单刃面绿篱修剪机的设计

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Address these shortcomings, I hope some design can improve the single-blade surface hedge trimmers, great strength, reduce the labor intensity of workers, improve work efficiency, suitable for the various Hedge loose wall and the pruning of the tree ball, tea tree pruning can be used the whole crown job for a wide range, can achieve the purpose of the use of a machine. The design of the machine has the following characteristics: 1, adaptable, safe operation. 2, light weight, small vibration, low noise, and provides the operator with a good working conditions, greatly reducing the labor intensity. 3, better job quality and stable performance. Keywords:Hedge trimmers, status quo and development. 3 南京林业大学学生毕业设计（论文） 目 录 第一章 绪论................................................................................................................................... 5 1.1 引言.................................................................................................................................. 5 1.2 国外单刃绿篱修剪机发展概况...................................................................................... 5 1.3 国内单刃绿篱修剪机发展概况...................................................................................... 6 1.4 本文研究的目的及意义.................................................................................................. 8 第二章 单刃绿篱修剪机的设计方案........................................................................................... 9 2.1 绿篱修剪机的比较和选择.............................................................................................. 9 2.2 单刃绿篱修剪机的组成及工作原理.......................................................................... 10 2.2.1 单刃绿篱修剪机的组成..................................................................................... 10 2.2.2 单刃绿篱修剪机的工作原理............................................................................. 10 第三章 单刃绿篱修剪机的机构设计......................................................................................... 12 3.1 发动机的选择................................................................................................................ 12 3.2 离合器的选择................................................................................................................ 12 3.3 绿篱修剪机刀片及其保护壳的设计............................................................................ 18 3.4 减速器的设计计算与校核............................................................................................ 19 3.5 绿篱修剪机把手的设计................................................................................................ 24 3.6 单刃绿篱修剪机的减振降噪措施................................................................................ 25 3.7 单刃绿篱修剪机的使用注意事项................................................................................ 25 3.7.1 修剪机的操作规程.............................................................................................. 25 3.7.2 修剪机的操作顺序.............................................................................................. 26 3.7.3 修剪机的维护保养要点...................................................................................... 26 第四章 总结................................................................................................................................. 28 4.1 总结................................................................................................................................ 28 4.2 展望................................................................................................................................ 28 致谢............................................................................................................................................... 29 参考文献....................................................................................................................................... 31 4 南京林业大学学生毕业设计（论文） 第一章 绪论 1.1 引言 改革开放促进了城市建设和发展，也给城市园林绿化工作提出了更高的要求。当一座 座建筑群拔地而起，紧随的是园林绿化工作的进行。为了改善人们的工作，学习和生活环 境，改善城市地区的卫生和气候条件，保护居民的身体健康，创造一个优美舒适和安静的 环境，必须增加城市的绿地面积和建设各种娱乐场所。因此，美化和绿化是城市建设和发 展的重要标志之一。随着城市园林绿化的发展，必然促进了园林绿化机械的应用和发展。 目前我国园林绿地中绿篱的用量很大，根据 CJJ/T1985-2002《城市园林绿地分类标准》， 其中 G1 公共绿地，G4 居住区绿地，G5 附属绿地中都有大量绿篱应用，但其主要功能局 限于分隔道路，作为绿地边界以及模纹绿篱。随着生活水平的提高，人们对生活环境的要 求也是越来越高，绿篱在城市道路和园林绿化中也占有重要的地位，因为它可以被修剪成 各种各样的造型，而且能相互组合，从而提高观赏效果和城市美化，让人们观赏之后心情 愉悦。此外，绿篱空间围合兼有视线遮挡的功能，可以将环境中不美观的事物遮挡起来， 还具有隔离防护和防止噪音等作用。但是绿篱会长成各样的造型，所以为了获得造型各异 的绿篱，需要按规定进行不同的修剪作业，因此对绿篱的修剪工作非常重要，所以单刃面 绿篱修剪机的研究与设计也有着非同寻常的意义。 1.2 国外单刃绿篱修剪机发展概况 国外对绿篱修剪机的开发研究较早, 起点高、水平亦较高, 广泛采用现代科技成果,如工程塑料、CD I 无触点电子点火等, 整机重量轻、功率大、使用操作灵巧, 并形成了系列产品。 20 世纪 80 年代后， 在欧美发达国家，随着经济的进一步发展，人名生活水平和住房条件进一步改善，单刃绿篱修剪机已经 走进千家万户，逐渐成为家庭的必备机具，在美国和加拿大的中产阶级家庭中已经基本普及。单刃绿篱 修剪机以汽油机作动力的，也有电动的，切割机械以往复式居多，日本的小松，德国的 STIHL,瑞典的 HUSQVARAN，意大利的 HAPPY 等均生产各种不同规格的便携式绿篱修剪机，欧洲还生产一种车载臂 架悬挂式绿篱修剪机。20 世纪 90 年代,这些先进国家的绿篱修剪机械陆续进入我国种植基地。国外先进 的绿篱修剪机械技术比较完善, 机具品种齐全,性能可靠,但价格昂贵。目前, 欧美各国几乎所有的农机公 司都生产绿篱修剪机械且已形成系列化,能满足各种绿篱修剪作业的需要。其主要结构、技术性能指标 至今没有大的变化,只是在操作舒适性和电子计算机应用方面有所改进。 据统计，2002 年我国进口的园林草坪机械类产品为 3790 万美元，主要来自这些著名品牌。 如图 2 所示，是日本的小松单刃绿篱修剪机 5 南京林业大学学生毕业设计（论文） 图 1 小松单刃绿篱修剪机 如图 2 所示，是德国的 STIHL 单刃绿篱修剪机 图 2 德国 STIHL 单刃绿篱修剪机 1.3 国内单刃绿篱修剪机发展概况 我国对于绿篱修剪机的研究起步于20世纪60年代,目前国内生产厂家仍较少, 而且产 品质量大,性能落后,品种单一, 规格少,不能形成系列产品,无法满足各种用户需求。从60 年代中期开始研制绿篱修剪机，目前已有单人、双人和重修剪机等机种。单人修剪机由一 人手提操作，主要用于绿篱的轻修剪和深修剪，同时，也可用作机械化绿篱的修边，使绿 篱行间留出20厘米的间距，以利机器的通过和操作。单人修剪机有机动和电动两种类型。 60年代中期，中国农业科学院茶叶研究所等单位研制的中频电动手提式绿篱修剪机，就是 以汽油机带动的中频发电机组为电源，中频微型电机作动力的电动机型，使用双动往复刀 片，切割幅宽300毫米。但是，使用较多的还是以汽油机为动力的机动型，采用平行往复 刀片，切割幅宽750毫米，中国农科院茶叶研究所和安徽省农业机械研究所近年来研制的 单人修剪机都属这种类型。我国不少园林机械厂研制出了自己的机器，如以下几种机型， 比如北京园林机械厂研制的以中频电机为动力的双动往复刀片式，上海园林工具厂生产的 电动旋刀式，刀片呈辐射状，定刀片对枝条起支承作用，动刀片旋转则进行切割，该机需 配12V的蓄电池。从使用角度看，配置不大合理，效率不是很高。现在对这类机具一般采 6 南京林业大学学生毕业设计（论文） 用进口的较好。如日本产E7B750，HT750型，此机动力系单杠4冲程汽油机，体积小，重量 轻，噪音小，工作效率高。目前在我国城市道路以及企事业单位的道路绿篱普遍采用的是 手持式油锯，目前只生产LT系列便携式绿篱修剪机。统计资料显示，2002年我国出口的园 林机械类产品已达6620万美元，其中出口到欧洲和北美发达国家的有4730万美元，这是一 项了不起的成绩。 如图 3 所示，是我国生产的永佳单刃绿篱修剪机 图 3 永佳单刃绿篱修剪机 如图 4 所示，是我国生产的粤兴单刃绿篱修剪机 图 4 粤兴单刃绿篱修剪机 综上所述，单刃绿篱修剪机在我国具有广泛的市场，绿篱修剪机发展到今天, 技术水 平日益完善, 我们只有充分利用现代科技成果才能使国产割灌机达到国际先进水平,并在 市场上占有一席之地。 7 南京林业大学学生毕业设计（论文） 国内外对单刃绿篱修剪机的研究，主要集中在对单杠汽油机为动力的手持式油锯和手 动修枝剪等园艺剪枝器具，研究的主要方面在于如何提高其刀具的使用寿命上，而对电动 器具的研究与发展则少有发展，因此，设计一种依靠蓄电池提供能源，由直流电动机驱动 连续成形修剪的新型绿篱修剪机来代替，由单杠汽油机驱动的绿篱修剪机，用以克服上述 缺点，其应用前景看好。 综合看来，国内园林绿化机械的品种还比较单一，性能、质量和制造水平还比较落后， 与国外发达国家相比有很大差距，总体上国内目前仍然处于园林绿化机械发展的初始阶 段，发展前景十分广阔，我们应当研究和跟踪西方国家绿篱修剪机发展的历史，借鉴他们 的经验和教训，以便缩小与西方国家的差距。 1.4 本文研究的目的及意义 进入21世纪以后，国内外绿篱修剪机的发展速度飞快，其发展总趋势是：（1）继续大 力开发绿篱修剪机的新产品，加速老产品的更新换代，新产品将向操作自动化，舒适化方 向发展（2）在90年代，步行操作自走式取代推行式，而进入21世纪更加先进，能实现无 极变速，操作更加简单。 随着国家对环保意识的进一步加强,我国政府出台了一系列保护生态环境的政策, 使 得林业部门对林业机械的需求也发生了重大变化;伐木机械的需求量急剧减少,那么营林 机械必将有很大的增加。由于营林作业的种类繁多, 因而营林机械的种类也很多,绿篱修 剪机作为营林机械的一种，其用途广泛、操作简便、使用灵活的特点，必然大受欢迎。目 前, 全世界绿篱修剪机的年产量约为300多万台。日本是世界上生产和使用绿篱修剪机最 多的国家之一, 产量高，出口广泛。我国绿篱修剪机的研制起步较晚, 而且产量低, 品种 少, 已远远不能满足国民经济飞速发展的需要。作为世界农业大国,绿篱修剪机在我国潜 在着巨大的市场, 开发高性能绿篱修剪机已势在必行。 本次课题研究的是单刃绿篱修剪机，从国产的单刃绿篱修剪机情况来看，除了设计绿 篱修剪机的结构和部件方案的选择外，可以在一下两个方面进行设计创新：减轻机具的震 动以及在机具质量上的减轻。另外，不同类型的单刃绿篱修剪机，都有着不同程度上的噪 声，因此，减少机体工作时的噪声，也是设计的一个重要部分，从而减少对操作者的伤害。 8 南京林业大学学生毕业设计（论文） 第二章 单刃绿篱修剪机的设计方案 2.1 绿篱修剪机的比较和选择 绿篱机又称绿篱剪，适用于茶叶修剪、公园、庭园、路旁树篱等园林绿化方面专业修 剪。绿篱机的分类：手持式、背负式、车载式绿篱修剪机。 目前绿篱修剪机的使用范围较广，如在公园修剪各种各样的绿篱带，在茶园修剪茶树。 随着国家对生态环境的重视，全民环保意识的增强，人们对生活环境的要求越来越高，对 园林绿化机械的需求也在逐步加大，因而用于园林绿化的轻型绿篱修剪机的需求也在大幅 增加，综观园林机械市场，我们不难发现也不可否认，国外的绿篱修剪机占领着绝大部分 市场，从最早的日本的小松，德国的 STIHL,瑞典的 HUSQVARAN，意大利的 HAPPY 等，再到 Efco、Jonsered 等，大大小小十几个品牌，纷纷进占中国市场，中国有着非常大的市场， 同时由于我们遭受了环境破坏所带来的恶果，国家正加倍地保护环境，由此所带来的无限 商机使得国外企业源源不断地进入，要想冲出重围，在园林机械市场上立足，并与世界列 强抗衡是非常困难的，但也不是不可能，关键在于我们如何取长补短，并迎头赶上，制造 出让外国人刮目相看的拥有优秀性能的绿篱修剪机。 对于绿篱修剪机而言，其类型不同，作业对象、作业地点就有差异，操作起来也有所 差别。以下是对手持式和背负式的比较：（1）手持式绿篱修剪机采用主要由发动机、离合 器、减速器、传动装置，操纵装置等组成。在传动轴的一端配置 0.75～ 2 千瓦的单缸二 冲程风冷汽油机和离心式摩擦离合器；另一端安装由减速器和切割刀具组成的工作部件。 工作部件的类型很多，常用的为单刃刀片和双刃刀片两种。机具重约 6～12 千克,转速约 4500～5000 转/分。（2）背负式绿篱修剪机。用软轴传动，一般构造与手持式绿篱修剪机 相似，不同的是其发动机背在操作者背上，切割部件由软轴传动，发动机功率一般为 0.75～ 1.2 千瓦。 发动机与背架之间以两点联接并装有特制橡胶件以隔振。软轴为套装在软管内 的钢丝挠性轴，用以传递扭矩。软管为敷有橡胶保护套的金属编织网包住的钢带缠卷的螺 纹管，以防尘土侵入轴内并保持轴表面的润滑油。割幅一般在 70CM 左右。但是最终因为 考虑到使用的方便性，我们选择了手持式绿篱修剪机的方案。 9 南京林业大学学生毕业设计（论文） 2.2 单刃绿篱修剪机的组成及工作原理 2.2.1 单刃绿篱修剪机的组成 本次课题研究的单刃绿篱修剪机为手持式绿篱修剪机机。手持式绿篱修剪机由以下部 分组成，包括汽油机，传动机构，手柄，开关及刀片机构等。其结构简图如图5所示， 图5 单刃绿篱修剪机结构简图 1.手柄 2.油箱 3.启动器 4.发动机 5.大齿轮 6.离合碟 7.离合器 8.小齿轮 9.齿轮轴 10.万向轴 11.曲柄连杆 12.箱盖 2.2.2 单刃绿篱修剪机的工作原理 单刃绿篱修剪机的工作原理比较简便，发动机通过万向轴将动力传送至离合器，操作 者通过安装在工作杆上的手油门控制发动机的供油量来调整转速。当发动机的转速接近工 作转速时, 自动离心式离合器的两个离合块在离心力的作用下, 克服弹簧拉力与离合碟 结合, 带动离合碟转动, 离合碟又通过轴带动减速器小齿轮转动, 小齿轮带动大齿轮转 动， 与大齿轮上下连接的双偏心滑块机构处于工作状态, 使刀片可以进行往复切割运动， 从而进行切割作业。需转移作业地点时, 可关小手油门, 发动机转速下降, 离合器的飞块 由于弹簧的拉力与离合碟分离, 切割装置停止转动, 发动机处于怠速状态。 单刃绿篱修剪机使用前，必须进行一系列检查和准备工作。将机器停止在水平位置上， 首先检查燃油箱和冷却水箱，打开水箱盖，按手册要求加入适量的冷却水，盖上水箱盖， 打开油箱盖，加入符合要求的燃油，燃油不要加得太满，盖上并拧紧油箱盖，检查刀片是 否完好，否则要及时更换或调整。把发动机开关拨到“开”（ON）的位置。推动注油阀， 直到溢油管中有油液流动。拉起动绳起动（或起动器）。把阻塞杆拨到半开的位置，让发 10 南京林业大学学生毕业设计（论文） 动机空转3-5分钟。把阻塞杆拨到“开”（ON）的位置，轻轻地捏紧油门调节杠杆，然后突 然松开，使得自锁解除。此时发动机按额定转速正常工作。开始修剪绿篱时应保持平顺整 齐，高低一致。一般把修剪机向下倾斜5°-10°（度）。相对修剪对象引成微少倾角能使 修剪省力，轻便，并确保具有较好的剪切质量。要保持操作者身体处在汽化器一侧，绝不 允许处于排气管一端，以免被废气烫伤。按工作需要调节控制油门（即转速）。发动机运 转速度过高是不必要的。工作完毕后停机，关闭油门。清洁外壳。待用。 11 南京林业大学学生毕业设计（论文） 第三章 单刃绿篱修剪机的机构设计 3.1 发动机的选择 发动机一般选用风冷二冲程，发动机转速为7500r/min，排量为23.6cc，功率0.8KW （1.1PS），油箱0.47L，因此选择小松HTZ7510/CHTZ6010风冷二冲程发动机。 发动机的工作原理如下：发动机气缸体上有三个孔，即进气孔、排气孔和换气孔，这 三个孔分别在一定时刻由活塞关闭。其工作循环包含两个行程：1.第一行程：活塞自下止 点向上移动，三个气孔同时被关闭后，进入气缸的混合气被压缩；在进气孔露出时，可燃 混合气流入曲轴箱。2.第二冲程：活塞压缩到上止点附近时，火花塞点燃可燃混合气，燃 气膨胀推动活塞下移作功。这时进气孔关闭，密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩；当活 塞接近下止点时排气孔开启，废气冲出；随后换气孔开启，受预压的可燃混合气冲人气缸， 驱除废气，进行换气过程。如图6所示，是发动机的结构图： 图6 发动机结构图 3.2 离合器的选择 离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平 面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。离合器类似于开关，接合或断离动力传递作 用，离合器机构其主动部分与从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程 中还要有可能相对转动。离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性联系。 离合器分为电磁离合器、磁粉离合器、摩擦式离合器和液力离合器。本次设计选择摩 12 南京林业大学学生毕业设计（论文） 擦式离合器，其特点更符合本次设计的要求。 如图7所示的离合器： 图7 离合器 1）. 确定总体设计方案 由于滑块为两块，而离合器允许外径偏小，考虑到便于布置零件，故采用压缩弹簧的形 式，离心块与被动盘间隙取为 1mm，满足要求且便于计算。滑块离心式摩擦离合器主要用 于草坪机械。 2）.确定离合器需要传递的扭矩： 由 最大输出扭矩为 5.93N.m，â≥1─扭矩储备系数，故发动机最大输出扭矩 = 7.116 N ⋅ M 3）.初定结合转速： 因结合转速 n2 ≥ (1.25 ~ 1.45)n1 这里系数取 1.25，由发动机怠速 n1 = 2900r / min 13 南京林业大学学生毕业设计（论文） 计算得 n2 = 3625r / min 4）.确定离合器结构形式 由初始给定数据条件，离心块数量为 2，即 Z=2； 确定被动盘直径 D=50mm,壁厚取 2mm，离合器离心块与被动盘间隙，因摩擦配合为石棉 ——石棉，石棉厚度取为 4mm，则被动盘半径 R=25-2-6-1=16mm； 由离心块质心半径选取范围 r = (0.6 ~ 0.8)R ，再结合初步确定的离心块结构和形状，初 步选 r=13mm； 离心块与被动盘材料均选 45 号钢，由于摩擦配合为石棉——石棉， 故离心块与被动盘结合面均贴一层石棉，摩擦系数 f 选为 0.5. 5）.初定离心块质量 离心块质量须满足两个条件： ① 结合转速 n2 时 P 2 = Pn = m ⋅ r ⋅ w2 2 式中： P 2 ─结合转速 n2时离心块产生的离心力； Pn ─弹簧对离心块张紧力的径向分力； w2 ─结合转速 n2时的角速度。 ② 传递最大扭矩 Mf 时 (P 4 − Pn) ⋅ f ⋅ R ⋅ Z = P 4 = m ⋅ r ⋅ w4 2 Mf = (m ⋅ r ⋅ w4 2 − m ⋅ r ⋅ w2 2 ) ⋅ f ⋅ R ⋅ Z = m ⋅ r(w4 2 − w2 2 ) ⋅ f ⋅ R ⋅ Z m =  2 2  Mf  2  =  2  Mf ⋅ 900 式中： n4 ─发动机最大扭矩 Mf 时的转速； w4 ─发动机最大扭矩 Mf 时的角速度； f─离心块与被动盘内表面的摩擦系数（钢对钢：f＝0.15；钢对石棉：f＝0.30； 14 南京林业大学学生毕业设计（论文） 石棉对石棉：f＝0.36～0.50，这里取 0.5） 由发动机外特性参数： n4 = 7500r / min ， n2 = 3625r / min ， 代入其他数据： R = 16mm ， Z = 2 ， f = 0.5 ， Mf = 7.116N ⋅ M ， r = 13mm ，计算得 m = 0.072kg 。 6）.计算弹簧在各个工况下受力 结合转速时： P 2 = Pn = mrw2 2 = 0.072 ×13×10−3 × ( 3625 60  × 2ð ) 2 = 134.74 N 。 怠速时弹簧压缩力： P1 = 0.072 ×13×10−3 × ( 2900 60 × 2ð ) 2 = 86.24N 。 7）验证离合器高度 因离合器允许高度为 20mm，而 h 取值范围为（1~2）d； 选定滑块结构为扇形，包角 ø = 120° ，中间挖空一定尺寸放置弹簧与螺栓，则由 ñV = m ，列方程得 1 3  12 2 2 材料为 45 钢，故这里 ñ = 7.8 ×103 kg / m3 解得 h ≈ 15mm ， h ≤ 24mm 。故离合器高度满足要求。 8）滑块的质心验算 由扇形形心计算公式： X = 2r sin á ，设计滑块 á = ø = 60� ； 3á 2 再由组合图形的形心计算公式： x = A1x1 − A2 x 2 A1 − A2  , y = A1 y1 − A2 y 2 ，计算得滑块质心约为 21mm； A1 − A2 验算结合转速 n2 = 2925r / min ，与理论计算值 n2 = 3625r / min 相差不大，故初选质心 符合要求。 9）弹簧的设计计算 ①  计算弹簧刚度 由： 怠速时弹簧所受压力：  P1 = 81.2 N 15 )⋅18]×10−6=0.072 南京林业大学学生毕业设计（论文） 结合时弹簧最大工作压力： Pn = 126.8N 由胡克定律： Pn − P1 = KX , X = 1mm ， 计算得 K = 45.6 N / mm 故弹簧初始压缩量为 X 0 = P1 = 1.78mm K ② 选择与验算弹簧具体参数 弹簧材料选 ∏ 类65M n 碳素钢丝，初选弹簧指数 C=5，中径 D 2 = 8mm ，查表得 K=1.31 估 算 簧 丝 直 径 [ô ] ∏ = 0.4óB,ôj = 1.25ô ∏ = 900MPa 簧丝直径：  d = D / C = 1.6mm ， 查 表 得 óB = 1800MPa  ， 由 d ≥ 1.6  KFnC [ô ] ∏ 为 d = 1.8mm  计算得 d = 1.6 × 1.31×126.8 × 5 = 1.72mm 0.4 ×1800  根据标准圆整 工作圈数 n1 ： 由 n1 = Gdë max 8F max C 3  ，而 ë max = x + x 0 = 1 + 1.78 = 2.78mm 计算得 n1 = 3.2 ，圆整为 3.5. 总圈数 n：弹簧选择冷卷，则总圈数 n=2+3.5=5.5 工作极限载荷： Pj =  ðd 3 8KD 2  ôj = 205.6 N 工作极限载荷下的变形： Fj = ðD 2 2 n1 GKd  ôj = 4.2mm 余隙： ä = 0.1d = 0.18mm 节距： t = (0.3 ~ 0.5) ， D 2 取为 3.6mm 中径： D 2 = Cd = 9mm 外径： D = D 2 + d = 10.8mm 内径： D1 = D 2 − d = 7.2mm 自由高度： H 0 = n1t + 1.5d = 16.3mm ，根据标准圆整为 18mm 16 南京林业大学学生毕业设计（论文） 螺纹升角： á = arctan  t ðD 2  = 5.74� ，在 5� ~ 9� 之间，符合使用条件 展开长度： L = ðD 2n cosá  ≈ ðD 2n = 155mm 验算稳定性： b = H 0 D 2 = 2 ≤ [b] = 3.7 ，故 C 值符合要求 疲劳强度校核：ô max = 8KD 2 3  Pn = 8 ×1.31× 9 3.14 ×1.83 ×126.8 = 653MPa≺ [ô ]ð 弹簧满足条件，可用。 10）轴承的选取与校核 由输出轴直径与轴所受的载荷，初选轴承为 GB/T292—1994  7004AC 角接触球轴承， 主要尺寸为 d = 22mm, D = 44mm, B = 12mm 由于轴承所受的最大径向力为 Fr = Pn = 126.8N ， 轴向力主要为轴的轴向窜动，可认为 Fa / Fr ≤ e ，故 P = Fr = 126.8N 。 由机械的工作情况查表可得 轴承在此离合器中寿命为 4000 ~ 8000h 而由： Lh =  ( ) 60n P n 取最高转速 8000r / min ， å = 3， P = 126.8N ，此轴承的基本额定载荷 Cr = 10.5KN 。 极限动载荷 Cj =  fh ⋅ fd fn ⋅ ft  ⋅ P fh ——寿命系数，由轴承要求寿命查表取得 2.52 fn ——转速系数，由输出轴最高转速查表取得 0.16 fd ——动载荷系数，由轴承工作环境情况查表取得 1.4 ft ——温度系数，由轴承估计工作温度查表取得 1 计算得 Cj = 2.796KN ，得 Cj≺ Cr ，故轴承满足工作条件。 11）螺钉与垫片 根据实际使用情况，选择 GB/T65—2000  M4 开槽圆柱头螺钉 6 个，M6 开槽圆柱头螺 钉一个，GB/T29.1—1988  M4 六角头头部带槽螺栓两个；GB/T894.1—1986  A 型轴用弹 性挡圈一个；GB/T95—2002  C 级平垫圈七个；GB/T855—1988 17  双耳止动垫圈两个。 106Cô 南京林业大学学生毕业设计（论文） 12）胶粘剂的选择： 石棉与滑块，石棉与被动盘的连接均使用胶粘剂，根据离合器各项性能参数，为保证 稳定持久和高强度粘接，选用热固性树脂：环氧—聚硫橡胶类胶粘剂。 3.3 绿篱修剪机刀片及其保护壳的设计 现有的绿篱修剪的刀具形式主要有旋转式刀具修剪和直线往复式刀具修剪两种形式， 考虑成本及安装空间的影响，选用直线往复式刀具的形式设计刀具。 直线往复式刀具主要是依据剪刀原理，通过两个刀片的相对运动，实现侧向刀刃的啮 合，最终达到修剪的目的。目前市场上的刀片剪切的方式主要有两种，一种是两个刀片都 运动，一种是只有一个刀片运动。而刀片的运动多是通过将动力源传出的旋转动作转换为 动刀片的直线往复运动。 出于成本以及刀具安装空间的考虑，选用单刀动作的方式，采用曲柄连杆机构实现直线往 复运动。 （1）刀片结构设计： 由于修剪宽度较大，故单个刀刃设计较大，一方面可以增加单个刀刃的强度，另一方 面也可以增强整个刀片的刚度，具体设计如图 8 所示： 图8 主刀片 刀片均采用 45 钢材料，单刃长×宽= 20 ×16mm ，工作过程中，主刀组有效切削刀刃数 为 19 个，有效切削宽度为 0.7m ，侧刀组有效切削刀刃数为 19 个，有效切削宽度为 0.7m ， 刀刃中心线间距 32mm ，则刀片相对运动行程为 100mm。刀刃切削的重复度按 50%计算， 则切屑速度为1000次 / 分钟，一次往复运动实现 2 次切割，每分钟剪切 1000 次，则刀片往 复运动为 500次 / 分钟。 （2）刀片保护壳设计： 由于考虑到操作人员的安全性及对刀片的保护，因此本次设计针对单刃绿篱修剪机的 特性设计了如图所示的刀片保护壳，具体设计如图 9 所示 18 南京林业大学学生毕业设计（论文） 图9 刀片保护壳 该刀片保护壳还可以根据绿篱修剪机的用途进行改造，例如，当需要当成茶树修剪机 的时候该保护壳可以设计成茶叶收集装置，方便茶叶的采集，真正的实现一机多用。 3.4 减速器的设计计算与校核 本次设计的适用于单刃绿篱修剪机的减速器如图 10 所示 图10 圆柱齿轮减速器 圆柱齿轮的设计 （1）选择材料，确定试验齿轮的疲劳极限应力： 参考表 16.2-59、60、65，选择齿轮材料为： 小齿轮：38SiMnMo，调质，硬度 320～340HBS 大齿轮：35SiMn，调质，硬度 280～300HBS 由图 16.2-17 及图 16.2-26，查得： σH lim 1 = 790N/mm2， σH lim 2 = 760N/mm2， σFE1 = 640N/mm2， σFE 2 = 600N/mm2， （2）按接触强度初步确定中心距，并初步选主要参数。 19 南京林业大学学生毕业设计（论文） 按表 16.2-33 a ≥ 483(u + 1)3  KT 1 2 小齿轮传递的转矩 T1： T1=9550 P n1  =9550 × 1.5 3625  =3.9517N · m 载荷系数： K=1.5 齿宽系数： Φa=0.4 齿数比： u=5.1 许用接触应力： 按表 16.2-33 óHP = óH lim SH min  ，取最小安全系数 SH min = 1.1，按大齿轮计算 σHP 2 = 760 1.1  =691N/mm2 将以上数据代入计算中心距的公式得 a ≥ 55.89mm 圆整为标准中心距 a=56mm mn =（0.007～0.02）a=(0.392～1.12)mm 取 mn =1mm 取β=90，cosβ=0.988 z1 =  2a cos β mn(u + 1)  = 15.49 取 z1=9，z2=46 精求螺旋角β cosβ= mn( z1 + z 2) 2a  =0.491 mt=  mn cos β  =2.04mm d1=mtz1=18.36mm b=Φaa=22.4mm 20ÖaóHPu 南京林业大学学生毕业设计（论文） （3）校核齿面接触疲劳强度 按表 16.2-34 σH = ZHZEZεβ  Ft u + 1 bd1 u  KAKVKHβKHα 分度圆上的圆周力： Ft= 2T1 d1  = 430N 使用系数： KA=1.5，查表 16.2-36， 动载系数： 按式 16.2-12 Kν = 1 + (  KA  K1 Ft + K 2 b  )  z1ν u 2 100 1 + u 2 ν = πd1n1 60 ×1000  = 3.48m/s 按表 16.2-39 K1=39.1，K2=0.0193 将有关数值代入公式得 Kν = 1.33 齿向载荷分布系数： b 按表 16.2-40， KHβ =1.12+0.18 ( ) 2 +0.23 ×10-3 b =1.40 d1 齿向载荷分配系数： 查表 16.2-42， KHα = 1.2 节点区域系数： 查表 16.2-15，ZH=2.47 查表 16.2-43， ZE = 189.8 N / mm 2 接触强度计算的重合度及螺旋角系数 Zεβ : 当量齿数： zν1 =  z1 cos3 β  =76.03  21 南京林业大学学生毕业设计（论文） zν 2 =  z 2 cos3 β  = 388.6 当量齿轮的端面重合度： εva = εα1 + εa 2 ，查图 16.2-10 得 εα1 = 0.83， εα 2 = 0.91，所以， εva = 1.74 查图 16.2-11，纵向重合度 εβ = 1.55 查图 16.2-16， Zεβ = 0.76 将以上各数值代入齿面接触应力计算公式得 σH = 798N/mm2 计算安全系数： 按表 16.2-34 SH = σH lim ZNZLVRZWZX σH 寿命系数： ZNT=1，长期工作，取为无限寿命设计 润滑油膜影响系数： 查图 16.2-19， ν 40 = 220mm 2 / s ， ZLVR = 0.95 工作硬化系数： 取 ZW=1 接触强度计算得尺寸系数： 查图 16.2-22，ZX=1 将以上数值代入安全系数的计算公式得 SH1=1.13，SH2=1.16 SH> SH min ，故安全 （4）校核翅根弯曲疲劳强度 按表 16.2-34 σF = Ft bmn  KAKVKFβKFαYFSYεβ 弯曲强度计算的在和分布系数： KFβ = KHβ =1.49 22 南京林业大学学生毕业设计（论文） 弯曲强度计算的载荷分配系数： KFα = KHα = 1.2 复合齿形系数： 查图 16.2-23，得 YFS1=4,.03，YFS2=3.96 弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数： 查图 16.2-25， Yεβ = 0.63 将以上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得 σF1 = 172N/mm2 σF2 = óF1 YFS 2 YFS1  = 169N/mm2 计算安全系数： 按表 16.2-34 SF = σFEYNTYδrelTYRrelTYX σF 寿命系数： YNT = 1，长期工作，取为无限寿命设计 相对齿根圆角敏感系数： 查图 16.2-23，查表 16.2-48， YδrelT1 = YδrelT2 = 1 相对齿根表面状况系数： 查表 16.2-71，齿面粗糙度 Ra1=Ra2=1.6um，按式 16.2-2