(qū)動用剪的方式的修剪機(jī)。
我既然選擇使用手去操作修剪機(jī)，那么如果是使用手搖提供人力供給機(jī)械做動力的話，使用人員不僅僅需要在剪草的過程中一只手不停的搖動手柄，另一只手還要推動機(jī)器來控制方向，同時兼顧這兩項工作的同時，如果遇到碎石或者屏障，剪草工作就要停下，操作者工作過程中既手忙腳亂又付出很大的體力，這樣的剪草機(jī)很不實用。如果是使用手推提供人力的話，使用人員只需要推動機(jī)器往前正常行走，這個力讓車輪旋轉(zhuǎn)，然后只需要經(jīng)過幾個齒輪、軸等簡單的零件把力傳到刀具就可以實現(xiàn)剪草，工作過程很輕松。因此，整個設(shè)計方案可以定為：手推式剪草機(jī)。
就我上網(wǎng)閱讀的文獻(xiàn)來看，在機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計方案的選擇條件的約束下，普遍設(shè)計者們都通過組合—變異法來排除機(jī)構(gòu)，選出相對好的機(jī)構(gòu)，所以我也選擇這種方法。此設(shè)計僅僅采取一次運動的更改，就是前文剛才提到的車輪的圓周活動到刀具的來回往返的活動形式，可以很容易就達(dá)到我設(shè)計需求的機(jī)構(gòu)是如圖2.3所呈現(xiàn)的3個機(jī)構(gòu)。
圖2.3機(jī)構(gòu)的運動示意圖
2.3主要問題和解決計劃
2.3.1 增速機(jī)構(gòu)的方案選定
因為前文也有涉及到，此機(jī)構(gòu)就是為了把正常使用人員的步行速度增大，之后傳遞到下一個機(jī)構(gòu)，所以這個機(jī)構(gòu)間接的影響刀具的運動。我為這個機(jī)構(gòu)選擇的設(shè)計方案為圓柱凸輪傳動機(jī)構(gòu)。如圖2.4所示可以觀察到圖片中的圓盤，顯而易見的是它的側(cè)面很有特點，這個圓盤在做旋轉(zhuǎn)運動的時候，利用側(cè)面的外形優(yōu)勢能夠帶動撥桿，圖中的撥桿和滑塊連接使其能夠移動，全部的機(jī)構(gòu)組成新的結(jié)構(gòu)：凸輪—端面凸輪。
2.3.2論述與比較增速方案
（1）用組合法實現(xiàn)增速
因為我設(shè)計的修剪機(jī)需要使用人員手推前進(jìn)，要求他在正常人的步速條件剪草，用手推動產(chǎn)生的力經(jīng)過該機(jī)構(gòu)可以把速度增大，然后緊接著向轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)傳遞力。該機(jī)構(gòu)做軸固定的旋轉(zhuǎn)運動，在我之前的機(jī)械設(shè)計課程中學(xué)習(xí)到，有三種傳遞的方式分別是鏈傳動，帶傳動以及齒輪傳動。我選用的是最后一個，考慮到其應(yīng)該安裝在修剪機(jī)的后輪前面，用齒輪的話全部的零部件安裝更貼合緊序。齒輪傳動可以大概分為
1、 圓錐齒輪傳動 齒形從大端到小端逐漸減小,使用時一個錐齒輪要立起。
2、 蝸輪蝸桿傳動 齒間相對滑動速度大，機(jī)械效率低，磨損大。
3、 直齒圓柱齒輪傳動 軸線平行。
4、 斜齒圓柱齒輪傳動 工作時產(chǎn)生軸向力,而且螺旋角越大,軸向力越大。[9]
基于以文描述，我選擇3號齒輪用作增速方案。如圖2.5所示：
圖2.5機(jī)構(gòu)運動示意圖
選用異變的方法，為了讓刀具剪草運動方向與剪草機(jī)行進(jìn)方向垂直，圖2.5里1）與2）表示的機(jī)構(gòu)都沒有辦法達(dá)到，于是還需要再從頭選擇方案。
方案1 選用凸輪廓線顯示梅花形狀的凸輪和連桿機(jī)構(gòu)，達(dá)到滑塊在導(dǎo)軌上的往復(fù)運動。
方案2 選用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)把凸輪軸的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)變成滑塊的往復(fù)移動。
我重新選用方案的原因是為了達(dá)到運動形式的轉(zhuǎn)換，如果采用如圖2.6所示的方案，要添加構(gòu)件改變自由度，設(shè)計時需要比短（不然肯定要增加梅花凸輪的大?。?，要不然傳力以后最后到滑塊將會比之前小。如圖6，圖3的兩種機(jī)構(gòu)能夠選擇用來作為改變運動形式的中間媒介，它們的優(yōu)點是構(gòu)造嚴(yán)密且簡易。
并且，我要求此剪草機(jī)還能夠調(diào)整剪草的高度。欲要達(dá)到其調(diào)整的功能，如圖2.7所表示的機(jī)構(gòu)里要增添一個移動副，為了刀架可以沿垂直方向活動，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的整體構(gòu)造繁雜。而如圖2.4表示的，能夠讓推桿沿著端面凸輪的側(cè)面向上、向下移動，于是接連著讓刀架向上、向下移動，可以讓調(diào)整剪草高度的要求簡單的得以實現(xiàn)。
2.4 修剪機(jī)的優(yōu)點
這臺剪草機(jī)是上滾刀和下底刀呈現(xiàn)相切的切割方式，重量低，整體構(gòu)造嚴(yán)密，占地體積小，沒有動力驅(qū)動，無噪聲，操作簡單，可以在大部分小型地區(qū)使用。
機(jī)器便于收納、保養(yǎng)、修理；拆裝容易，成本低廉，外形美觀，實用性強，剪草效果突出。
鑄鋁材料的底盤和構(gòu)件，優(yōu)點是不會彎曲、也不會生銹。并且別具一格的底盤能夠防止修剪的草削四處亂飛卡在出口。
機(jī)器的車前輪安裝導(dǎo)向性好的萬向輪，車后輪的其中一個輪子安裝上有利于轉(zhuǎn)彎時推動的使用年限長的球軸承。
能夠長度收縮并且質(zhì)地為金屬的推動手柄，適用身高有差別的操縱者。
2.5設(shè)計基本的原理
這個剪草機(jī)由人力輸入推動輪子轉(zhuǎn)動，經(jīng)過單級傳動裝置改變一次速度，然后傳到轉(zhuǎn)換運動形式的裝置，最后傳給刀具輸出。如圖2.8所示：
最終選擇的方案能夠極佳的滿足我的設(shè)計要求。首先，用以增大速度的齒輪，把原本沒有動力速度低導(dǎo)致的剪草效率低的問題得到了明顯的提高；用以改變運動形式的機(jī)構(gòu)組合，把我要達(dá)到的輸出刀具的移動形式得到解決；并且這個機(jī)構(gòu)相當(dāng)于推桿和凸輪組，在一定程度上還解決了割草需要很大效率的問題。刀具剪草高度是很大的剪草難題，這個問題的突破是想法上出現(xiàn)了刀架上下移動的調(diào)節(jié)裝置。
3 傳動系統(tǒng)設(shè)計
3.1 設(shè)計計算齒輪
3.1.1計算修剪機(jī)的動力
莖干比較柔軟的植物就是廣義上對草的定義，我們不用使勁就可以輕松拔草，所以剪草同樣不需要多大的力就可以輕松剪短。根據(jù)我之前查閱的資料，大概能夠同時剪草500根左右，用刀具剪一根草需要的力是。計算結(jié)果是：F=250N；前面我選擇的是兩個端面齒輪背對背安裝的，所以它們分別為受到的力大小是：。
假設(shè)沒有多余的能量損失，能夠讓刀具移動的力都由車輪轉(zhuǎn)動的力矩導(dǎo)致的活動。
于是能夠得到: (3.1)
取正常人的步行速度是。
取車輪的直徑為；輪子的周長為。
傳遞的功率大小分別是：
: (3.2)
: (3.3)
: (3.4)
3.1.2齒輪的計算步驟
（1）計算輸出轉(zhuǎn)矩：
:
: (3.5)
能夠得到
(3.6)
（2）齒輪的參數(shù)設(shè)計：
剪草機(jī)為一般工作機(jī)器，齒輪選擇常用材料及熱處理，8級精度；小齒輪：40Cr(調(diào)質(zhì))，齒面硬度280HBS；大齒輪：45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度240HBS,二者硬度相差40HBS[3]。
初定齒數(shù)為 小齒輪：z1=23，大齒輪：
（3）設(shè)定基礎(chǔ)參數(shù)
根據(jù)齒面的硬度查資料得出是：
小齒輪：, 大齒輪：
假設(shè)齒寬系數(shù)是：
選擇的是：
根據(jù)資料查表格能夠得到是：
（4）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的計算
草坪修剪機(jī)的剪草過程肯定要收到作業(yè)損耗，并且草的生長速度很快，為了草坪整體的美觀，每一周都要盡量使用機(jī)械去修剪，按照使用人員正常工作時間8h計算，預(yù)計修剪機(jī)的使用年限大概是50年左右。
: 小齒輪 (3.7)
于是帶入公式能夠得出：
大齒輪
（5）接觸疲勞許用應(yīng)力的設(shè)計計算
:
:小齒輪, 大齒輪
有計算公式： (3.8)
（3.9）
: （3.10）
于是能夠計算出：
:
通常選用標(biāo)準(zhǔn)的
: 小齒輪：
大齒輪：
: 大齒輪：，取圓整；
小齒輪： (需要增加度5mm)
:
: 小齒輪：
大齒輪：
通過上訴計算總結(jié)得到下表：
表3.1所示
（6）載荷系數(shù)K的設(shè)計計算
根據(jù)資料可以查表得出:
: (3.11)
(3.12)
由閱讀機(jī)械設(shè)計資料可以查表得出:
: 齒間：
齒向： 通常需要再跑合，得出
: (3.13)
（7）修正計算：
(3.14)
前面已經(jīng)選取的，計算結(jié)果滿足接觸疲勞強度的要求。
（8）彎曲疲勞強度校核計算
由公式 (3.13)能夠得到:
K=
:
根據(jù)機(jī)械設(shè)計的材料能夠查表格得到以下參數(shù)：
:, ； :，
: 小齒輪：
大齒輪：
:小齒輪：
大齒輪：
:
由公式 (3.15)
得到
由公式 (3.16)
得到
: σF1=2KT1bmd1gYFa1gYSa1 (3.17)
σF1=80.5MPa≤σF1 σF1=74.2MPa≤σF2
所以,根據(jù)以上的計算的結(jié)果，能夠得到彎曲疲勞強度滿足要求
3.2 設(shè)計計算軸
3.2.1軸的設(shè)計與計算
出于軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的左端、右端均制成倒角。
（1）軸的材料選擇
這個軸沒有什么技術(shù)上的額外問題，所以我選用45鋼然后經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，于是可以得到。
粗略的估計軸的直徑大?。?
按扭轉(zhuǎn)強度估算輸入端的最小軸徑[5]。由于材料選用的是45鋼，
根據(jù)公式 (3.18)
（2）軸的基礎(chǔ)計算
軸上零件都是限制其沿著軸向方向移動和限制軸沿著圓周方向移動。
我設(shè)計的方案從左邊車輪到右邊車輪選取的長度為：
。
（3）軸的強度計算設(shè)計
：
：
： (3.19)
： (3.20)
： (3.21)
受到的外力示意圖如3.1所示：
：
水平面：
C點位置：
垂直面：
C點位置：
：
根據(jù)合成彎矩的應(yīng)力來檢驗軸的強度
一般情況下我們想要去檢驗軸的強度，只需要去計算截面受到的最大的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩。我選擇，
： (3.22)
根據(jù)我所學(xué)習(xí)的機(jī)械設(shè)計知識：
當(dāng)結(jié)構(gòu)的材料選擇45鋼的時候，再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，，，所以能夠達(dá)到設(shè)計需要。
3.2.2軸的設(shè)計與計算
（1）軸的材料選擇
這個軸沒有什么技術(shù)上的額外問題，所以我選用45鋼然后經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，于是可以得到。
粗略的估計軸的直徑大?。河捎诓牧线x用的是45鋼，
根據(jù)公式 (3.18)得:
（2）軸的基礎(chǔ)計算
軸上都是限制其沿著軸向方向移動和限制軸沿著圓周方向移動。
大齒輪在軸上為對稱定位，使傳遞動力簡易，左端和右端由套筒定位，便于拆卸安裝；軸的左面和右面用的軸承都要使用一樣的，這樣的話可以避免生產(chǎn)過程的中的麻煩，對于購買者來說安裝簡單，方便修理，特別注意安裝的時候軸肩位置的高度。
軸和齒輪沿著軸向方向的定位一般情況下都選用的是普通的平鍵聯(lián)接的。根據(jù)閱讀的資料查找表格能找到：齒輪的鍵截面，配合，軸承與軸的配合為：基孔制。通過選定的軸承的固定軸肩的位置能夠使其選定軸的每一段的長度以及軸的直徑大小。我設(shè)計的方案從左邊車輪到右邊車輪選取的長度為：
。
(3) 軸的強度設(shè)計計算
： =3911N·mm
： (3.23)
： (3.24)
： (3.25)
： (3.26)
：
垂直面：
方向相反
C點位置：
水平面：
C點位置：
：
同理可得，由公式 (3.22)：
根據(jù)我所學(xué)習(xí)的機(jī)械設(shè)計知識：
當(dāng)結(jié)構(gòu)的材料選擇45鋼的時候，再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，，，所以能夠達(dá)到設(shè)計需要。
3.3 端面齒輪及撥桿的計算設(shè)計
3.3.1設(shè)計基礎(chǔ)
在我的設(shè)計中，有一對機(jī)構(gòu)配合工作類似凸輪與推桿的工作過程，是由端面齒輪和撥桿組成的機(jī)構(gòu)組，而且它們的配合非常重要，與剪切刀具的工作過程緊密相關(guān)。
3.3.2 運動分析
的外形如圖3.9所示：
設(shè)計需要撥桿滿足：
端面齒輪轉(zhuǎn)動時，其向上20mm；
再轉(zhuǎn)動時，其向下20mm；
接著轉(zhuǎn)動時，其停下來不動。如圖3.10所示。
如圖3.10所示，位置在的端面齒輪處安裝撥桿，a段、b段均為撥桿向上升的時候，所對應(yīng)的端面齒輪轉(zhuǎn)過的角度為，。：
(3.27)
同理得到：
式中--
假設(shè)在端面齒輪上的運動行程為，接觸點上下運動的位移為，：
參數(shù)解釋： --；
K--。
當(dāng)，
：
上面的軌跡方程可以畫出運動曲線，我們僅僅研究一個往復(fù)運動就可以了，因為端面齒輪外形的特殊對稱性，不需要分析其他的5個完全一樣的內(nèi)容，把角度帶入公式得出相應(yīng)的結(jié)果做出表格如下。
運功輪廓線如圖3.13所示。根據(jù)上面表格的數(shù)值，可以把它做成折線圖，可以更加直觀的看出變化情況。我的角度之間選取的差值越小，得到的折線圖就越清晰。
4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計
4.1刀具的設(shè)計計算部分
4.1.1 刀具設(shè)計基礎(chǔ)
修剪機(jī)我選用的是堅硬不易的刀片切割草，刀具做的是來回往返方式的移動。上刀片和下刀片構(gòu)成這樣的往返剪草結(jié)構(gòu)。因為前文已經(jīng)提及過，兩個刀片一起運動還是一個刀片運動、一個刀片固定，這兩種我選擇的是后面的方式，因為可以構(gòu)成類似剪刀的相切的道理，滾到在底刀上做往返來回移動。如果用方程表示它的運動：，刀片運動的距離數(shù)值上和兩個刀之間的距離一樣。
修剪機(jī)我選用的是堅硬不易的刀片切割草，刀具做的是來回往返方式的移動。上刀片和下刀片構(gòu)成這樣的往返剪草結(jié)構(gòu)。因為前文已經(jīng)提及過，兩個刀片一起運動還是一個刀片運動、一個刀片固定，這兩種我選擇的是后面的方式，因為可以構(gòu)成類似剪刀的相切的道理，滾到在底刀上做往返來回移動。如果用方程表示其運動特點
我的設(shè)計方案大致是，刀具兩個刀片雖然是分為上滾刀和下底刀，但是不影響修剪草地，就是草還是收到兩方向的切割動作，之所以大多數(shù)剪草機(jī)都是動力驅(qū)動是可以提供很大的切割速度，因此，速度比較大的時候剪切的效果好。我現(xiàn)在模擬一整個剪草活動中速度的變化大小，如圖4.1所示。我們只看一個工作循環(huán)，自開始，可以相當(dāng)于原點就是速度為零的點。還未到達(dá)以前，由于切刀沒有產(chǎn)生互相接觸，所以尚未開始切割運動。
到達(dá)，上滾刀和下底刀開始接觸，的速度就叫做開始切割的速度，然后刀片接著往右移動并且開始切割運動，當(dāng)達(dá)到，上滾刀和下底刀分離，的速度就叫做終止切割的速度。能夠變化的區(qū)間是到之間的速度大小之差。并且＞。
整個工作循環(huán)里，一個刀具刀刃頂斜著移到另外一個刀具刀刃以及修剪機(jī)工作時向前傾斜的情況下把部分的草剪切的，導(dǎo)致草坪輪廓略微不齊。
4.1.2 刀具的計算設(shè)計
刀片的一個行程時間里機(jī)械行進(jìn)的距離叫做切刀的進(jìn)程，以H來表示。[11]
——
——
——
：
由公式 (4.1) 、(4.2)可知
：
：
因為端面齒輪轉(zhuǎn)動一圈刀具來回往返為六回，運動軌跡曲線是加速減速相互對稱的曲線，速度的改變是，0→和→0用的時間是。
通過以上的分析，刀具做的是勻加速運動，：
：
： (4.1)
通過調(diào)查資料了解到采茶機(jī)和茶樹修剪機(jī)的參數(shù)，類似實驗結(jié)果和我的計算參數(shù)相對比，能夠得到動力轉(zhuǎn)速不大的手推式剪草機(jī)傳動的效率相對大。證明我設(shè)計的剪草機(jī)的機(jī)械效率比另外的兩臺機(jī)器高。
4.1.3 刀具的基本參數(shù)
刀片是剪切結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，因為不同的運動參數(shù)以及使用前提，導(dǎo)致不一樣機(jī)型的刀具參數(shù)存在差別。
選擇刀片是非常重要的，直接影響剪草的直觀效果，對剪草效果也有間接的影響，機(jī)器的用途不同選擇的刀都是不同的，市面上也有可以更換刀進(jìn)行不同操作的機(jī)器。
如圖4.3所示是刀刃的楔角、切割角。如果增大切割角的話就會導(dǎo)致剪切口不太規(guī)整。而且刀片行進(jìn)距離是，、不起任何作用。
圖4.3刀刃的角度
刀具行程對修剪效果的影響
行程是，碎草比較少，草的外觀和整體修剪高度較好。當(dāng)切割間距為的時候，切割口處較整齊；當(dāng)切割間距為30mm以上的時候，切割口處便不整齊了；當(dāng)切割間距大于40mm的時候剪切表面好像是隨機(jī)采樣一樣，一塊草坪部分修剪部分沒修剪，雜亂并且不均勻。剪草的品質(zhì)與刀片的刀距行程沒有太大的影響。
剪切速比對草嫩芽、碎葉的影響
針對類似作物的試驗，刀具的切割速度比，為2.5之下的時候，草的芽葉多，細(xì)小的碎葉少，對草切割之后基本沒有什么的影響。所以，選取任意的剪切速比在2.5下的刀片做來回往返移動，正常切割長度草削呈現(xiàn)略微消減的趨向；剪切速比為，修剪草的時候修剪的效果沒有顯著的不同。剪切速比為＜3，修剪之后的草邊緣凹凸不平。[2]
5 總體設(shè)計參數(shù)及使用說明
5.1端蓋與車輪的參數(shù)
5.1.1前輪萬向輪
根據(jù)成本預(yù)估、實際需要前輪采用萬向輪,由于修剪機(jī)在修剪草坪時需要轉(zhuǎn)動靈活,采用的前輪參數(shù)為: 輪徑:100mm 輪寬:30mm 載荷:60kg 安裝尺寸高度105mm 螺桿參數(shù)M12x25 如圖5.1所示:
圖5.1萬向輪
車后輪的其中一個輪子安裝上有利于轉(zhuǎn)彎時推動的使用年限長的球軸承。
5.1.2 端蓋的選擇
端蓋重要的是:修剪機(jī)與其里面構(gòu)件的配合、經(jīng)濟(jì)性,盡可能減少成本預(yù)算。外形輪廓采用簡單適用的表面, 厚度：1mm，材料選擇:HT200。
5.2 總體設(shè)計參數(shù)
我設(shè)計的這款機(jī)器，就當(dāng)下的市場價格，整個機(jī)器的成本價格大概在一百到二百之間，加工需要的人力手工費用大概在一百以下。也就是說，價格在三百左右?，F(xiàn)在可以在大部分小型園林草坪區(qū)域進(jìn)行作業(yè)。
5.3使用說明書
5.3.1修剪機(jī)的名稱
環(huán)保草坪修剪機(jī)(手推式)
5.3.2修剪機(jī)的組裝
安裝修剪機(jī)時，需要從事過機(jī)械工作的專業(yè)工人加入。開始組裝前需要使用水平儀確定平基準(zhǔn)以及組裝支架的水平度，讓其牢固住。根據(jù)剪草機(jī)出廠時，每段機(jī)殼的連接標(biāo)志次序安裝，每段機(jī)槽內(nèi)口的接觸需要整齊、密封，發(fā)生錯位的情況，僅要求比剪草機(jī)撥桿略矮，數(shù)值不能夠比1mm大。機(jī)體安裝以后，測量機(jī)槽左右邊對稱中心面的對稱度。機(jī)器的前輪、后輪一定要和中心對直，齒軸安裝以后必須保持平行的狀態(tài)，不能側(cè)偏。組裝剪草機(jī)刀具時，需要重復(fù)確認(rèn)刀具往復(fù)移動能否靈活，作業(yè)矯捷的剪草機(jī)才可以開始組裝。
5.3.3修剪機(jī)的試運轉(zhuǎn)
修剪機(jī)組裝完成以后，嘗試讓機(jī)器空載運行一段時間。
準(zhǔn)備工作完成以后，向前或向后推行剪草機(jī)，察看小輪、大輪能否和外殼接觸或跑偏，如果沒有缺點，適當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的空載運行。
5.3.4修剪機(jī)器的使用和維護(hù)
(1)修剪機(jī)的操作
要開始修剪草地的話，需要一段時間的空載運行，等到機(jī)器運行達(dá)到穩(wěn)定就可以開始剪草工作，需要穩(wěn)定剪草機(jī)運行的速度，不可以突然過量增速和過載運轉(zhuǎn)，會輕易對刀片造成很大傷害。
沒有特殊問題，在剪草工作結(jié)束后，必須清理刀具，這樣可以剪草的刀片可以多用幾次。我們?nèi)绻_始修剪草地，肯定要先大致看一下草的高度，然后確定大概剪短多高，根據(jù)以上把調(diào)節(jié)剪草機(jī)調(diào)節(jié)到需要的剪草高度。操作者需要首先查看剪草機(jī)的各個構(gòu)件，尤其是刀具是否損壞，驅(qū)動裝置，端面齒輪和撥桿組合是否完好，螺母、螺栓的緊固狀況，輪胎壓力狀況。如果存在損壞的機(jī)件（如刀片發(fā)生裂縫和過度損壞、撥桿的斷裂、彎曲段中間導(dǎo)軌嚴(yán)重磨損等），需要予以維修或換新。[4]
(2)保養(yǎng)
剪草機(jī)工作結(jié)束以后，必須清理、檢查。若發(fā)現(xiàn)槽內(nèi)有殘余草卡在里面，需要掃除清潔，如果發(fā)現(xiàn)構(gòu)件存在部分、細(xì)小的安全問題，需要立即解決。大輪上螺栓松緊程度，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。潤滑點需要加油。
(3)維修
排出需要給損壞件予以維修或換新，應(yīng)該按期進(jìn)行查看主要構(gòu)件、易磨損零件，而且需要參照安全用法的要求維修，讓機(jī)械始終維持極好的作業(yè)狀況。
6 結(jié)論
我的畢業(yè)設(shè)計題目是：環(huán)保草坪修剪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)于這個設(shè)計首先我擬定大體工作方案，然后選擇動力提供和剪草方式，在方案選擇中花費很多時間，實際機(jī)構(gòu)與設(shè)計要求不符合，我一步步分析論證最終克服困難，解決了增速結(jié)構(gòu)的選擇、改變運動形式的機(jī)構(gòu)選擇、剪草高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇。
在全部的設(shè)計方案里完成以下工作：1、上網(wǎng)查閱相關(guān)的文獻(xiàn)記載，學(xué)習(xí)現(xiàn)代國內(nèi)外剪草機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展前景，也了解到創(chuàng)新設(shè)計能夠帶來無窮的發(fā)展機(jī)遇。2、依靠資料學(xué)習(xí)的剪草機(jī)用處，把剪草機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了剖析和充分的論證，最終選擇了設(shè)計方案。3、具體的設(shè)計計算了主要零部件例如齒輪、軸，并且進(jìn)行了校核。針對刀具進(jìn)行了細(xì)致的計算設(shè)計。4、通過二維制圖軟件完成非標(biāo)準(zhǔn)件的零件圖和裝配圖。使我學(xué)習(xí)到嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的工作態(tài)度，同時為我以后能夠在社會道路上學(xué)習(xí)更多的專業(yè)知識奠定了堅實的基礎(chǔ)，也為我提供了一次可以把所學(xué)習(xí)的理論知識應(yīng)用到實際生產(chǎn)里的絕佳磨煉機(jī)會，勢必將影響我以后的工作生活。
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附錄1:外文翻譯
割草機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計與受力分析
關(guān)鍵詞:割草機(jī)，修剪灌木，修剪角落，應(yīng)力分析
摘要
隨著人們生活條件的日益苛刻，國內(nèi)日益增多的城市綠地草坪機(jī)械已進(jìn)入快速發(fā)展時期。摘要:通過對現(xiàn)有割草機(jī)存在的問題進(jìn)行研究分析，結(jié)合創(chuàng)新思維方式，基于系統(tǒng)理論，提出了制約割草機(jī)創(chuàng)新設(shè)計的因素，即修剪灌木和草坪與修剪邊角機(jī)械一體化，創(chuàng)新設(shè)計出小面積的綠地服，同時具有低噪音、環(huán)保的多功能割草機(jī)。并利用計算機(jī)軟件對割草機(jī)的重要部件進(jìn)行力學(xué)分析。
1 .介紹
割草機(jī)是農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、園藝和園林行業(yè)必不可少的一種通用機(jī)械，但適用于體積小、形狀不規(guī)則或地形起伏大且操作復(fù)雜、使用方便、靈活緊湊的割草機(jī)很少見到。為此，在基礎(chǔ)研究中廣泛應(yīng)用了一些割草機(jī)技術(shù)，設(shè)計了一種簡單實用的割草機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、工作頭突出高度可調(diào)的特點。我國生產(chǎn)的割草機(jī)起步較晚，一般是小型制造企業(yè)，產(chǎn)品使用比較單一，沒有規(guī)?；浚蚤L割草機(jī)主要是進(jìn)口的。我們的割草機(jī)主要從日本、美國、意大利、瑞典等國家進(jìn)口，進(jìn)口價格從幾千到幾百萬不等。
2 .創(chuàng)新與創(chuàng)新設(shè)計——基于系統(tǒng)約束理論的創(chuàng)新思維方式。
“創(chuàng)新”的起源可以追溯到1912年，美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家約瑟夫·熊彼特的《經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)論》一書。創(chuàng)新是新的生產(chǎn)要素與生產(chǎn)條件相結(jié)合的生產(chǎn)制度的引入。包括:引進(jìn)新產(chǎn)品，引進(jìn)新的生產(chǎn)方法，開拓新的市場，獲取原材料或半成品的新的供應(yīng)來源，創(chuàng)建新的經(jīng)營組織形式。 [ 1 ]創(chuàng)新設(shè)計是指設(shè)計師在設(shè)計中充分的創(chuàng)造性思維、科學(xué)、技術(shù)、文化、藝術(shù)、社會、經(jīng)濟(jì)等特征，設(shè)計出一種新穎性、創(chuàng)造性和實用性的新產(chǎn)品的實踐，其目的是在產(chǎn)品概念設(shè)計階段產(chǎn)生新的市場競爭力概念或創(chuàng)意最有可能的創(chuàng)造性解決方案。創(chuàng)新設(shè)計就是要設(shè)定一個具體的目標(biāo)，然后找到實現(xiàn)這一目標(biāo)的正確路徑。設(shè)計問題是多種多樣的，根據(jù)設(shè)計問題的類型，需要采取不同的解決和創(chuàng)新策略以及相應(yīng)的設(shè)計方法。針對不同類型的設(shè)計問題制定了相應(yīng)的解決策略。[ 2 ]在本文中，一種基于系統(tǒng)理論的約束創(chuàng)新思維方法是對現(xiàn)有割草機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。解決問題的系統(tǒng)創(chuàng)新思維分為三個步驟: [ 3 ]通過充分條件解決重建問題；2項戰(zhàn)略；3應(yīng)用相關(guān)思維激勵工具。該方法提供了對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和創(chuàng)新解決方案的客觀評價，指出方案滿足兩個充分條件將被視為創(chuàng)新設(shè)計。這兩個條件是完全封閉的世界條件和質(zhì)量變化條件。[ 4 ]
3 .割草機(jī)案例研究
3.1對目前割草機(jī)存在的問題進(jìn)行初步分析，主要是單一的功能只能執(zhí)行一項工作，人們要做不同的事情，如割草修剪灌木，就需要不同的設(shè)備來完成這項工作，從而增加了不便的成本。而且他們用內(nèi)燃機(jī)作為動力，噪音大，污染大，同時能耗也大，不能滿足國家的節(jié)能要求。隨著我國人民生活水平的提高，人們對綠色生活的認(rèn)識水平要求越來越高，特別是在社區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校和辦公環(huán)境周邊的綠色區(qū)域越來越高，需要開發(fā)出一種適合小面積草坪、低噪音、易操作、用途廣泛的割草機(jī)。
3.2在回答問題時
( 1 )割草高度可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整，適應(yīng)高度調(diào)整范圍，當(dāng)草坪修剪低能耗要求達(dá)到要求時。
( 2 )割草整齊、平整，割草前行程一致，兩個作業(yè)行程銜接順暢。
( 3 )割草機(jī)質(zhì)量好，故障少，節(jié)能，效率高。
( 4 )操作方便，輕巧靈活，結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)和調(diào)試，割草機(jī)零部件均為標(biāo)準(zhǔn)件，零部件通用性和互換性強。
( 5 )采用電機(jī)驅(qū)動低噪聲。
( 6 )上加割草修剪灌木功能。
3.3有系統(tǒng)的創(chuàng)新思維解決問題
3.3.1總體方案設(shè)計手推式割草機(jī)采用手動驅(qū)動。搜索《人體工程學(xué)手冊》，人的行走速度約為3 - 5公里/小時，即48 - 64米/分鐘，考慮到推式割草機(jī)切割，選定人的行走速度為48米/分鐘，即0.8米/秒。人為因素的平均高度，設(shè)計扶手和支架尺寸，并根據(jù)性別和年齡對扶手的高度和長度進(jìn)行設(shè)計調(diào)整。站立工作的大小關(guān)系到手術(shù)的進(jìn)行，以及身體對空間的需求。本文將修剪高度可調(diào)的割草機(jī)、修剪器和灌木修剪器的邊角，通過融合創(chuàng)新設(shè)計和使用電機(jī)驅(qū)動，低碳環(huán)保，低噪音，特別是對小型靜音場所要求較高的場所。
3.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新包括:
( 1 )在原有割草機(jī)的基礎(chǔ)上增加修剪灌木的工具，使其具有修剪灌木的功能。修剪灌木部分是高度和角度可調(diào)的，工具可調(diào)角度是180 1856前沿的先進(jìn)材料和工程技術(shù)II度可調(diào)修剪30cm高度，以適應(yīng)不同高度不同形狀的灌木。傳動軸與工具連接，方便工具通過萬象調(diào)整截面高度和角度。通過固定桿松開工具本體，連接桿兩端分別設(shè)有鎖緊結(jié)構(gòu)，鎖緊結(jié)構(gòu)需要調(diào)節(jié)工具的高度和角度時，鎖緊結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)完成閉合。為了適應(yīng)刀具高度的變化，我們設(shè)計了伸縮結(jié)構(gòu)調(diào)度軸，采用花鍵連接。
( 2 )為解決割草機(jī)死的問題，增加了外部割草刀片。安裝在安裝支架上的外部割草機(jī)刀片修剪襯套。外部割草刀采用齒輪傳動結(jié)構(gòu)，并依靠支架附在機(jī)體上獲得動力。
( 3 )為實現(xiàn)修剪灌木和割草轉(zhuǎn)換兩種功能，在割草機(jī)上增加一個分流器，通過分流器離合器控制電機(jī)的換向，即把動力傳遞給兩個傳動軸。驅(qū)動軸連接在割草機(jī)底部的刀片上，完成割草工作。另一個連接到前割草機(jī)的修剪器驅(qū)動軸襯套部分，用于完成修剪器襯套或拐角的構(gòu)造工作。為了減輕自身割草機(jī)的重量，修剪機(jī)和灌木角修剪機(jī)可以非常方便地拆卸和安裝。割草和修剪灌木不是同時進(jìn)行的，驅(qū)動軸通過超越離合器與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接。當(dāng)電動割草機(jī)正向工作時，修剪灌木時電動機(jī)反轉(zhuǎn)?？赡骐姍C(jī)反轉(zhuǎn)控制按鈕調(diào)節(jié)割草機(jī)扶手。所述軟件的三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1角剪電動割草機(jī)均勻內(nèi)部結(jié)構(gòu)
3.3.3應(yīng)力分析
為了保證割草機(jī)的使用壽命，應(yīng)用軟件對割草機(jī)的重要部件進(jìn)行了三維應(yīng)力分析，具體如下。選擇驅(qū)動齒輪軸材質(zhì)為40Cr。根據(jù)UG庫材料對應(yīng)的國產(chǎn)材料牌號，采用相應(yīng)的材料40Cr對Tron _ 40錐齒輪軸進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。最大應(yīng)力為38.08 MPa，遠(yuǎn)小于材料許用應(yīng)力。
圖2錐齒輪軸應(yīng)力分析圖
4 .結(jié)論
本文提出了一種基于系統(tǒng)理論的約束創(chuàng)新思維方法，對現(xiàn)有割草機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。理論上通過采用創(chuàng)新設(shè)計將修剪高度可調(diào)的割草機(jī)、灌木修剪機(jī)和邊角修剪機(jī)融合在一起，創(chuàng)新設(shè)計采用電機(jī)驅(qū)動，低碳環(huán)保，低噪音，特別是對于小型場地和在場地靜音要求較高的場所使用。同時割草機(jī)通過創(chuàng)新設(shè)計，具有使用方便、攜帶方便、靈活的特點，可以有效降低勞動強度。
附錄2:外文原文
致謝
本文從選題、方案論證到課題的研究都是在導(dǎo)師何榮國老師的全面、悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識、豐富的創(chuàng)造力、高瞻遠(yuǎn)矚的學(xué)術(shù)思想，以及敏銳的洞察力，始終令學(xué)生敬佩，并將影響我的一生。值此成文之際，謹(jǐn)向?qū)煴磉_(dá)我深深的敬意和衷心的感謝！
對于我來說此次的畢業(yè)設(shè)計，不僅僅是我四年大學(xué)知識成果的檢驗，也對我以后的學(xué)習(xí)、工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，畢業(yè)設(shè)計的鍛煉讓我重新復(fù)習(xí)了之前遺忘的知識，并且深感自己所學(xué)機(jī)械設(shè)計專業(yè)的博大精深。這是一次理論與實際相結(jié)合的鍛煉。即使在整個設(shè)計方案里，我遇到了很多麻煩，甚至是之前完全沒有過接觸過的東西，但是都在老師的指導(dǎo)以及我的努力學(xué)習(xí)下逐一戰(zhàn)勝了，而且積累了很多實踐的經(jīng)驗。雖然我所設(shè)計的方案可能還存在很多缺點，但是我盡力去更好的完成整個設(shè)計，這個過程對我未來的學(xué)習(xí)與工作都是很重要的。
通過這次訓(xùn)練，提高了自己的動手能力和設(shè)計能力，為學(xué)生日后順利進(jìn)入工作崗位作下了鋪墊。本次畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生收獲頗多，這與何老師的悉心指導(dǎo)是分不開的。何老師公務(wù)繁忙，但是還是經(jīng)常抽時間來視察學(xué)生畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度，就畢業(yè)設(shè)計過程中遇到的問題給予耐心指導(dǎo)。
特別要感謝的是我的父母和家人!感謝父母在我成長的道路上給予的無私的愛。感謝所有關(guān)心和幫助過我的人們！
最后，在本文結(jié)束之際，向所有為我的論文提出寶貴意見的評閱老師們表示衷心的感謝和崇高的敬意！謝謝！
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