軋機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

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1、 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文) 單輥熱軋鋼板主機(jī)列的設(shè)計(jì) Design of Hot rolling-mill which drive by a single roller 學(xué) 院： 機(jī)械工程 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 機(jī)械075 學(xué)生姓名： 夏晶 學(xué) 號(hào)： 010781527 指導(dǎo)教師： 周建來(lái) 2011 年 6

2、月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要 單輥熱軋鋼板主機(jī)列設(shè)計(jì) 摘 要：本設(shè)計(jì)主要分析了熱軋機(jī)的工作原理、工作環(huán)境和工作特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際，對(duì)熱軋機(jī)的主機(jī)列部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)組成的各元件進(jìn)行了選型、計(jì)算和校 核。本軋機(jī)為單輥驅(qū)動(dòng)熱軋機(jī)，其主機(jī)列結(jié)構(gòu)主要有主電機(jī)、凸緣連軸器、一級(jí)減速器、萬(wàn)向接軸、工作機(jī)座等部分組成。連接軸的作用是將動(dòng)力從電機(jī)或減速器傳遞給軋輥。工作機(jī)座是整個(gè)軋機(jī)中最大的部件，它承擔(dān)著大部分的軋制力，因此在本設(shè)計(jì)中對(duì)牌坊的校核是一個(gè)關(guān)鍵的部分。此外最后還對(duì)軋機(jī)的潤(rùn)滑要求及用油和潤(rùn)滑方式進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。本軋機(jī)主要用于加工較薄鋼板，屬于小型軋機(jī)。本軋機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、性能

3、安全可靠、操作性好、對(duì)操作人員素質(zhì)要求較低、且生產(chǎn)效率較高。 關(guān)鍵詞：軋輥；工作機(jī)架；軸承；軋機(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要 Design of Hot rolling-mill which drive by a single roller Abstract: The whole structure of hot rolling-mill is designed that base on combining with practice by analyzing the working principle, the working environment, worki

4、ng character.The selection, calculation and checkout of all components are accomplished. The distance of two roller of hot rolling-mill can’t be adjusted. The hot rolling-mill is composed of electrical motor, the joint between two shaft, a gear, universal joint shaft, work base and other components.

5、 The role of the connecting shaft is transmiting the power from the motor or gear to the roller. The work base of the millis the largest component, which bears most of the rolling force, so the check of the memorial arch in the design is a key part. In addition, Finally the mill lubrication equireme

6、nts and the oil used and themanner is described in detail in the report.This hot rolling-mill mainly used for the processing of thin steel plate, it is a small mill.The character of the rolling-mills as follows: the structure is simple, the maintain is easy, the capacity is safe and reliable, the op

7、eration is easy to the operator and the productivity is high. Keywords: Roller; Mill Housing; Bearing; Rolling Mill 目 錄 1 緒論………………………………………………………………………………1 1.1 熱軋機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)…………………………………………………………… 1 1.2 我國(guó)割草機(jī)的發(fā)展……………………………………………………………2 1.3 手推割草機(jī)的使用……………………………………………………………3 2 割草機(jī)概述……

8、………………………………………………………………5 2.1 割草機(jī)的分類(lèi)…………………………………………………………………5 2.2 割草機(jī)割草的基本要求………………………………………………………5 2.3 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)…………………………………………………………7 4 割草機(jī)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)…………………………………………………………10 4.1 割草機(jī)齒輪設(shè)計(jì)………………………………………………………………10 4.2 割草機(jī)行走輪設(shè)計(jì)……………………………………………………………15

9、5 割草機(jī)割草機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………18 5.1 刀片材料選擇…………………………………………………………………18 5.2 滾刀刀片設(shè)計(jì)…………………………………………………………………18 6 滾刀軸設(shè)計(jì)……………………………………………………………………21 6.1 軸的概述………………………………………………………………………21 6.2 軸的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………21 6.3 軸材料選擇……………………………………………………………………22 6.4 軸的計(jì)算………………………………………

10、………………………………22 7 軸承的選擇……………………………………………………………………26 7.1 軸承材料………………………………………………………………………26 7.2 軸瓦結(jié)構(gòu)………………………………………………………………………27 7.3 滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑劑的選用………………………………………………………27 7.4 徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算…………………………………………………………28 結(jié)論 …………………………………………………………………………………30 致謝 …………………………………………………………………………………31 參考文獻(xiàn)………………

11、……………………………………………………………32 淮海工學(xué)院二〇一一屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 43 頁(yè) 共3 1 緒論 1.1 熱軋機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，軋鋼技術(shù)進(jìn)步趨向于將生產(chǎn)工藝流程連續(xù)化、緊湊化、產(chǎn)品品種規(guī)格多樣化，因而軋鋼生產(chǎn)設(shè)備控制和管理的計(jì)算機(jī)化和信息化也成為國(guó)內(nèi)外軋鋼生產(chǎn)發(fā)展的主流。近20年是我國(guó)軋鋼生產(chǎn)技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)期，現(xiàn)代軋鋼技術(shù)取得重大技術(shù)進(jìn)步的主要特征是自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用。今后，軋鋼生產(chǎn)工藝流程將更加緊湊化、連續(xù)化，對(duì)自動(dòng)化提出了新的要求：需將先進(jìn)

12、的高精度、多參數(shù)在線(xiàn)綜合測(cè)試技術(shù)與高響應(yīng)速度的控制系統(tǒng)相結(jié)合，把設(shè)備運(yùn)行及控制信息集中管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證軋鋼生產(chǎn)的高精度、高速度以及產(chǎn)品的高質(zhì)量。冶金工業(yè)的現(xiàn)代化很大程度體現(xiàn)在生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和信息化，其中信息的傳輸、數(shù)據(jù)的交換成為評(píng)判自動(dòng)化水平的因素，因此綜合使用現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)軋鋼生產(chǎn)設(shè)備裝備水平的全面提升，提高軋鋼生產(chǎn)的自動(dòng)化和信息化水平已成為型鋼生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢(shì)。軋機(jī)主傳動(dòng)的性能對(duì)軋機(jī)操作、運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量、品種規(guī)格范圍乃至軋鋼生產(chǎn)日常維護(hù)影響極大。 從國(guó)內(nèi)外軋機(jī)直流主傳動(dòng)應(yīng)用情況來(lái)看，其發(fā)展趨勢(shì)為：供電系統(tǒng)采用晶閘管變流器，元件模塊化，采用

13、緊湊型結(jié)構(gòu)，體積小；控制系統(tǒng)數(shù)字化，全數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、性能好、自動(dòng)化程度高，并融入自學(xué)習(xí)、自調(diào)整、故障自診斷等功能；實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)通訊聯(lián)網(wǎng)。 1.2.1發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)內(nèi)常用中小型軋鋼機(jī)主要有： 一、二輥式初軋機(jī) 此軋機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于二輥式初軋機(jī)，可將鋼錠往復(fù)軋制成各種矩形坯。二輥可逆式軋機(jī)也可用于軋制軌梁和中厚板。 二、三輥式軋機(jī) 其在同一機(jī)座上可兩向軋制，而軋機(jī)無(wú)需反轉(zhuǎn)，由一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器和齒輪座驅(qū)動(dòng)數(shù)臺(tái)三輥式軋機(jī)，可實(shí)現(xiàn)軋件往復(fù)多道次軋制。它用于開(kāi)坯和型鋼生產(chǎn)，具有設(shè)備簡(jiǎn)單和投資少的特點(diǎn)。軌梁軋機(jī)及大型軋機(jī)可用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在生產(chǎn)中必要

14、時(shí)可調(diào)速改善軋制條件。 三、復(fù)二式軋機(jī) 此軋機(jī)作用與三輥式相似，但軋機(jī)調(diào)整、孔型配置較為方便，用于橫列式小型軋機(jī)。 四、四輥式軋機(jī) 此種軋機(jī)可利用工作輥傳動(dòng)，也可用支撐輥傳動(dòng)，機(jī)架剛度大。輥系采用軋機(jī)專(zhuān)用軸承，壓下蝸輪副為二次包絡(luò)面，壓下力大，機(jī)型有可逆與不可逆兩種，適用于開(kāi)坯初軋或粗軋，是軋制普碳鋼、合金鋼、不銹鋼、銅、鋁等理想的軋機(jī)設(shè)備。其結(jié)構(gòu)主要有主電機(jī)、減速器，人字齒輪座、萬(wàn)向接軸、托架、工作機(jī)架、電動(dòng)壓下裝置、左右卷取機(jī)、以及液壓站和直流電控等部分組成，支撐輥材質(zhì)為9Cr2MO。軸承座配液壓換輥裝置，方便換輥。 3 主電機(jī)容量的選擇 3.1 軋制力的計(jì)算 3.1.1 軋

15、輥主要尺寸的確定 壓下量=20-6=14； 咬入角=20所以； 軋輥輥身直徑 D===232 （3.1） 取軋輥輥身直徑為250 軋輥輥身長(zhǎng)度L根據(jù)實(shí)際工作情況，取為L(zhǎng)=500； 軋輥輥徑的直徑d和長(zhǎng)度l：一般近似的認(rèn)為軋輥輥徑的直徑與輥身的直徑存在如下的關(guān)系： d=（0.5～0.55）D （3.2） 所以d=0.5250=250；而且l與d的關(guān)系是=（0.83～1.0）取l=125； 3.1.2 軋制力計(jì)算 考慮到工作的環(huán)境溫度是1050℃，又是鋼板軋制，所以選擇艾克隆德公式（適用于熱軋型鋼

16、軋機(jī)）計(jì)算平均單位軋制力。 P=（1+m）(k+) (3.3) 式中 m-考慮外摩擦對(duì)單位壓力的影響系數(shù)； k-軋制材料在靜壓縮時(shí)變形阻力， MPa； -軋件粘性系數(shù),； u-變形速度， s。 m，k，，u的計(jì)算公式 計(jì)算系數(shù) （3.4） 式中-摩擦系數(shù)，對(duì)于鋼軋輥，對(duì)于硬面鑄鐵軋輥，T為軋制溫度； h，h-軋制前后軋件的高度，； R-軋輥半徑，； 代入具體數(shù)值，得 m==1.2 計(jì)算變形阻力k （3.5）

17、式中t-軋制溫度，℃； w-碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％； w-錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％； w-鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％。 代入數(shù)值，得 計(jì)算軋件粘性系數(shù) （3.6） 式中c-考慮軋制速度對(duì)的影響系數(shù)，當(dāng)軋制速度小于6時(shí)，c取1.0 帶入具體數(shù)值： ； ； 帶入公式(3.3)得 P=（1+1.2）(47.9+0.0350.525)=105.4 L===41.8 =N (3.7) 3.2電機(jī)軸上力矩計(jì)算 軋制力的力臂a的計(jì)算 (3

18、.8)； 式中 ，為軋制時(shí)的咬入角； 咬入角， 十分接近20跟前面的計(jì)算吻合 由于空轉(zhuǎn)輥的傳動(dòng)力矩為零，如不考慮其輥頸處的摩擦，則對(duì)空轉(zhuǎn)輥的作用力必然通過(guò)空轉(zhuǎn)輥中心，在這類(lèi)軋機(jī)上，一般都是下輥驅(qū)動(dòng)，上輥的速度可隨金屬運(yùn)動(dòng)速度變化。 單輥驅(qū)動(dòng)的軋制過(guò)程是穩(wěn)定軋制過(guò)程，下驅(qū)動(dòng)輥所承受的軋制力矩為： =4039.4 (3.9)； 摩擦力矩，，其中（根據(jù)膠木瓦軸選取） 軋輥軸承處的摩擦阻力矩， =4043.15 (3.10)； 3.3主電機(jī)選擇 軋制速

19、度 (3.11)； 代入具體數(shù)值，軋制速度 電機(jī)功率N N= (3.12) 總傳動(dòng)效率，可按下式確定： 式中 ——萬(wàn)向接軸傳動(dòng)效率，取值0.94 ——減速器的傳動(dòng)效率，取值0.94 ——凸緣聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率，取值0.96 帶入具體數(shù)值： N= 查電機(jī)手冊(cè) 選擇Y355M2-8電機(jī)(基速740，功率160KW) 速比； 電機(jī)形狀如

20、下圖所示: 圖3：Y355M2-8電機(jī) 4減速箱的設(shè)計(jì) 4.1齒輪設(shè)計(jì)與校核 4.1.1 確定齒輪精度等級(jí)、齒輪類(lèi)型、齒數(shù)和材料 （1)選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) （2）選用7級(jí)精度。選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 （3）選小齒輪齒數(shù)是z1=20，大齒輪齒數(shù)是z2=uz1= （4）選取螺旋角。初選螺旋角= 4.1.2依據(jù)齒面接觸的強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)： 按照設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）［4］試算：

21、 （4-1） （1）明確公式內(nèi)的各字母所表示的數(shù)值 1）載荷系數(shù) Kt=1.6 2）確定小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=95.510 3）查閱表10-7確定齒寬系數(shù)為Фd=1 4）查閱表10-6確定材料的彈性影響系數(shù)為ZE=189.8MP 5）查閱圖10-21d根據(jù)齒面硬度確定： 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為бHlim1=600MP； 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為бHlim2=550MP 6）根據(jù)10-13計(jì)算出應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60njLh=607401=3.19710 =3.19710/3.2=0.999 7

22、）查閱圖10-19確定接觸疲勞壽命系數(shù)為： KHN1=0.90；KHN2=0.95 8）確定接觸疲勞許用應(yīng)力 根據(jù)失效概率是1%，安全系數(shù)是S=1，依據(jù)式（10-12）有： MP MP 9)許用接觸應(yīng)力= 10)初選 11)由圖10-26查得 （2）帶入公式（4.1）得： =mm （3)確定圓周速度v v=m/s （4)確定齒寬b b=Фd=1.1152.52=152.52mm （5)確定齒寬與齒高之比b/h 模數(shù)是： mm 齒高是： h=2.25m=2.257.5=16.875mm b/h

23、= （6）計(jì)算縱向重合度 = （7）確定載荷系數(shù) 因?yàn)関=6m/s,且減速器是7級(jí)精度， 查閱圖10-8選擇動(dòng)載系數(shù)為：KV=1.15 查閱表10-3可得 =1.2， 由10-4查得 因?yàn)閎/h=9，KHβ=1.52查閱圖10-13可得 所以載荷系數(shù)為： ==11.151.21.44=1.99 （8）根據(jù)實(shí)際的載荷系數(shù)校核計(jì)算出的分度圓直徑，依據(jù)式（10-10）有： mm （9）確定模數(shù) =mm 4.1.3根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 查閱公式（10-5）可得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算公式是： （5-3） (1）明

24、確公式內(nèi)的各字母所表示的計(jì)算數(shù)值 1）查閱圖10-20d可得： 小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為бFE1=500MP， 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為бFE2=380MP。 2） 查閱圖10-18可得： 彎曲疲勞壽命系數(shù)為KFN1=0.85，KFN1=0.88。 3） 確定彎曲疲勞許用應(yīng)力 選擇彎曲疲勞安全系數(shù)為S=1.4，依據(jù)（10-12）可得： MP MP 4） 確定載荷系數(shù)K 5）確定齒形系數(shù) 查閱表10-5可得 YFα1=2.8，YFα2=2.175 6）確定應(yīng)力校核系數(shù) 查閱表10-5可得 YSα1=1.55，YSα2=1.795 7）確定大、小齒輪的然后

25、進(jìn)行比較 大齒輪的數(shù)值大 8）根據(jù)縱向重合度。從10-28圖中查得 9) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) (2）設(shè)計(jì)計(jì)算: mm 比較計(jì)算結(jié)果，由齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力大小，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，所以可選擇由彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算得到的模數(shù)5.26并就近選擇標(biāo)準(zhǔn)值=6mm,根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得到的分度圓直徑為： d1=154.99mm， 確定小齒輪齒數(shù) 確定大齒輪齒數(shù)

26、 通過(guò)上述的設(shè)計(jì)計(jì)算得出的齒輪傳動(dòng)方案，即滿(mǎn)足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度的要求，又滿(mǎn)足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，而且結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊，保證了經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)，避免了不必要的浪費(fèi)。 4.1.4 確定幾何尺寸 (1）確定中心距 mm 將中心距圓整為455㎜ (2）按圓整后的中心距修正螺旋角 (3）確定分度圓直徑 mm mm (4）確定齒輪寬度 mm 圓整后取。 4.1.5確定結(jié)構(gòu)尺寸 (1）確定小齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸 模數(shù)： =6mm 壓力角： α=20 螺旋角： = 分度圓直徑： d1=1

27、55mm 齒頂高： ha=m=6mm 齒根高： mm 全齒高： mm 齒頂圓直徑： mm 齒根圓直徑： mm 中心距： mm 齒數(shù)比： u=4.9 (2） 確定大齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸 分度圓直徑： d =755mm 齒頂圓直徑： mm 齒根圓直徑： mm 其它尺寸同小齒輪的尺寸相同。 4.2 齒輪軸的設(shè)計(jì) 4.2.1 材料選擇 碳素鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，所以45鋼制造傳動(dòng)軸比較

28、切合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際。 4.2.2求輸入軸上的轉(zhuǎn)矩T 已知電機(jī)功率P=150KW，轉(zhuǎn)速n=740r/min。 T=9550000 4.2.3初步確定軸的最小直徑 由于選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表15-3，取,于是得 為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩,查表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取=1.3，則： = 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊(cè)，選用CY9型凸緣聯(lián)軸器，其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為400。凸緣聯(lián)軸器的孔徑為d=75mm，故取=75mm，凸緣聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L=142mm。 4.2.4軸的結(jié)構(gòu)

29、設(shè)計(jì) (1)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1）為了滿(mǎn)足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，軸段右端需制出一軸肩，故取=81mm，左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取D=85mm。凸緣聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L=142mm，為了保證軸端擋圈只壓在凸緣聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故段得長(zhǎng)度應(yīng)比L略短一些，現(xiàn)取=140mm。 2）選擇滾動(dòng)軸承。選用深溝球軸承6217，其尺寸為 故=85mm，而。 右端軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。取=95mm。 3）段為小齒輪，小齒輪寬度155mm，模數(shù)： =6mm，分度圓直徑： d1=155mm，齒頂圓直徑： mm，齒根圓直徑：mm

30、 4）軸承端蓋的總寬度為55mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與凸緣聯(lián)軸器右端面間的距離l=35mm，故取=90mm。 5）取齒輪距箱體之距離a=16mm，軸承距箱體內(nèi)壁的距離為8mm，所以取。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 （2）軸上零件的周向定位 凸緣聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。選用平鍵尺寸為,凸緣聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 （3）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑為5mm。 小齒輪的結(jié)構(gòu)形狀如下圖：

31、 4.3輸出軸的設(shè)計(jì) 4.3.1 材料選擇 碳素鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，所以45鋼制造傳動(dòng)軸比較切合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際。 4.3.2求輸入軸上的轉(zhuǎn)矩T 取齒輪傳動(dòng)的效率，則 =P 又=150r/min 于是 =9550000 4.2.3初步確定軸的最小直徑 由于選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表15-3，取,于是得 為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩,查表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取=1.3，則： =

32、按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊(cè)，選用SWC型部分軸承座十字軸式萬(wàn)向接軸。SWC225的孔徑為d=135mm，故取=135mm，聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L=152mm。 4.2.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1）為了滿(mǎn)足萬(wàn)向接軸的軸向定位要求，軸段右端需制出一軸肩，故取=141mm，左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取D=145mm。萬(wàn)向接軸與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L=302mm，為了保證軸端擋圈只壓在萬(wàn)向接軸上而不壓在軸的端面上，故段得長(zhǎng)度應(yīng)比L略短一些，現(xiàn)取=150mm。 2）選擇滾動(dòng)軸承。選用深溝球軸承61930，其尺寸為 故=150mm

33、，而。 右端軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。取=165mm。 3）取安裝齒輪處的軸段的直徑=155mm，齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為150mm，為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略小于輪轂寬度，故取。 4）軸承端蓋的總寬度為55mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與萬(wàn)向接軸右端面間的距離l=35mm，故取=90mm。 5）取齒輪距箱體之距離a=16mm，軸承距箱體內(nèi)壁的距離為8mm，所以取， 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 （2）軸上零件的周向定位 齒輪和聯(lián)軸器與軸的周

34、向定位采用平鍵連接。按查得平鍵截面,鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為130mm，同時(shí)為了保證齒輪和軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為。聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接選用平鍵尺寸為,凸緣聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 （3）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑為5mm。 輸出軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下: 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(xiàn)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(zhuān)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。 目前草地草坪業(yè)投入始終嚴(yán)重

35、不足，相對(duì)支持力度減緩甚至下降，使得許多割草機(jī)械制造企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)，再加上我國(guó)與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家存在著技術(shù)、制造手段、工藝等方面的差距，制造能力和水平進(jìn)一步拉大了距離。如現(xiàn)有割草機(jī)械生產(chǎn)制造企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量低，使用故障多、可靠性差。往復(fù)式割草機(jī)工作半天即需刃磨，使用可靠性不到80％。國(guó)外割草機(jī)工作400公頃，故障率僅為4％左右，而我國(guó)的產(chǎn)品在同樣的作業(yè)量其故障率為25％左右。在相同作業(yè)情況下，我國(guó)的割草機(jī)完成的工作量?jī)H是國(guó)外同類(lèi)機(jī)型的一半。 產(chǎn)品品種不全，成套性差。美國(guó)約翰迪爾公司的割草機(jī)械有13個(gè)品種49個(gè)機(jī)型；紐荷蘭公司現(xiàn)生產(chǎn)12個(gè)品種25個(gè)機(jī)型，可供各種經(jīng)營(yíng)規(guī)模的用戶(hù)選擇。我國(guó)的用戶(hù)不

36、能根據(jù)自己的經(jīng)營(yíng)規(guī)模選擇合適的機(jī)具，機(jī)具使用效益不高。 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?lài)?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(zhuān)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

37、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(zhuān)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

38、，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(xiàn)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。 （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。

39、 （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(lèi) 按切割器類(lèi)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6—8km/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

40、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

41、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。 2.2割草機(jī)割草的基本要求 不論是哪一種類(lèi)型的割草機(jī)對(duì)草坪修剪的基本要求是一樣的： （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

42、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手推滾刀式割草機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （1）本次設(shè)計(jì)的手推滾刀式割草機(jī)主要由連接成框形的行走輪、支架、扶手架和割草機(jī)構(gòu)組成，行走輪的內(nèi)圈具有齒輪，割草機(jī)構(gòu)由滾刀和定刀構(gòu)成，滾刀的軸架于支架上，該軸的兩端分別裝置有與行走輪的內(nèi)圈齒輪相嚙合形成行星輪系的小齒輪，定刀固定于支架上，定刀的刃部與滾刀的刃部相切。 （2）手推滾刀式割草機(jī)的工作原理 當(dāng)推動(dòng)扶手架使割草機(jī)在草地上前行時(shí)，行走輪的內(nèi)齒輪帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)，使得滾刀也一起轉(zhuǎn)

43、動(dòng)，通過(guò)滾刀刃與定刀刃形成的剪切動(dòng)作，將草坪上多余高度的草割斷。 （3）本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是： 1）用人力作為動(dòng)力，具有節(jié)省能源、無(wú)污染的特點(diǎn). 2）其傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。 3）體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、保養(yǎng)方便、成本低廉，且采用人的推力為動(dòng)力，無(wú)廢氣及噪音等污染。 4）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) 手推式割草機(jī)的動(dòng)力是來(lái)源于行走輪驅(qū)動(dòng)，即靠人的推力來(lái)驅(qū)動(dòng)。查閱《人機(jī)工程手冊(cè)》，人步行速度約為3—5千米/時(shí)，即48—64米/分，考慮到

44、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。 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得到以下數(shù)據(jù)： 成年男性身高： 18—25周歲 1554—1830毫米 26—35周歲 1545—1851毫米 36—60周歲 1553—1798毫米 平均身高： 18—60周歲 1543—1814毫米 成年女性身高： 18—25周歲 1457—1709毫米 26—35周歲 1449—1698毫米 36—60周歲 1445—1683毫米 平均身高： 18—60周歲 1449—1697毫米 成年男性臂長(zhǎng)： 18—25周歲 279—350毫米

45、 26—35周歲 280—349毫米 36—60周歲 278—348毫米 平均臂長(zhǎng)： 18—60周歲 279—349毫米 成年女性臂長(zhǎng)： 18—25周歲 253—319毫米 26—35周歲 253—320毫米 36—60周歲 251—317毫米 平均臂長(zhǎng)： 18—60周歲 252—319毫米 立姿工作崗位工作高度： 男性： 950—1050—1150毫米 1050—1200—1300毫米 女性： 850—950—1050毫米 1000—1100—1200毫米 綜合以上因素，設(shè)計(jì)扶手以及支架的尺寸，并且根據(jù)不同性別和不同年齡將扶手的高

46、度和傾斜角度設(shè)計(jì)成可以調(diào)節(jié)的。站立工作時(shí)操作的有關(guān)尺寸，以及人體需要的可能活動(dòng)空間. 由《人機(jī)工程手冊(cè)》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推桿距地面的高度取為1000毫米,且可在850-1300毫米之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。 設(shè)計(jì)原則：工作場(chǎng)地的高度取決于作用力、操作者的身高、操作者操作物件的尺寸、以及視野范圍。 A：精密工作，靠肘支撐工作。（設(shè)計(jì)尺寸針對(duì)男性：105—115毫米 針對(duì)女性：100—110毫米） B：虎鉗固定在工作臺(tái)上的高度：113毫米 C：輕手工工作。（男性：95—100毫米 女性：90—95毫米） D：用勁大的工作。（男性：80—95毫

47、米 女性：75—90毫米） 本設(shè)計(jì)屬于D范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)。 又因?yàn)樵摳畈輽C(jī)是手推式的，動(dòng)力來(lái)源于人的行走以及推力。應(yīng)考慮到其結(jié)構(gòu)尺寸方面的因素，因而行走輪直徑不宜過(guò)大。其切割速度要求要大于0.8m/s,如果小于這個(gè)速度,那么草將被撕裂和扯斷,而不是被切割了;如果輪子直徑過(guò)小,則推行比較費(fèi)力,不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,要滿(mǎn)足人的推力在200N左右都能推動(dòng)這部割草機(jī)才行。 初步選取外輪直徑=260mm,由公式n=v/D得： 外輪的轉(zhuǎn)速n=48103/2603.1458r/min。 由《人機(jī)工程手冊(cè)》查得，人體身高尺寸（成年男性）多在170cm左右。因此，推桿距地面的高度取為100cm,且可在100-

48、140cm之間調(diào)節(jié)，符合人體作業(yè)適應(yīng)度。 由以上分析確定割草機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)： 割草機(jī)的整體寬度：648mm 割草機(jī)的割幅：400mm 割草高度：12~42mm 滾刀的直徑：d=160mm 行走輪直徑：=260mm 行走輪的轉(zhuǎn)速：n=48103/2603.1458r/min 傳動(dòng)比：i12=1/5.3 滾刀的轉(zhuǎn)速：n2=585.3=307.4r/min 滾刀的切割速度：=2.57m/s 切割速度大于0.8m/s，合適。 人的持續(xù)推力為15~20kg，取F=2010=200N 則p=Fv=2000.8=0.16kW 集草類(lèi)型：就地灑落

49、 4割草機(jī)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的手推滾刀式割草機(jī)的傳動(dòng)部分由行走輪及滾刀軸的兩端分別設(shè)置的與行走輪的內(nèi)圈齒輪相嚙合形成行星輪系的小齒輪組成。當(dāng)推動(dòng)扶手架使割草機(jī)在草地上前行時(shí)，行走輪的內(nèi)齒輪帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)，使得滾刀也一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)滾刀刃與定刀刃形成的剪切動(dòng)作，將草坪上多余高度的草割斷。 4.1割草機(jī)齒輪的設(shè)計(jì) 4.1.1齒輪傳動(dòng)的類(lèi)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

50、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(chēng)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(chē)、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(chēng)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)的手推割草機(jī)屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械，且是簡(jiǎn)易的機(jī)械設(shè)備，因此齒輪傳動(dòng)屬于開(kāi)式、半開(kāi)式傳動(dòng)。 4.1.2齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 齒輪傳動(dòng)是靠

51、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。 對(duì)于軟齒面(硬度≤350HBS)的閉式齒輪傳動(dòng)，潤(rùn)滑條件良好，齒面點(diǎn)蝕將是主要的失效形式，在設(shè)計(jì)時(shí)，通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 對(duì)于硬齒面(硬度>35

52、0HBS)的閉式齒輪傳動(dòng)，抗點(diǎn)蝕能力較強(qiáng)，輪齒折斷的可能性大，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，主要失效形式是齒面磨損。但由于磨損的機(jī)理比較復(fù)雜，目前尚無(wú)成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，故只能按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，為了延長(zhǎng)開(kāi)式、半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的壽命，可用增大模數(shù)10％--20％的辦法來(lái)考慮磨損的影響。 由于本次設(shè)計(jì)的手推割草機(jī)的齒輪傳動(dòng)屬于開(kāi)式、半開(kāi)式傳動(dòng)，因此需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 4.1.3齒輪的材料選擇及其熱處理 齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)零件。齒輪傳動(dòng)通過(guò)輪齒互相嚙合來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可

53、以改變運(yùn)動(dòng)的形式和速度。齒輪傳動(dòng)使用范圍廣，傳動(dòng)比恒定，效率較高，使用壽命長(zhǎng)。在機(jī)械零件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟(jì)性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當(dāng)，則會(huì)出現(xiàn)零件的過(guò)早損傷，甚至失效。因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項(xiàng)十分重要的工作。 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

54、性，以達(dá)到齒輪的各種技術(shù)要求。 常用的齒輪材料為各種牌號(hào)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料等。一般多采用鍛件或軋制鋼材。當(dāng)齒輪結(jié)構(gòu)尺寸較大，輪坯不易鍛造時(shí)，可采用鑄鋼。開(kāi)式低速傳動(dòng)時(shí)，可采用灰鑄鐵或球墨鑄鐵。低速重載的齒輪易產(chǎn)生齒面塑性變形，輪齒也易折斷，宜選用綜合性能較好的鋼材。高速齒輪易產(chǎn)生齒面點(diǎn)蝕，宜選用齒面硬度高的材料。受沖擊載荷的齒輪，宜選用韌性好的材料。對(duì)高速、輕載而又要求低噪聲的齒輪傳動(dòng)，也可采用非金屬材料、如夾布膠木、尼龍等。 鋼制齒輪的熱處理方法主要有以下幾種： (1)表面淬火 常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般為

55、40～55HRC。特點(diǎn)是抗疲勞點(diǎn)蝕、抗膠合能力高，耐磨性好。由于齒心部末淬硬，齒輪仍有足夠的韌性，能承受不大的沖擊載荷。 (2)滲碳淬火 常用于低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr鋼等。滲碳淬火后齒面硬度可達(dá)56～62HRC，而齒心部仍保持較高的韌性，輪齒的執(zhí)彎強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性較好，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動(dòng)。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應(yīng)進(jìn)行磨齒。 (3)滲氮 滲氮是一種表面化學(xué)熱處理。滲氮后不需要進(jìn)行其他熱處理，齒面硬度可達(dá)700～900HV。由于滲氮處理后的齒輪硬度高，工藝溫度低，變形小，故適用于內(nèi)齒輪和難以磨削的齒輪，常用于含鉻、銅、鉛等合金元素的滲氮鋼，如38

56、CrMoAlA。 (4)調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn鋼等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220～280HBS。因硬度不高，輪齒精加工可在熱處理后進(jìn)行。 (5)正火 正火能消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大直徑的齒輪可采用鑄鋼正火處理。 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?yàn)樾↓X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

57、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。 從材料本身價(jià)格來(lái)考慮。碳鋼和鑄鐵的價(jià)格是比較低廉的，因此在滿(mǎn)足零件機(jī)械性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可降低成本。從金屬資源和供應(yīng)情況來(lái)看，應(yīng)盡可能減少材料的進(jìn)口量及價(jià)格昂貴材料的使用量。 綜上所述，選擇小齒輪材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼，同樣經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理，硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS。 4.1.4齒輪精度的選擇 各類(lèi)機(jī)器所用齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍列于下表中，按載荷及速度推薦的齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)如下圖所示。 各類(lèi)機(jī)器

58、所用齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍： 表4-1齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí) 機(jī) 器 名 稱(chēng) 精 度 等 級(jí) 機(jī) 器 名 稱(chēng) 精 度 等 級(jí) 汽輪機(jī) 3～6 拖拉機(jī) 6～8 金屬切削機(jī)床 3～8 通用減速器 6～8 航空發(fā)動(dòng)機(jī) 4～8 鍛壓機(jī)床 6～9 輕型汽車(chē) 5～8 起重機(jī) 7～10 載重汽車(chē) 7～9 農(nóng)業(yè)機(jī)器 8～11 手推割草機(jī)屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械，速度、精度要求都不高，故選用8級(jí)精度（GB10095——88）。 4.1.5按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) （1）按圖4-1所示的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng);齒輪精度為8級(jí);小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為2

59、80HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS;閉式齒輪傳動(dòng)一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，減小沖擊振動(dòng)，以齒數(shù)多一些為好，小齒輪的齒數(shù)可取Z=20~40。開(kāi)式、半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，由于輪齒主要為磨損失效，為使輪齒不致過(guò)小，故小齒輪不宜選用過(guò)多的齒數(shù)，一般可取小齒輪齒數(shù)Z=17~20。初選小齒輪齒數(shù)Z2=20,根據(jù)傳動(dòng)比i12=1：5.3，為了使各個(gè)相嚙合齒對(duì)磨損均勻，傳動(dòng)平穩(wěn)，Z2和Z1一般互為質(zhì)數(shù)，故可取大齒輪的齒數(shù)為Z1=106。 圖4-1傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 （2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 由《人機(jī)工程手冊(cè)》查得人的持續(xù)推力為 15—20kg ,

60、由于外輪的轉(zhuǎn)速n1=48103/2603.1458r/min，根據(jù)傳動(dòng)比i12=1：5.3，則小齒輪的轉(zhuǎn)速為n2=585.3=307.4r/min， 取 F=2010=200N，人的步行速度為48米/分，即0.8米/秒， 則P=FV=2000.8=0.16 kW， 根據(jù)公式算得： （3）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7選取齒寬系數(shù)=0.8。 （4）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（10-5）得輪齒的彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為： （mm） （5）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE2=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=380MPa；

61、2）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN2=0.85, KFN1=0.88； 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得： MPa=303.57MPa MPa=238.86MPa 4）計(jì)算載荷系數(shù)K。 K=KAKVKFαKFβ= 5)查取齒形系數(shù)。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5查得YFa2 =2.80；YFa1 =2.18。 6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5查得YSa2=1.55； YSa1=1.79。 7)計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。

62、 0.01429 =0.01634 大齒輪的數(shù)值大。 （6）設(shè)計(jì)計(jì)算 =0.850mm 為了延長(zhǎng)開(kāi)式、半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的壽命，可用適當(dāng)增大模數(shù)的辦法來(lái)考慮磨損的影響，因此，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm。 （7)幾何尺寸的計(jì)算 1)計(jì)算分度圓直徑 d2=Z1m=202mm=40mm d1=Z2m=1062mm=212mm 2）計(jì)算中心距 86mm 3）計(jì)算齒輪寬度 b=d2=0.840mm=32mm

63、 取B2=35, B1=38 （8）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖 小齒輪的結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)圖4-2。 圖4-2小齒輪 4.2割草機(jī)行走輪的設(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=48103/2603.1458r/min。 行走輪的具體

64、結(jié)構(gòu)及尺寸如圖4-3、4-4。 圖4-3行走輪效果圖 圖4-4行走輪 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(lèi)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

65、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(chē)、火車(chē)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(chē)的高速性、舒適性和安全性方面起著重要作用。

66、 5割草機(jī)割草機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 手推滾刀式割草機(jī)的割草機(jī)構(gòu)由滾刀和定刀構(gòu)成，滾刀的軸架于支架上，該軸的兩端分別裝置有與行走輪的內(nèi)圈齒輪相嚙合形成行星輪系的小齒輪，定刀固定于支架上，定刀的刃部與滾刀的刃部相切。 通過(guò)調(diào)節(jié)滾刀與定刀的相對(duì)位置，可以得到不同的剪切高度。 滾刀與定刀的密接調(diào)整。這里指的是動(dòng)刀片和定刀片的接合狀態(tài)。如果密接不良，在切割的過(guò)程中容易導(dǎo)致草的根拔和撕扯，不能順利的割斷。滾刀和定刀片的刀刃部分應(yīng)該相切，最大允許有0.5毫米的間隙。 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。 滾刀和定刀的刀片材料均選用彈簧鋼。彈簧鋼是專(zhuān)門(mén)用來(lái)制造各種彈簧和彈性元件或類(lèi)似性能要求的結(jié)構(gòu)零件的主要材料。彈簧鋼具有優(yōu)良的綜合性能，如力學(xué)性能(特別是彈性極限、強(qiáng)度極