茶樹(shù)修剪機(jī)的設(shè)計(jì)12

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1、茶樹(shù)修剪機(jī)的設(shè)計(jì) 摘要：我國(guó)種茶歷史悠久，種植地域廣泛，迫切需要機(jī)械修剪器具來(lái)代替手工修剪機(jī)械修剪是解決勞力不足和降低生產(chǎn)成本的根本途徑。茶樹(shù)修剪機(jī)是基于生產(chǎn)過(guò)程中茶樹(shù)修剪的實(shí)際需要而設(shè)計(jì)的高效茶樹(shù)修剪設(shè)備，主要用于茶樹(shù)的深修剪、衰老茶樹(shù)的重修剪或臺(tái)刈面臨的問(wèn)題。 本次設(shè)計(jì)的是手推式茶樹(shù)修剪機(jī)，避免了背負(fù)式和手提式的負(fù)荷作業(yè)。整個(gè)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了茶樹(shù)修剪機(jī)總體、傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)架等的設(shè)計(jì)過(guò)程。首先進(jìn)行茶樹(shù)修剪機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)構(gòu)思和擬定傳動(dòng)方案；其次進(jìn)入到零部件的選型和設(shè)計(jì)，依次包括汽油機(jī)的型號(hào)選擇、普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、刀片的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)校核以及機(jī)架的設(shè)計(jì)。其中，設(shè)計(jì)的弧形刀

2、刃能鎖緊茶樹(shù)枝干，增加了切口的平整度，將對(duì)茶樹(shù)的傷害降到最低；最后階段進(jìn)行了零件圖和裝配圖的繪制工作。 本次設(shè)計(jì)的茶樹(shù)修剪機(jī)可以實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)的機(jī)械化修剪，能降低勞動(dòng)強(qiáng)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(shù)修剪機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；弧形刀片；重修剪；帶輪；軸 目 錄 茶樹(shù)修剪機(jī)的設(shè)計(jì) I 第1章 緒論 1 1.1設(shè)計(jì)目的及意義 1 1.1.1茶樹(shù)修剪的目的及意義 1 1.1.2 茶樹(shù)修剪機(jī)的設(shè)計(jì)目的及意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.3茶樹(shù)修剪機(jī)的應(yīng)

3、用研究 3 1.4本款茶樹(shù)修剪機(jī)研發(fā)意義 4 第2章 設(shè)計(jì)構(gòu)思 5 2.1 設(shè)計(jì)步驟 5 2.2設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) 5 2.3機(jī)器的結(jié)構(gòu)構(gòu)思 5 2.3 擬定傳動(dòng)方案 6 第3章 零部件的選型和設(shè)計(jì) 8 3.1汽油機(jī)型號(hào)的選擇 8 3.1.1 汽油機(jī)的功率計(jì)算 8 3.1.2 選取的汽油機(jī)型號(hào) 9 3.2 普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 3.2.1 帶Ⅰ的設(shè)計(jì) 9 3.2.2 帶Ⅱ的設(shè)計(jì) 13 3.2.3 帶輪Ⅰ的設(shè)計(jì) 16 3.2.4 帶輪Ⅱ的設(shè)計(jì) 17 3.2.5 帶輪Ⅲ和Ⅳ的設(shè)計(jì) 18 3.3 刀片的設(shè)計(jì) 18 3.3.1 刀片材料的選擇 19 3.3.

4、2 刀片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.3.3 刀片加工路線的制定 20 3.4 軸的設(shè)計(jì)和校核 21 3.4.1 軸Ⅰ的設(shè)計(jì) 21 3.4.2 軸Ⅱ的設(shè)計(jì) 26 3.4.3 軸Ⅲ的設(shè)計(jì) 30 3.5 機(jī)架的設(shè)計(jì) 32 3.5.1機(jī)框的設(shè)計(jì) 33 3.5.2 機(jī)頭的設(shè)計(jì) 33 3.5.3 機(jī)架的結(jié)構(gòu)圖 34 3.5.4 機(jī)架高度的調(diào)節(jié) 35 結(jié) 論 36 參考文獻(xiàn) 37 致 謝 38 附 錄 39 附錄A 帶Ⅱ的設(shè)計(jì)過(guò)程 39 附錄B 軸Ⅱ的設(shè)計(jì)過(guò)程 39 第1章 緒論 1.1設(shè)計(jì)目的及意義 1.1.1茶樹(shù)修剪的目的及意義 茶樹(shù)修剪是人為地抑

5、制頂端主枝生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)的措施，可刺激著生部位較低的芽萌發(fā)新技，增強(qiáng)樹(shù)勢(shì)，培養(yǎng)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹(shù)冠。茶樹(shù)修剪方法主要有幼齡茶樹(shù)的定形修剪、成齡茶樹(shù)的輕修剪與深修剪，衰老茶樹(shù)的重修剪及臺(tái)刈等。  成齡茶樹(shù)經(jīng)多年采摘和輕修剪后，樹(shù)冠采摘面上會(huì)形成密集而細(xì)弱的分枝，這就是常說(shuō)的“雞爪枝”， 這時(shí)，茶樹(shù)新梢育芽能力減弱，生長(zhǎng)乏力，茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)下降，為更新樹(shù)冠采摘面，就必須采用深修剪技術(shù)，剪去密集細(xì)弱的雞爪枝層，使茶樹(shù)重新抽發(fā)新枝，提高茶樹(shù)育芽能力，延長(zhǎng)茶樹(shù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)年限。 深修剪技術(shù)的方法通常剪去冠面10～15cm枝梢，目前茶樹(shù)的深修剪工作一般用雙人抬修剪機(jī)來(lái)實(shí)施，但雙人抬修剪機(jī)比較笨重，且

6、工作效率低。 重修剪的對(duì)象則是半衰老和未老先衰的茶樹(shù)。這種茶樹(shù)，雖然骨干枝的抽生能力仍較強(qiáng)，但生產(chǎn)枝的育芽能力已很弱，芽葉瘦小，葉張又薄又細(xì)，輕伸修剪根本不起作用，即使采用深修剪也不能達(dá)到目的，這時(shí)，就得采用重修剪技術(shù)。重修剪茶樹(shù)一般在離地30～40cm處修剪樹(shù)干。臺(tái)刈則是比重修剪更為徹底的改造樹(shù)冠的修剪技術(shù)，其對(duì)象是嚴(yán)重衰老的茶樹(shù)，但目的與重修剪相同；茶樹(shù)臺(tái)刈后，從根頸部抽發(fā)的新枝能重新形成樹(shù)冠。重修剪及臺(tái)刈由于修剪的茶樹(shù)枝干一般較粗，現(xiàn)有的茶樹(shù)修剪機(jī)械很難擔(dān)當(dāng)大任、不但效率低，而且常出現(xiàn)露枝現(xiàn)象；因此許多地方還在采用人工以砍柴刀對(duì)枝干進(jìn)行砍切修剪，勞動(dòng)狀況惡劣、勞作水平極其落后，另外人工

7、砍切修剪對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)是十分不利的。 1.1.2 茶樹(shù)修剪機(jī)的設(shè)計(jì)目的及意義 中國(guó)是茶樹(shù)的原產(chǎn)地，是世界上發(fā)現(xiàn)和利用茶樹(shù)最早的國(guó)家，茶葉種植地域廣泛，是我國(guó)重要傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)作物。據(jù)2010年《茶葉藍(lán)皮書(shū)》指出：2009年中國(guó)茶園種植面積達(dá)186萬(wàn)公頃，產(chǎn)茶量135萬(wàn)噸，居世界第一；茶葉出口30.3萬(wàn)噸，創(chuàng)匯7.05億美元[1]。從“2015年國(guó)際茶業(yè)大會(huì)”獲悉，根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，近20年來(lái)，中國(guó)的茶產(chǎn)量增長(zhǎng)驚人，近10年間價(jià)格呈上漲之勢(shì)，中國(guó)茶產(chǎn)銷(xiāo)量已占全球38%，成為全球最重要的茶葉產(chǎn)銷(xiāo)大國(guó)，其中2013年中國(guó)的茶葉貢獻(xiàn)為54億美元，中國(guó)茶葉經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。

8、 目前情況下，茶樹(shù)修剪工作是制約茶葉種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一，茶樹(shù)修剪是茶園管理重要工作內(nèi)容，而對(duì)茶樹(shù)的深修剪或重修剪主要依靠茶農(nóng)采用手持大剪刀的傳統(tǒng)方法，這就導(dǎo)致茶樹(shù)修剪工作勞動(dòng)強(qiáng)度大而且生產(chǎn)效率非常低，作業(yè)質(zhì)量難以保證。而普通修剪機(jī)用于重修剪是屬于破壞性使用，一般不宜提倡。所以茶農(nóng)迫切需要一款新型茶樹(shù)修剪機(jī)來(lái)對(duì)茶樹(shù)進(jìn)行深修剪和重修剪。 本次設(shè)計(jì)就是針對(duì)成齡茶樹(shù)的深修剪、衰老茶樹(shù)的重修剪或臺(tái)刈面臨的問(wèn)題及現(xiàn)有修剪設(shè)備的不足，研究出一種全新的茶樹(shù)重修剪機(jī)械設(shè)備，并對(duì)整機(jī)各結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行協(xié)調(diào)，對(duì)修剪機(jī)所用刀片的材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，欲研發(fā)出一種手推式茶樹(shù)修剪機(jī)，避免了手提式或背負(fù)式的負(fù)荷作業(yè)，

9、可明顯降低勞動(dòng)強(qiáng)度，成倍地提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，保證鮮葉品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高要求的清潔化規(guī)模生產(chǎn)，不僅可以自由地選擇茶樹(shù)的修剪高度，而且可以在地形復(fù)雜的山坡上作業(yè)。同時(shí)，設(shè)計(jì)的弧形刀刃能鎖緊茶樹(shù)枝干，增加了切口的平整度，將對(duì)茶樹(shù)的傷害降到最低。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)采茶機(jī)械研究開(kāi)發(fā)工作始于1958年，至今已走過(guò)50多年漫長(zhǎng)曲折的歷程。1965年以前，主要是根據(jù)我國(guó)茶園特點(diǎn)對(duì)采茶機(jī)的采摘原理而動(dòng)力類(lèi)型進(jìn)行反復(fù)的研究和選擇。此后，采茶機(jī)的研制工作在我國(guó)各產(chǎn)茶省普遍展開(kāi)。到70年代后期，先后提出過(guò)十多種單人采茶機(jī)型，并組織過(guò)幾次全國(guó)性的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，但最終因這些機(jī)具

10、動(dòng)力、軟軸不過(guò)關(guān)和機(jī)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(jī)械化茶樹(shù)修剪的影響，我國(guó)開(kāi)始了茶樹(shù)修剪機(jī)的研制。這一時(shí)期開(kāi)發(fā)的數(shù)種平形、弧形往復(fù)切割式以及各種輕、深、重茶樹(shù)修剪機(jī)，因機(jī)具的動(dòng)力需向日本引進(jìn)，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(jìn)展較慢。80年代末期，我國(guó)開(kāi)始與國(guó)外合資生產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)，在杭州和長(zhǎng)沙先后組建了浙江川崎茶葉機(jī)械有限公司和長(zhǎng)沙落后茶葉園林機(jī)械有限公司。這兩家合資企業(yè)均從日本進(jìn)口零部件進(jìn)行裝配成臺(tái)，為了抓住這一契機(jī)，農(nóng)業(yè)部等部門(mén)自80年代末期開(kāi)始，一方面組織各主要采茶省份的有關(guān)機(jī)械廠家對(duì)茶樹(shù)修剪機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)、

11、吸收，加速?lài)?guó)產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)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(guó)的茶樹(shù)修剪機(jī)機(jī)械化事業(yè)步入了新的發(fā)展階段。 為了滿足國(guó)內(nèi)茶區(qū)對(duì)茶樹(shù)修剪機(jī)的需求，我國(guó)有關(guān)部門(mén)十分重視和支持國(guó)內(nèi)有關(guān)廠家采取多種形式生產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)。例如完全國(guó)產(chǎn)、主件進(jìn)口配件國(guó)產(chǎn)和散件進(jìn)口國(guó)內(nèi)組裝等。浙江川崎茶葉機(jī)械有限公司和長(zhǎng)沙落合茶葉園林機(jī)械有限公司為進(jìn)口日本散件在國(guó)內(nèi)組裝修剪機(jī)的中外合資廠家，而杭州采茶機(jī)械廠、南昌飛機(jī)制造公司、寧波電機(jī)廠、無(wú)錫揚(yáng)名采茶機(jī)廠，福州建新農(nóng)機(jī)廠和泰州林業(yè)機(jī)械廠等，以零部件全部國(guó)產(chǎn)或個(gè)別零件進(jìn)口，大部分零部件式生產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)。 我國(guó)茶樹(shù)修剪機(jī)械化事業(yè)之所以長(zhǎng)期徘徊不前，主要原因之一是國(guó)產(chǎn)

12、的修剪機(jī)械質(zhì)量不過(guò)關(guān)，這主要是我國(guó)小型動(dòng)力機(jī)、機(jī)械加工、技術(shù)設(shè)備水平低和原材料質(zhì)量良莠不齊等綜合因素造成的。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)認(rèn)真總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，開(kāi)始重視對(duì)國(guó)外茶樹(shù)修剪機(jī)技術(shù)的消化吸收，從而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了符合我國(guó)國(guó)情的茶樹(shù)修剪機(jī)械，并形成了自己的特色，加之國(guó)內(nèi)綜合工業(yè)的水平的不斷提高，使我國(guó)國(guó)產(chǎn)的茶樹(shù)修剪機(jī)械現(xiàn)已接近國(guó)外進(jìn)口同類(lèi)機(jī)械的水平。 1.2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外對(duì)茶樹(shù)修剪機(jī)的研制工作起步比較早。在茶樹(shù)修剪機(jī)械的研制與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，尤以日本、前蘇聯(lián)等一些茶葉種植發(fā)達(dá)國(guó)家研究的較深，開(kāi)發(fā)的重修剪機(jī)型號(hào)也較多。例如，日產(chǎn)的E7B-750型單人修剪機(jī)配日本單缸二沖程1.03kw（1.4馬力

13、）汽油機(jī)，采用平刀片往復(fù)式切割，切割幅寬750mm。具有以下特點(diǎn)：①重量輕，方便單人操作，平形、弧形樹(shù)冠均可使用，適應(yīng)性好；②發(fā)動(dòng)機(jī)性能好，操作簡(jiǎn)便，機(jī)身上設(shè)有停車(chē)按鈕及汽油機(jī)調(diào)試控制手柄，刀片運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、慢、?？刂剖址奖恪? 早在80年代末期，日本川崎茶機(jī)和落合茶機(jī)公司先后進(jìn)入中國(guó)，在國(guó)內(nèi)引進(jìn)組裝采茶機(jī)和茶樹(shù)修剪機(jī)等，基本上占領(lǐng)了中國(guó)的茶樹(shù)修剪機(jī)市場(chǎng)，取得了良好銷(xiāo)售業(yè)績(jī)[2]。此外，日本的小松和德國(guó)施蒂爾等園林綠化修剪機(jī)也在中國(guó)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(guó)百力通、臺(tái)灣海馬等。 目前，國(guó)外對(duì)茶樹(shù)的輕、中修剪機(jī)械的研制及應(yīng)用均已成熟，并進(jìn)入大面積應(yīng)用推

14、廣期。 1.3茶樹(shù)修剪機(jī)的應(yīng)用研究 人工修剪每人8小時(shí)只能剪0.02h㎡，需付酬金1750元/h㎡；采用修剪機(jī)修剪，二人8小時(shí)可修剪0.4h㎡，人均工效為手工的10倍，與人工相比費(fèi)用降低了1312.5元/h㎡。采用修剪機(jī)進(jìn)行重修剪時(shí)，人工重修剪每人8小時(shí)僅能剪0.0133h㎡，每天工資需80元，需付酬金6000元/h㎡；用修剪機(jī)勉強(qiáng)湊合使用，兩人用雙人修剪機(jī)作主修剪，另一人用單人修剪機(jī)補(bǔ)修遺留枝與邊枝，三人可修剪0.2h㎡，工效是手剪的5倍，生產(chǎn)成本是3963元/h㎡。與手工相比可降低成本2037元/h㎡。  通過(guò)以上研究，許多專(zhuān)家和學(xué)者都認(rèn)為：機(jī)械修剪是解決勞力不足和降低生產(chǎn)

15、成本的根本途徑。而普通修剪機(jī)用于重修剪是屬于破壞性使用，一般不宜提倡。并建議生產(chǎn)廠家能生產(chǎn)專(zhuān)用重修剪機(jī)，以滿足用戶需要。  華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的覃松林研究分析了單、雙人茶樹(shù)修剪機(jī)使用時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題，他重點(diǎn)指出，單人修剪機(jī)和雙人修剪機(jī)不準(zhǔn)作老茶樹(shù)的深修剪和重修剪，否則機(jī)器將嚴(yán)重超載而遭到破壞。 1.4新型茶樹(shù)修剪機(jī)研發(fā)意義 通過(guò)以上科技人員的研究結(jié)果可以看出，茶樹(shù)修剪機(jī)無(wú)論是單人型還是雙人型，都難以承擔(dān)起老茶樹(shù)的重修剪任務(wù)，這迫切需要國(guó)內(nèi)的科技工作者研究開(kāi)發(fā)出一種專(zhuān)門(mén)用于老茶樹(shù)的重修剪機(jī)械。  綜觀國(guó)內(nèi)外，目前對(duì)老茶樹(shù)重修剪方面的研究很少，而且研究領(lǐng)域也僅僅側(cè)重于重修剪工

16、作對(duì)茶樹(shù)的影響及效應(yīng)分析，對(duì)重修剪機(jī)械的開(kāi)發(fā)和研制以及應(yīng)用基本上還處于空白狀態(tài)，本設(shè)計(jì)的開(kāi)展將打破該領(lǐng)域的空白局面，屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)。  第2章 設(shè)計(jì)構(gòu)思 2.1 設(shè)計(jì)步驟 （1）查閱大量的茶樹(shù)和茶樹(shù)修剪設(shè)備的相關(guān)文獻(xiàn)； （2）擬定茶樹(shù)修剪的主要技術(shù)指標(biāo)； （3）根據(jù)機(jī)器的技術(shù)指標(biāo)、工作場(chǎng)所等進(jìn)行設(shè)計(jì)分析； （4）初步確定整臺(tái)機(jī)器的結(jié)構(gòu), 擬定傳動(dòng)方案； （5）具體零部件的選型、設(shè)計(jì)校核； （6）裝配圖和零件圖的繪制。 2.2設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) 本次設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)如下： （1）刀具的使用壽命：720h左右； （2）修剪樹(shù)高：30-70cm； （3）修剪幅寬：50

17、0cm； （4）工作效率：最高0.24h㎡/h； （5）切口的平整度：平均80%。 2.3機(jī)器的結(jié)構(gòu)構(gòu)思 目前，茶樹(shù)修剪機(jī)都是在戶外工作，動(dòng)力不宜選取電動(dòng)機(jī)，柴油動(dòng)力馬達(dá)相對(duì)笨重，一般首選小型的汽油機(jī)。在能達(dá)到動(dòng)力輸出要求的前提下，為了降低生產(chǎn)成本，傳動(dòng)方式首選普通V帶傳動(dòng)。為了達(dá)到設(shè)計(jì)幅寬的要求，在機(jī)架的前排并列的安置了三個(gè)刀片及帶輪結(jié)構(gòu)，在軸的兩端安裝軸承可以實(shí)現(xiàn)軸的固定?？紤]到要降低勞動(dòng)強(qiáng)度和更廣泛的適應(yīng)多種復(fù)雜地形，選擇采用手推式作業(yè)，可以靈活工作，且能都減輕修剪機(jī)的自重和生產(chǎn)成本，為實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)修剪機(jī)修剪茶樹(shù)的高度可調(diào)節(jié)，在機(jī)架把手與機(jī)架連接處設(shè)計(jì)了一個(gè)角度可調(diào)節(jié)的定位銷(xiāo)，將設(shè)

18、計(jì)的各個(gè)構(gòu)件裝置在機(jī)架上。并且，在機(jī)架的前端可以裝上機(jī)頭，有利于修剪作業(yè)。綜合考慮上述技術(shù)指標(biāo)、機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性和所需傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，擬定了整臺(tái)機(jī)器的示意圖。 1— 汽油機(jī) 2—帶輪 3—V帶 4—傳動(dòng)軸5—機(jī)頭 6—刀片 7—定位銷(xiāo) 8—機(jī)架把手 圖2-1 機(jī)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(gè)刀片及帶輪結(jié)構(gòu)。 2.4 擬定傳動(dòng)方案 2.4.1 傳動(dòng)方案的要求 合理的傳動(dòng)方案，首先應(yīng)滿足工作機(jī)的功能要求，其次還應(yīng)滿足工作可靠、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、成本低、工藝性好、使用和維護(hù)方便等要求。 2.4.2擬

19、定傳動(dòng)方案 任何一個(gè)方案，要完全滿足上述所有要求是十分困難的，要統(tǒng)籌兼顧，滿足最主要和最基本的要求。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)構(gòu)思，擬定了兩種傳動(dòng)方案。 以下兩圖中的三個(gè)刀片結(jié)構(gòu)是垂直于紙面并列安置在機(jī)架上的，以求達(dá)到設(shè)定的修剪幅寬。 傳動(dòng)方案一： 圖 2-2 第一種傳動(dòng)方案 傳動(dòng)方案二： 圖2-3 第二種傳動(dòng)方案 方案一中的動(dòng)力直接通過(guò)V帶，從汽油機(jī)輸送到帶輪上，方案二的動(dòng)力則是通過(guò)聯(lián)軸器和減速器傳輸?shù)綆л喩系模岣吡藱C(jī)器的生產(chǎn)成本，維修難度較大，同時(shí)也增大了機(jī)器的結(jié)構(gòu)尺寸和重量。考慮到經(jīng)濟(jì)性及機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)所需要的準(zhǔn)確性，我們分析決定采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的帶輪傳動(dòng)，

20、故我們選擇第一種傳動(dòng)方案。 第3章 零部件的選型和設(shè)計(jì) 基于上述設(shè)計(jì)構(gòu)思確定的傳動(dòng)方案，接下來(lái)就可以進(jìn)行具體零部件的設(shè)計(jì)。本章節(jié)的主要內(nèi)容包括汽油機(jī)型號(hào)的選取、普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、刀片的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)校核和機(jī)架的設(shè)計(jì)。其中，V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括帶的設(shè)計(jì)和帶輪的設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。 3.1汽油機(jī)型號(hào)的選擇 查閱茶樹(shù)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(jì)算出刀片的功率，進(jìn)而可以選定汽油機(jī)的型號(hào)。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(jí)普通平帶的傳

21、動(dòng)效率1=0.94； (5) 汽油機(jī)的效率； 圖3-1 刀片示意圖 3.1.1 汽油機(jī)的功率計(jì)算 3.1.2 選取的汽油機(jī)型號(hào) 查閱文獻(xiàn)[7]，選擇由上海三菱重工業(yè)（上海）有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為GM182LN的汽油機(jī)，啟動(dòng)方式為反沖起動(dòng)器或電起動(dòng)器，額定功率P=3.3kw，額定轉(zhuǎn)速n1=1800r/min,立軸，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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：帶Ⅰ、帶Ⅱ的設(shè)計(jì)以及相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì)。各帶及帶輪在傳

22、動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置如圖3-2所示： 圖3-2 帶及帶輪示意圖 由于帶Ⅱ和帶Ⅲ的設(shè)計(jì)要求一樣，故只需設(shè)計(jì)帶Ⅱ。 3.2.1 帶Ⅰ的設(shè)計(jì) （1）確定計(jì)算功率Pca1，以下公式、查閱的圖表如不特別說(shuō)明，均來(lái)自文獻(xiàn)[8]。 表3-1工作情況系數(shù)KA 工 況 KA 空、輕載起動(dòng) 重載起動(dòng) 每天工作小時(shí)數(shù)/h <10 10~16 >16 <10 10~16 >16 載荷變動(dòng)微小 液體攪拌機(jī)，通風(fēng)機(jī)，和鼓風(fēng)機(jī)（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕型輸送機(jī) 1.0 1.1 1.2

23、 1.1 1.2 1.3 載荷變動(dòng)小 帶式輸送機(jī)（不均勻載荷）、通風(fēng)機(jī)（>7.5kW）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)金屬切削床、旋轉(zhuǎn)篩、劇木機(jī)和木工機(jī)械 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷變動(dòng)較大 制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)、橡膠機(jī)械、振動(dòng)篩、紡織機(jī)械、重載運(yùn)送機(jī) 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.4 載荷變動(dòng)很大 破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式。顎式等）、磨碎機(jī)（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(xiàn)中公式得

24、 （3-1） （2）選擇普通V帶的型號(hào) 根據(jù)Pca1=3.63kw，n1=1800r/min，查閱文獻(xiàn)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(xiàn)，選取dd1=125mm，并且。 大帶輪的直徑為 根據(jù)普通V帶輪的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列表，選取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=150mm。 則實(shí)際的傳動(dòng)比 從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為=1500r/min 從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速誤差為： 在±5%的范圍內(nèi)，為允許值。 （4）

25、驗(yàn)算帶速V1 由帶速公式得 （3-2） =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(zhǔn)長(zhǎng)度Ld1和實(shí)際中心距ai 按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求初定中心距，由初選帶傳動(dòng)的中心距公式得： 0.7（dd1+dd2）<a01<2(dd1+dd2) （3-3） 代入數(shù)據(jù)得： 192.5mm<a01<550mm 初定中心距為 a01=400mm 由帶長(zhǎng)公式得： （3-4）

26、 =1232mm 由V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系列表查得，基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld1=1250mm 由實(shí)際中心距近似公式得 （3-5） =409mm 中心距范圍 （6）驗(yàn)算小帶輪的包角的大小 由小帶輪包角公式得 （3-6） =177o 因?yàn)?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(xiàn)中V帶基本額定功率表，用插值法得：P01=2.255kw。 查文獻(xiàn)中表得，帶長(zhǎng)度修正系數(shù)KL1=0.93。

27、 查得包角修正系數(shù)Ka1=0.99。 根據(jù)傳動(dòng)比i=1.2，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 圖3-3帶輪受力分析圖 查資料得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(duì)于新安裝的V帶Ⅰ，初拉力

28、 帶作用于軸上的壓軸力公式為 （3-9） =786.9N （9）設(shè)計(jì)結(jié)果 對(duì)于帶I,選擇2根型號(hào)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(jì) 帶II在傳動(dòng)系統(tǒng)中的位置可見(jiàn)下圖 圖3-4 傳動(dòng)帶II位置圖 （1）帶Ⅱ上的功率為 P1=P2==3.1kw 主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為nI=1500r/min,從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為nII=1500r/min （2

29、）確定計(jì)算功率Pca2 由表3-1得KA=1.1。 Pca2=KAP1==3.4kw （3）選擇普通V帶的型號(hào) 根據(jù)Pca2=3.4kw，nI=1500r/min,選用A型普通V帶。 （4）確定帶輪基準(zhǔn)直徑ddI、ddII 選取ddI=125mm，且ddI=125mm>75mm。 大帶輪直徑為：=125mm。 選取標(biāo)準(zhǔn)值為125mm，則實(shí)際的傳動(dòng)比為I，從動(dòng)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速分別為： =1 =1500r/min 從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速誤差率為： 在±5%的范圍內(nèi)，為允許值。 （5）驗(yàn)算帶

30、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(zhǔn)長(zhǎng)度Ld2和實(shí)際中心距aI 按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求初定中心距a02 由相應(yīng)計(jì)算公式得 0.07（ddI+ddII）<a02<2(ddI+ddII) 代入數(shù)據(jù)得：175mm<a02<500mm， 取a02=300mm。 由中心距近似公式得 = =992.5mm 選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld2=1000mm。 aI≈ =300+ =304mm 中心距的范圍 amin2=aI-0.015Ld2=304-0.0151000=28

31、9mm amax2=aI+0.03Ld2=304+0.031000=334mm （7）驗(yàn)算小帶輪的包角的大小 =180o 因=180o>90o,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，nI=1500r/min,用插值法得：P02=2.255kw。 帶長(zhǎng)度修正系數(shù)KL2=0.89，包角修正系數(shù)Ka2=1。 根據(jù)傳動(dòng)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

32、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。帶輪與V帶的受力分析示意圖見(jiàn)圖3-3帶輪受力分析圖。 單根V帶II的最小初拉力(F0)min2為 = =128.2N 對(duì)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(jì)算結(jié)果 對(duì)于帶II,選用2根A-1000

33、GB/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 V帶明細(xì)表 型號(hào) 根數(shù)Z 中心距a/mm 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(jì) 由設(shè)計(jì)文獻(xiàn)可知，當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑時(shí)，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(xiàn)[6]

34、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)據(jù)得2輪槽的帶輪寬度B1=37mm。 參照文獻(xiàn)[8]中圖8-14（b），即可得到V帶輪的結(jié)構(gòu)及尺寸公式，進(jìn)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(jì) 帶輪Ⅱ的設(shè)計(jì)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

35、度均與帶輪Ⅰ相同，不同的是帶輪的基準(zhǔn)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(jì) 由于帶輪Ⅲ和Ⅳ的基準(zhǔn)直徑相同，安裝處的軸直徑相同（見(jiàn)下文），為了便于加工，取用和帶輪Ⅰ完全相同的帶輪。 3.3 刀片的設(shè)計(jì) 刀片是茶樹(shù)修剪機(jī)的核心部件之一，現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)刀片的壽命一般在300h以上。其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及加工工藝的制定。其在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置可見(jiàn)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(guò)程中，會(huì)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

36、上述要求，查閱文獻(xiàn)[6]中表2.8-38，選擇牌號(hào)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(dá)到63-66HRC,抗彎強(qiáng)度可達(dá)到3500MPa。優(yōu)點(diǎn)：通用性好，易于磨削加工，工藝成熟。 3.3.2 刀片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 刀片的結(jié)構(gòu)采用圓形的刀盤(pán)，兩邊裝有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)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(shí)與樹(shù)干緊密接觸，將樹(shù)干一層層刨削掉。 由于刀刃有一個(gè)半徑為30mm的弧度，能很好的鎖緊樹(shù)干，順勢(shì)把樹(shù)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： . .

37、 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(guò)精細(xì)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(kāi)料）→沖坯 →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(jī)拋）→開(kāi)刃口（機(jī)械開(kāi)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(duì)刀具進(jìn)行熱處理時(shí)需先進(jìn)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(jìn)

38、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(dá)到設(shè)計(jì)精度要求。 3.4 軸的設(shè)計(jì)和校核 本章軸的設(shè)計(jì)主要包括軸I、軸II、軸III和軸IV的設(shè)計(jì)及校核。各軸在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置見(jiàn)圖3-7。 圖3-7 軸示意圖 3.4.1 軸Ⅰ的設(shè)計(jì) （1）軸Ⅰ的設(shè)計(jì)計(jì)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?cè)O(shè)計(jì)的軸對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[8]中軸的常用材料及其主要力學(xué)性能表查得抗拉強(qiáng)度極限=640MPa，許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa。 2）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算

39、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(duì)于d100mm的軸，最小軸徑處有1個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將軸徑增大5%～7%，為15.0mm～15.3mm。 取DI=20mm。 3）設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制機(jī)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=26

40、mm。 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，這段軸是用來(lái)安裝軸承的。 查文獻(xiàn)[6]中表4.2-57，初步選用型號(hào)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(lái)安裝軸承的，故DV=DIII=30mm。 軸承另一端需要軸肩定位，damin<DIV&

41、lt;d，綜合考慮此處定位。 由于軸承的安裝需要和刀片保持一定距離，取第VI段軸的直徑為DVI=DII=26mm。 第VII段軸是用來(lái)安裝刀片的，為了便于加工，取第VII段軸的直徑為DVII=DI=22mm。 綜上所述: DI=DVII=20mm DII=DVI=26mm DIII=DV=30mm DIV=42mm b.確定各軸段長(zhǎng)度 根據(jù)汽油機(jī)的高度及整機(jī)結(jié)構(gòu)，確定軸Ⅰ的總長(zhǎng)為400mm。 由上述帶輪Ⅰ的設(shè)計(jì)可知，帶輪Ⅰ的寬度B1=37mm。 查閱文獻(xiàn)[6]中高強(qiáng)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

42、=4.8mm。 直徑為DI處的軸段主要是用來(lái)安裝2個(gè)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(zhǎng)LI=140mm。 直徑為DII處的軸段長(zhǎng)度，可以根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定軸承端面和帶輪的距離為L(zhǎng)II=24mm。 直徑為DIII處的軸段長(zhǎng)度是軸承的寬度LIII=B=23mm。 直徑為D7處的軸段是用來(lái)安裝刀片，根據(jù)刀片的厚度、螺母的長(zhǎng)度以及墊片的厚度確定軸長(zhǎng)為L(zhǎng)VII=50mm。 直徑為D5處的軸段也是用來(lái)安裝軸承，長(zhǎng)度LV=23mm。 直徑為D6處的軸段和D2處一樣長(zhǎng)LVI=24mm。 最后留下的軸長(zhǎng)就是第4段軸的長(zhǎng)度了，LIV=116mm。 軸Ⅰ的最

43、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(qiáng)度。 以B為基點(diǎn)，由∑MB=0得： FNC×139-Fp1×270+Fp2×208+Fr×84=0 由∑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(xiàn)[9]中的知識(shí)，繪制的彎矩圖和扭矩圖如下 圖3-10 軸Ⅰ力矩圖 從彎矩圖

44、和扭矩圖可以看出C點(diǎn)和D點(diǎn)是危險(xiǎn)截面，需要校核。 C點(diǎn)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(qiáng)度公式得： (3-12) 式中：≈0.6； 代入數(shù)據(jù)得： ≈19MPa<60MPa D點(diǎn)在豎直面內(nèi)： 彎矩： MVD=Fr×292+FNB×208-FND

45、×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(jì)滿足要求。 (3) 軸承的選擇和校核 因FNB<FNC，所以只要C處的軸承可用即可。 由FNC=317.5N,n2=1500r/min，查文獻(xiàn)[6]，初選型號(hào)為6406 GB/T 276-1994的軸承，基本額定動(dòng)載荷C=47500N。 由軸承的基本額定動(dòng)載荷公式得： (3-13)

46、 式中:； 查閱文獻(xiàn)[8]，取軸承的預(yù)期計(jì)算壽命Lh’=18000h。 查文獻(xiàn)[8]，取載荷系數(shù)fp=1.8，則滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷。 代入數(shù)據(jù)得： C1=6718N<Cr 故6406滾動(dòng)軸承滿足軸Ⅰ的使用要求。 (4) 軸承的定位 三個(gè)軸承的軸向定位方式相同，現(xiàn)只設(shè)計(jì)軸I上的軸承定位。 首先設(shè)計(jì)了安裝軸和軸承的支架，再根據(jù)軸承的外形尺寸而設(shè)計(jì)出了軸承座，最終將軸承座通過(guò)12個(gè)直徑為7mm的螺栓固定在軸承支架上，進(jìn)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(jī)架上的

47、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(jiǎn)單、裝拆方便、對(duì)中性要好，故選用平鍵連接。查閱文獻(xiàn)[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(jì) （1） 軸Ⅱ的功率計(jì)算 1) 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 因我們?cè)O(shè)計(jì)的軸對(duì)材料無(wú)特殊的要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其抗拉強(qiáng)度極限，許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa 2) 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑DI 查表得A0=112cm ≈14.0mm 對(duì)于d100m

48、m的軸，最小軸徑處有1個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將軸徑增大5%～7%，為14.7mm～15.0mm 根據(jù)軸的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)GB2822-81，取DI=20mm 3) 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制機(jī)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L21.4h1=4.2mm，取L2=26mm。 再由h2=（0.07～0.1）DII=（1.82

49、～2.6）mm。 取h2=2mm，則DIII=DII+2h2=30mm，這段軸是用來(lái)安裝軸承的。 查表初步選用型號(hào)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(lái)安裝軸承的，故DV=DIII=30mm。 軸承另一端需要軸肩定位，damin<DIV<d，綜合考慮此處定位。 由于軸承的安裝需要和刀片保持一定距離，取第VI段軸的直徑為DVI=DII=26mm。 第VII段軸是用來(lái)安裝刀片的，為了便于加工，取第VII段軸的直徑為DVII=DI

50、=22mm。 綜上所述: DI=DVII=20mm DII=DVI=26mm DIII=DV=30mm DIV=42mm b.確定各軸段長(zhǎng)度 根據(jù)汽油機(jī)的高度及整機(jī)結(jié)構(gòu)，確定軸Ⅱ的總長(zhǎng)為360mm 帶輪寬 B=（z-1）e+2f 式中：z-輪槽數(shù)； e-槽間距； f-槽邊距； 取e=15mm，f=11mm，代入數(shù)據(jù)得2輪槽的帶輪寬度B3=37。 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處的軸段主要用來(lái)安裝1個(gè)2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(zhǎng)LI=100mm。 直徑為DII處的軸段長(zhǎng)度，可以根據(jù)

51、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定軸承端面和帶輪的距離為L(zhǎng)II=24mm。 直徑為DIII處的軸段長(zhǎng)度是軸承的寬度LIII=B=23mm。 直徑為D7處的軸段是用來(lái)安裝刀片，根據(jù)刀片的厚度、螺母的長(zhǎng)度以及墊片的厚度確定軸長(zhǎng)為L(zhǎng)VII=50mm。 直徑為D5處的軸段也是用來(lái)安裝軸承，長(zhǎng)度LV=23mm。 直徑為D6處的軸段和D2處一樣長(zhǎng)LVI=24mm。 最后留下的軸長(zhǎng)就是第4段軸的長(zhǎng)度了，LIV=116mm。 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(qiáng)度 以B

52、’為基點(diǎn)，由∑MB’=0得： FNC’×139-Fp2×230+Fp2×193+Fr×84=0 由∑Fy=0得： Fr+FNB’+Fp2-FNC,-Fp2=0 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(diǎn)和D’點(diǎn)是危險(xiǎn)截面，但C’點(diǎn)軸的直徑大于D

53、’點(diǎn)的，所以只需要校核D’點(diǎn) D’點(diǎn)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： ≈38MPa<60MPa 故軸Ⅱ的設(shè)計(jì)滿足要求。 (3）軸承的選擇和校核 因FNB’<FNC’，所以只要C’的軸承可用即可。 由FNC’=144.3N,n3=1500r/min，初選型號(hào)為6406 GB/T 276-199

54、4的軸承，基本額定動(dòng)載荷C=47500N, 式中：； 取軸承的預(yù)期計(jì)算壽命=18000h。 取載荷系數(shù)fp=1.8，則滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P2=F’NC fp =1.8×144.3≈260N。 代入數(shù)據(jù)得：C2=3054N<Cr。 故6406滾動(dòng)軸承滿足軸Ⅱ的使用要求。 (4） 鍵的選擇 查閱文獻(xiàn)，選用鍵6×90GB/T 1096-2003的圓頭普通A型平鍵。 3.4.3 軸Ⅲ的設(shè)計(jì) 1）軸Ⅲ的功率計(jì)算 1) 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 因我們?cè)O(shè)計(jì)的軸對(duì)材料無(wú)特殊的要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其抗拉強(qiáng)度極限，許

55、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(qiáng)度 以b為基點(diǎn)，由∑Mb=0得： FNc×139-Fp2×193+Fr×84=0 由∑Fy=0得： Fr+FNb+Fp2-FNc=0 其中：Fr=100N，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(xué)中的知識(shí)，繪制的彎矩圖和扭矩圖如下 圖3-18 軸Ⅲ力矩圖 從彎矩

56、圖和扭矩圖可以看出c點(diǎn)是危險(xiǎn)截面，需要校核。 c點(diǎn)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(jì)滿足要求。 （3）軸承的選擇和校核 因FNb<FNc，所以只要c處的軸承可用即可。 由FNc=144.3N,n4=1500r/min，初選型號(hào)為6406 GB/T 276-1994的軸承，基本額定動(dòng)載荷C=475

57、00N。 式中：； 取軸承的預(yù)期計(jì)算壽命Lh’=18000h。 取載荷系數(shù)fp=1.8，則滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 代入數(shù)據(jù)得： C3=21293N<Cr。 故6406滾動(dòng)軸承滿足軸Ⅲ的使用要求。 （4）鍵的選擇 選取鍵6×40GB/T 1096-2003的圓頭普通A型平鍵。 3.5 機(jī)架的設(shè)計(jì) 在完成上述設(shè)計(jì)后，可根據(jù)以上設(shè)計(jì)內(nèi)容確定機(jī)架的結(jié)構(gòu)和尺寸。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)：機(jī)框和機(jī)頭的設(shè)計(jì)，加上上述帶和軸的尺寸。機(jī)框是用來(lái)放置汽油機(jī)、安置機(jī)頭和車(chē)輪支撐軸的，進(jìn)而才能安裝傳動(dòng)軸、帶輪和帶?；谠O(shè)計(jì)參數(shù)，綜合考慮，就可以設(shè)計(jì)出機(jī)架

58、的整體結(jié)構(gòu)尺寸。 3.5.1機(jī)框的設(shè)計(jì) （1）設(shè)計(jì)參數(shù) 1）修剪幅寬為500mm 2）汽油機(jī)量15.8kg，外形尺寸317.5×354.5×353mm 3）人的身高估計(jì)為170cm （2）設(shè)計(jì)過(guò)程 根據(jù)汽油機(jī)的外形尺寸可以定出安裝動(dòng)力處的位置尺寸，由于人的身高為170mm，斜坡處的水平長(zhǎng)度為277mm，故傾斜角為 安裝支撐軸處的直徑選為標(biāo)準(zhǔn)系列內(nèi)的51mm，修剪幅寬為500mm，故機(jī)框的寬度為500mm，其他尺寸的設(shè)計(jì)參見(jiàn)非標(biāo)件的設(shè)計(jì)，這里過(guò)程略去。 設(shè)計(jì)的機(jī)框的結(jié)構(gòu)尺寸如下所示 圖3-19 機(jī)框 3.5.2 機(jī)頭的設(shè)計(jì) 機(jī)頭的作用是在修

59、剪機(jī)向前移動(dòng)的過(guò)程中，將茶樹(shù)的枝干分開(kāi)，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(jī)頭的材料選用40Cr的鋼材，厚度取為10mm，長(zhǎng)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(jī)頭夾角設(shè)計(jì)為58o。 最終的機(jī)頭結(jié)構(gòu)圖如下所示： 3-20 機(jī)頭 3.5.3 機(jī)架的結(jié)構(gòu)圖 最終機(jī)架的結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖3-21 機(jī)架的結(jié)構(gòu)圖 3.5.4 機(jī)架高度的調(diào)節(jié) 為了實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)修剪機(jī)高度的調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)一系列不同規(guī)格直徑的車(chē)輪，這樣就可以實(shí)現(xiàn)修建高度的自調(diào)了。 車(chē)輪直徑的尺寸系列有：1400mm，12

60、00mm，1000mm三種規(guī)格。 結(jié) 論 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從總體上來(lái)講，主要可以分為兩個(gè)階段： 第一個(gè)階段是以查閱大量的資料為基礎(chǔ)，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和零部件的設(shè)計(jì)。首先要確定茶樹(shù)修剪機(jī)的總體的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方案，再進(jìn)入到零部件的設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)公式的應(yīng)用比較多，加上大量的計(jì)算和參閱資料，感覺(jué)比較枯燥，大多結(jié)構(gòu)與尺寸都要計(jì)算或借鑒可靠的設(shè)計(jì)原則經(jīng)驗(yàn)而得出。主要是刀片和機(jī)架都是非標(biāo)件，結(jié)構(gòu)很難確定，為此我專(zhuān)門(mén)了解了刀具的設(shè)計(jì)資料，最終采用弧形的刃口來(lái)切割茶樹(shù)枝干，可以降低對(duì)茶樹(shù)的損傷。機(jī)架的結(jié)構(gòu)尺寸只能根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)的各個(gè)零部件的尺寸來(lái)確定

61、。 第二個(gè)階段是圖紙的繪制以及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)。這個(gè)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(duì)機(jī)械制圖和公差配合等知識(shí)要求較高，先需要查閱大量的資料，然后再根據(jù)設(shè)計(jì)好的尺寸結(jié)構(gòu)進(jìn)行繪制和標(biāo)注。 這次設(shè)計(jì)中不足之處在于自己設(shè)計(jì)方面的知識(shí)很匱乏，導(dǎo)致我設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)展的很困難。例如：在設(shè)計(jì)機(jī)架時(shí)，我只能根據(jù)緒論里的技術(shù)指標(biāo)以及設(shè)計(jì)好的各個(gè)零部件的尺寸來(lái)確定機(jī)架的尺寸，尤其在設(shè)計(jì)各個(gè)零件之間如何固定連接很困難。 設(shè)計(jì)期間，我過(guò)得非常充實(shí)，在一次次解決困難的過(guò)程中，我一次次體會(huì)到解決難題后的喜悅。通過(guò)這次設(shè)計(jì)提高了我收集資料的能力、思維能力、解決問(wèn)題的能力以及繪圖等各方面的能力。 參考

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63、實(shí)用手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009． [7] 王建軍，譚旭光，孫祖梅等．內(nèi)燃機(jī)及配附件產(chǎn)品供應(yīng)目錄[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010． [8] 濮良貴．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，2006． [9] 劉鴻文．材料力學(xué)[M]．北京：高等教育出版社，2004． [11] 甘永立．幾何量公差與檢測(cè)[M]．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008． [12] 朱冬梅，胥北瀾，何建英等．畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖[M]．北京：高等教育出版社，2008． [13] 趙健，張紅松，胡仁喜等．Autocad 2009中文版教程機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200

64、9． [14] JB/T 5674—2007．茶樹(shù)修剪機(jī)[S]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. [15] 趙程，楊建民．機(jī)械工程材料[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009． [16] 陸玉，馮立艷．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.  致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(dǎo)老師李玉萍老師致以由衷的感謝和誠(chéng)摯的敬意，她的指導(dǎo)為我提供了設(shè)計(jì)的主題思想，設(shè)計(jì)過(guò)程中，她給予了我最直接的指導(dǎo)和幫助，耐心的向我傳授設(shè)計(jì)的方法和思路。無(wú)論是理論的運(yùn)用，還是零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，她都及時(shí)給予我指點(diǎn)，解答疑惑，

65、使我能更深入、更快的開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，她給我提出了寶貴的意見(jiàn)，并且給與細(xì)致的指導(dǎo)，使其得以不斷的改進(jìn)和完善。在此，謹(jǐn)向李玉萍老師致以衷心的感謝和敬意！ 其次，我要感謝的是我的所有同學(xué)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)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(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程才能進(jìn)行的那么順利。 再次，我要感謝的是自考本科期間里所有教過(guò)我的老師和我們的輔導(dǎo)員，感謝他們長(zhǎng)久來(lái)對(duì)我的諄諄教誨和和真心的關(guān)懷。我還要感謝我們14級(jí)機(jī)械專(zhuān)業(yè)所有的同學(xué)，有你們的陪伴，我的大學(xué)生活才會(huì)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，教我做人做

66、事的道理。沒(méi)有他們的辛苦付出，沒(méi)有他們的無(wú)私的支持和關(guān)懷，我不可能安心、順利的完成大學(xué)學(xué)業(yè)。在這里向敬愛(ài)的家人表達(dá)深深的謝意！ 附 錄 附錄A 帶Ⅱ的設(shè)計(jì)過(guò)程 附錄B 軸Ⅱ的設(shè)計(jì)過(guò)程 軸II在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置見(jiàn)圖B1 圖B1 （ 圖紙 1—汽油機(jī) 2—帶輪 3—V帶 4—傳動(dòng)軸5—機(jī)頭 6—刀片 7—定位銷(xiāo) 8—機(jī)架把手 圖2-1 機(jī)器的示意圖 圖 2-2 第一種傳動(dòng)方案

67、 圖2-3 第二種傳動(dòng)方案 圖3-1 刀片示意圖 圖3-2 帶及帶輪示意圖 圖3-3 帶輪Ⅰ的結(jié)構(gòu)圖 圖3-3 帶輪Ⅰ的結(jié)構(gòu)圖 圖3-4 帶輪Ⅱ的結(jié)構(gòu)圖 圖3-5 刀片示意圖 圖3-6 刀片結(jié)構(gòu)示意圖 圖3-7 軸示意圖 圖3-8 軸Ⅰ結(jié)構(gòu)圖 圖3-13 軸Ⅱ結(jié)構(gòu)圖 圖3-16 軸Ⅲ結(jié)構(gòu)圖 圖3-12 軸承座定位圖 圖3-11 軸承座結(jié)構(gòu)圖 圖3-19 機(jī)框