毕业设计（论文）-遥控割草机机械部分设计（含全套CAD图纸）

毕业设计（）-遥控割草机机械部分设计（含全套CAD图纸） 全日制普通本科生毕业设计 遥控割草机机械部分设计 THE DESIGN OF REMOTE CONTROL LAWN MOWER ABOUT MECHANIC OPPONENT 由于部分原因，已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706 学生姓名: 学 号: 年级专业及班级:2008级机械设计制造及其自动化 指导老师及职称: 学 部:理工学部 提交日期:2012年05月 全日制普通本科生 毕业设计诚信声明 本人郑重声明:所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名: 年 月 日 目 录 摘要................................................................ 1关键词.............................................................. 1 1 前言............................................................. 2 1.1 课题研究的目的及意义....................................... 2 1.2 课题研究的范围和技术要求................................... 2 1.3 课题解决的主要问题.......................................... 3 2 系统主要结构及总体设计............................................ 3 2.1 系统功能描述................................................ 3 2.2 割草机工作原理.............................................. 3 2.3 功能解析.................................................... 4 2.4 遥控割草机整体设计...................................... 4 2.4.1 遥控割草机驱动方案的选择............................. 6 2.4.2 割台方案的选择..................... 错误～未定义书签。6 2.4.3 调高方案的选择..................... 错误～未定义书签。6 3 遥控割草机的机械本体设计......................................... 6 3.1 车体驱动电机的选择......................................... 6 3.2 遥控割草机车体减速箱的设计.............. 错误～未定义书签。10 3.2.1 各主要部件的选择................... 错误～未定义书签。10 3.2.2 分配传动比......................... 错误～未定义书签。10 3.2.3 传动系统的运动和动力参数的设定.... 错误～未定义书签。10 3.2.4 设计齿轮........................... 错误～未定义书签。11 3.2.5 输入轴及其轴承装置、键的设计....... 错误～未定义书签。15 3.2.6 输出轴及其轴承装置、键的设计......................... 19 3.2.7润滑与密封 ......................... 错误～未定义书签。23 3.2.8 箱体结构尺寸......................................... 5 3.2.9割台设计 .............................................. 6 3.3.0 刀片有关参数的确定及驱动机参数的确定.................. 7 3.3.1 割刀的运动....................................... 7 3.3.2 割刀的转速确定........................................ 8 3.3.3 刀片数的确定........................................ 27 3(3(4 割刀的技术数据..................................... 27 3(3(5 割草机割草部分驱动机的选择........................ 28 3(4 遥控割草机体设计......................................... 29 3(5 草坪修剪高度调节机构的设计............................... 30 3. 5. 1 修剪高度调节范围的确定............................. 15 3(5. 2 高度调节机构原理................................... 15 3(5. 3 调高机构的计算.................................... 151 3(6 扶手的人机工程学设计..................................... 15 4结论 ............................................................. 35 参考文献........................................................... 35 致 谢.............................................................. 36 遥控割草机机械部分设计 摘 要:本文对国内外市场现存的割草机进行了介绍和比较，指出了现在割草机研制 过程中需注意的关键技术，并结合以往的成功经验和遥控割草机控制系统的要求，进行了遥 控机械本体设计。首先，选择了结构容易实现的三轮车体机构。其后，建立了自动割草机的 运动学和动力学模型，并根据相关计算确定了所需驱动电动机的参数，并以此为基础进行了 电机选型。再后根据选择的电机情况为遥控割草机设计了驱动系统的减速箱。最后，结合遥 控割草机的任务特点，为其设计了割草的机构。作为割草机的主体部分，割台及调高部分技 术成熟，性能稳定。本文在这方面采用传统设计理念，和遥控部分配合，做了适当的调整。 关键词:遥控;割草机;差速驱动;人机工程学 Design of Remote Control Lawn Mower about Mechanic Opponet Abstract: This article introduces and compares to existing lawn mower , the key technologies and the successful experience for remote control lawn mower development be pointed out, scheme out the mechanical framework of remote control lawn mower. First, chose a simple tricycle structure. Second, establish the kinematics and dynamics model of autonomous robot lawn mower,confirm the driving motor parameters by corresponding calculation, and use [1]those parameters as the basis select the driving motors. Third, based on the selected driving motors, design a gear box for the remote control lawn mower.Finally, design a special adjustable cutting mechanism for the robot according to its lawn trimming task.The construction technique of mowing platform and turning up, which are the main part of my lawn mower, is mature degree and reliable performance. In this respect, my text applies a conventional technology and makes [2]some appropriate readjustments to adapt to remote control. At the end of the text, I finish ergonomics design of hand holding bracket and the adaptive design of chassis. Keywords: remote control; lawn mower; differential driving; man-machine engineering 1 1 前言 1.1 课题研究的目的及意义 伴随着各国城市城区的绿化程度的提高，许多的高尔夫球场，足球草坪场，街道草坪等公共绿地都需要进行维护。在维护作业中，以草皮的修剪工作最为繁重，不仅枯燥而且重复性强。而在割草工作中消耗人力和物力最大的就是在人力跟随上。为了降低草坪维护的劳动强度和成本，西方国家曾导出了一系列改进机型。其技术比较成熟，且性能比较完善的为乘坐式草坪割草机。虽很大程度降低了劳动的强度，为了将人从人力跟随中解脱出来。近年来，一些国家提出了用现代电子技术和智能控制技术改造和提升草坪机械产业的战略，希望在不久的将来更加聪明的割草机取代传统的割草机。所以遥控割草机就应运而生了。 遥控割草机的研究不但满足了市场需求，而且具有一定的学术价值。遥控割草机属于新型的新一代机电一体化产品，需要单片机等相关技术的配合。怎样实现动力输出变化与微电子遥控稳定，有效结合及在远程遥控后机械所面临的细部的环境并对此作出的反应是本课题的重点。本课题也是进一步深入的研究，制造 [3]可大批量生产的智能割草机的技术基础。 如今，草坪业已经成为了我国的新兴产业。根据统计，上世纪80年代中期注册第一家草坪公司来，历经90年代的迅速发展后，目前从事草坪或草坪相关产业的公司已超过5000家，其中年经营额在500万以上的有50多家。在我国，草坪机械和灌溉公司有10家，草坪基本上已经在全国城市园林绿化、运动场建设中普遍运用。经过多年的快速发展后，草坪行业逐渐从高峰期过渡到平缓期。草坪行业从此进入了一个缓慢、稳定也是积蓄力量的时期。这样促使了草坪行业开始由一个劳动密集型到了知识密集型的转变时期，尤其是草坪的修建维护工作，迫切需要一种效率更高，并且人员消耗和能源消耗更低的草坪机械。但是，国外自动割草机器设备价格贵和技术垄断的制约了我国在智能草坪机械这方面的推广进度。为此，我们必须依靠自己的力量和经验来研究具有自己特色的遥控割草机。 综上，遥控割草机的研究具有很重要的商业价值、一定学术价值和积极的社会价值，它也能展现出我国机电一体化技术的发展水平。因此，对遥控割草机的研究是十分必要的。 1.2 课题研究的范围和技术要求 本课题研究主要是关于割草机机械部分的设计和计算，要用现有的科技成果 2 和经验来完成机械部分的设计，而且能够和遥控部分有机结合，从而来完成遥控割草机的整体设计。由于本课题研究割草机本身构造不复制，所以本课题的研究对技术方面要求比较高。机械方面掌握的机械原理，基础理论力学，空气动力学，刀具相关知识即可。机械的驱动部分运用汇合力串行排列，这要加强对电动机和汽油机的工作的原理和类别，以及多种机械知识的综合运用。 1.3 课题解决的主要问题 (1)遥控割草机的割草部件及其传动系统的设计和计算; (2)遥控割草机本体驱动方案的设计及计算; (3)遥控割草机的外观设计和人机工程学设计; (4)遥控割草机的为调节部件设计及计算; (5)遥控割草机在远程的环境中突发情况的相应动作部件的设计及计算。 2 系统主要结构及总体设计 遥控割草机的主要结构有框架，电池，配电器，遥控器，驱动机构，转向驱动机构，机械传动机构，割刀等装置组成。遥控割草机是机电一体化的产品，以实际的需求为出发点，合理的选择遥控割草机的本体选型方案，割台系统方案和调高件选择等多方面的内容，最后给定设计主要参数。本文的是以作者调研并结合对国内外最新资料为基础并在遥控割草机自身性能特点而是进行设计。 2.1 系统功能描述 遥控割草机用于远程割草控制，是现在一定范围内通过单片机控制和草机按要求完成修剪草坪的工作。 图1 遥控割草机的设计任务及功能构成 Fig .1 The mission and function formation of remote control lawn mower 2.2 割草机工作原理 割草机按割草方式可以分为推进式、坐骑式(乘坐式)、手推随行式(自走式)和拖拉机悬挂式(或牵引式)等几种割草机。虽然这些割草机在功能上不够 3 完善，但是性能稳定，并以发展出序列，有一定的技术基础。本遥控割草机以推进式和手推式割草机的机构为基础，遥控割草机的驱动由电动机完成，电动机连接减速器带动刀具旋转割草，此过程中产生的回转气流把割下来的草带出，电机轴通过链传动方式和联轴器联接，再通过减速箱的输出轴带动电动机行走，通过小电动机和转向机构由遥控来控制其转向，以期达到遥控割草的目的。 2.3 功能解析 遥控割草机的设计需要完成设计割台、驱动机构、控制系统等。本次设计侧重于遥控割草机机械部分设计，则在本文中只呈现机械部分的设计，其机械部分的功能分解后的功能如图所示 图2 遥控割草机的功能图 Fig .2 Function-tree of remote control lawn mower 2.4 遥控割草机整体方案设计 本文以遥控割草机性能的要求为侧重点，配合控制部分，进行遥控割草机的本体驱动方案的选择，以及割台方案和调高方案的选择。文中下面的部分就是围绕这部分展开。 4 图3 驱动方式的选择 Fig 3 Driving mode selection of mower 2.4.1 遥控割草机驱动方案的选择 )密封方式的选择 (2 由于I，II，III王轴与轴承接触处的线速度v<10m/s，所以采用毡圈密封 (3) 润滑油的选择 因为该减速器属于一般减速器，查机械手册可选用中负载工业齿轮油N200 [7]号润滑，轴承选用ZGN,2润滑脂。 3.2.8 箱体结构尺寸 表5减速器箱体结构尺寸表 Fable 5 Size table of gearbox’s structure 目的 分析过程 结论 5 机座壁厚δ δ=0.025a+5 8mm 机盖壁厚δ δ=0.025a+5 8mm 11 机座凸缘壁厚 b=l.5δ 12mm 机盖凸缘壁厚 b=l.5δ 12 mm 1 机座底凸缘壁厚 b=2.5δ 20mm 2 地脚螺钉直径 d= 036a+12 14 mm f 地脚螺钉数目 a<250，n=4 4 mm 轴承旁联接螺栓直径 d=0.75 d 10mm 1r 机盖与机座联接螺栓直径d d=(0.5,0.6) d 8mm 22f 联接螺栓d间距 L=150~200 150 mm 2 轴承盖螺钉直径 d =(0.4,0.5) d 4mm 3f 窥视孔螺钉直径 d=(0.3,0.4) d 6mm 4f 定位销直径 d=(0.7,0.8)d 6mm 2 轴承旁凸台半径 R 14ram 轴承盖螺钉分布圆直径 D1=D+2。5d3 D1 1=47mm (D为轴承孔直径) D12:57mm 轴承座凸起部分端面直径 D2=D1+2(5d3 D21=62mm D22=72mm 大齿顶圆与箱体内壁距离?1 ?1 >1(2 L0mm 齿轮端面与箱体内壁距离?2 ?2>δ 9 mm 两齿轮端面距离 A 4=20 20 mm df，d1，d2至外机壁距离 CI=I.2d+(5,8) Clf=20mm Cl l=16mm C12=14mm df，d1，d2至凸台边缘距离 C2 C2f=18mm C2 l=14mm C22=12mm 机壳上部(下部)凸缘宽度 K=C1+C2 Kl=38mm K2=26mm K2=26mm 轴承孔边缘到螺钉dl中心线距离 e=(1,1.2)d1 10.5mm 轴承座凸起部分宽度 L1~Clf+C2f+(3,5) 38 mm 吊环螺钉直径 dq=0(8df 12mm 3.2.9割台设计 遥控割草机的割台设计要求是能够适应小面积草坪各种品种草的修剪，在草 坪修剪高度范围内能实现有级调节，确保草坪修剪质量(衡量指标:平整度、割 桩的平滑度)，尽可能提高工作效率;减小修剪费用。割台部分的设计需与行走 部分和电器遥控很好的结合起来实现上述要求，其尺寸及重量要求尽可能小，为 了确保遥控割草机的动力性要求，所设计的割台部分质量不得超过25kg，同时 尽可能让装配好的遥控割草机的重心在遥控割草机的底盘面上的投影离运动中 [8]心近一些以确保遥控割草机具有较好的动力学性能。 6 目前草坪机械主要有两个基本类型:滚刀式修剪机和旋刀式修剪机，而滚刀 价格较高，且要求严格的保养，所以割台部分采用旋刀式设计，即以高速水平旋 转的刀片把草割下。所设计割草机构的刀片由汽油机驱动。围绕遥控割草机的设 计要求，经分析割台部分的设计主要包括:汽油机参数的确定、刀片有关参数的 确定、草坪修剪高度调节机构的设计等。 3.3.0 刀片有关参数的确定及驱动机参数的确定 对于采用单个刀片的割草机而言，其刀片的直径等于割幅，割幅指的是割草 机运行一次所能割掉的草坪宽度。刀片相关的参数为:刀片的直径Q(mm)、根 部刃口半径r(mm)(如图所示)以及刀片的位置;汽油机的主要参数为:汽油机的 转速n(r,min)与功率P(w)(( 3.3.1 割刀的运动分析 圆盘式割草机的割刀运动是刀盘的水平旋转与机器前进运动所合成的。刀片 某一点对地面的轨迹为余摆线(如图所示)，刀片刃线对地面所扫过的面积为余摆 带，其带宽与刃部长度相近似。刀片任意一点的位移可用方程式表示。设刀盘中 心为坐标原点O，水平向右为X轴，、垂直向上(机器前进方向)Y轴。令刀盘逆 时针转动，角速度为。则相临刀片各内、外端点的位移方程如下: (1)刀片内端a的位移方程。 Xa=7。eos(wz+β) Ya =k+rsin(wf+β) 式中 r=刀片内端半径; β刀片内外端点对盘的连线夹角; w…刀盘回转角速度: t…一刀盘转过时间: Vm…一机器前进速度 ,X,rcos(wt，,a)c Y,Vt，rsin(wt,a)cm 式中a---相临刀片夹角 X,rcos(wt,,)d Y,Vt，Rsin(wt)dm 7 图12 切割曼度分析 图13 刀片运动轨迹 Fig.12 Analysis ofme cutting speed Fig.13 Pqth of the razor’s movement 3.3.2 割刀的转速确定 刀片割草主要是利用其线速度，使刀片将草迅速、整齐地切断，因此，在刀 片的中间部位没有刀刃，割草部位主要是利用其半径外部的约1,3长度，割刀 半径和速度的确定与参与切割的刀片刃部的极限速度有关。因刀片内端圆周速度 最低，故应以该点为基准确定割刀应有的速度(如图所示)。 综前所述，割刀任一点速度均为刀片圆周速度与机器前进速度的合成，故a点速度为 [9]222 (6) Va,r，W，2Vrwcos(wt，,)，Vmm wt，,,,，2k,(k,0.1.2......n) 由上式可见，当时，Va最小。 V,rw,Vaminm 即 令 V,Vdmin V，Vdaw,r 30(V，V)amn,,3100r/min,r 式中n -----刀盘转速: V -----刀片应有的切割速度; d V-----机器前进速度，Vm?3.6km/h m r-----刀片内端半径，r?0.35m 根据研究资料，茎秆无支撑切割时，刀片根部刃口处最低极限速度30 m,s，由于旋转式割草机的刀片都是销连在刀盘上，为了使刀片工作稳定，切割速度应大于最低极限速度，一般为40—90 m,s，为了刀盘工作转速不至于过高，现取 8 V=40 m,s。 3.3.3 刀片数的确定 圆盘式切割器的切豁图是由多条余摆带所形成的，其带宽近似为刀片长度 h，刀片数是根据割刀进距H(圆盘转一周时机器前进距离)与在一个进距中各刀 [10]片余摆带的纵向宽度之和mh相等而定。 由于H=mh H=Vm60,n 则m=60Vm,hn 式中 vm----机器前进速度，vm?3(6km,h h----余摆线纵宽(刀片工作刃线长度:0.058m) n----割刀转速，n=3100r,min m---- (60×3.6)(0.035×3100) 由上式计算，再考虑到割刀平衡问题，刀片的数量确定为1片。 3.3.4 割刀的技术数据 割刀直径 Q=350mm 割刀最小转速 n=3100r,min 割刀数量 1片 割刀刃口长度 L=58m 吞吐量 0.35平方米 割草刀片材料选用45#钢，刀片厚度为4mm，并在其上面喷焊0.3mm厚的Ni60 (36kg，如图14所示。 合金粉末，最后刀片的质量为0 装配、调整刀具时，保持两端力矩平衡，以减少振动和噪声。刀片的形式对于割草机性能有重要的影响，固结式刀片结构简单，制造容易，但草坪表面必须清洁无杂物，否则刚性刀片会将石头等障碍物抛向操作者或周围。活络式刀片用铰接方式与刀盘连接，即刀片可绕铰接点任意转动，刀盘旋转时，在离心力作用下刀片甩开，当遇到障碍时刀片可绕铰接轴转动而让开障碍物。而且活络式刀片适用于各品种草。故在遥控割草机中，选用活络式刀片，如图所示。 刀片刃口平面的另一侧制成向上翘起的风扇翼片形，使刀片构成一混流式风机的叶轮，与台壳内腔的形状相配合，在剪草时形成轴向、径向和切向气流。轴 [11]向气流能将草株吸起直立，增强了草株的抗弯力，有利于切割。 9 图14 刀片 Fig.14 The razors 3.3.5 割草机割草部分驱动机的选择 割草机割草部分的驱动机一般选用单缸四行程或二行程小汽油机，功率多为3、8kw，四行程发动机虽然重量较二行程的大，但由于其工作稳定性高、噪声低、油耗小、排放的污染少，正逐步替代二行程发动机，已成为。旋刀式割草机的主要机型。四行程汽油机的转速一般为3000~4000r,min，发动机全部采用风冷。汽油机功率选择与割草机器人的前进速度以及割幅等有关。 割草机的功率P包括旋转切割器切割功率Pl和行走系统的行走功率P2即: P=F1+P2 旋转切割机在平坦的草地上的切割功率P1可用下式计算: VBLmP1,(kw) 102 式中 Vm一机器前进速度(m,s): B一机器割幅(m); Lo一切割每平方米面积的草所需要功率(Nm,m2) 经资料查得L0=1 50~300 m 机器前进速度Vm约为3.6km,h，割幅B=0(35m，Lo=270，计算得 P1=3(34kw 由以上电机计算功率可得P2=400W 因上式中未考虑传动功率和空转所需的功率。因此单圆盘旋转割草机最低所需总功率: P=p1+P2=3.74kw 经计算并结合整机性能后选型为本田HODA—GXVl60垂直轴通用汽油机该汽油机参数如表所示。 10 表6汽油机参数 Table 6 Parameter of petrol engine 产品编号 310001 品名 本田HODA—GXVl60垂直轴通 用汽油机 发动机型号 GXVl 60 发动机型式 单缸、四冲程、强制空气冷却 气缸直径(mm) 活塞行程(mm) 68 45 压缩比 8:1 点火方式 晶体管磁体点火(无触点) 起动方式 手拉反冲起动 排量(m1) 163 净重(kg) 15.5 尺寸.(长X宽x420X365X355 高) (mm) 标定功率 4(0KW(5(5PS),最大扭矩(kgm1.1,2,500 3600rp ,mm) (ps,rpm) 输出轴直径 24 安装尺寸(mm) 158×132 (mm) 3.4 遥控割草机车体设计 综合遥控割草机的工作特点和需求，遥控割草机车体需具有以下特点: (1)底盘距地平面高度约为30—90ram; (2)为了车轮能接触地表，车轮宽度尽可能要小; (3)作为原理样机，车体应拆卸方便，利于调试; (4)车体要有一定的刚度; (5)车体重量要轻; (6)内有高速旋转的电机，要留有空间散热。 根据上述特点，对遥控割草机车体进行设计。车体主要由硬质铝合金板件拼接而成，各板件依靠连接件与螺栓连接。采用该结构的特点是便于拆卸，结构简单，并且硬质铝合金强度适中，密度小，能满足设计的质量和刚度要求。结合所选电机的输出转矩，设计机器人车体的车轮直径为200mm，厚度为50ram，平面底盘，可满足底盘距地平面高度约为30—90mm的设计要求。另外在遥控割草机车轮内外两侧还铣出对称的深槽，用于增大摩擦，可确保机器人在地表稳定运行。 设计机器人总体尺寸长x宽x高为866mm x 842mm x 230ram，总重量M约为45Kg(包括电瓶重量)，割草机底盘距离地面高度为。70mm，驱动车轮直径为200mm，两驱动轮轮距。766mm。割草机从动轮直径为200mm，导向轮和两后 11 [15]驱轮之间的距离为598mm。 3.5 草坪修剪高度调节机构的设计 3.5.1修剪高度调节范围的确定 草坪的修剪高度H(cm)指的是修剪后草坪茎叶的高度。常见草坪的修剪高度范围如表所示。依据表中数据同时考虑到割草刀片的安全性，确定割草机器人的刀片高度调节范围为30mm~ 90mm。 表7 常见草坪草参考修剪高度 Table 7 The reference height of common 1awn 草坪草种 凉爽季节 高温逆境胁迫下 匍匐剪股颖 0.3—1.3 0.5—2.0 细弱剪股颖 0.76—2.0 1.3—2.0 绒毛剪股颖 0.5—2.0 1.3—2.0 草地早熟禾 3.8—5.7 5.7—7.6 普通早熟禾 3.8—5.5 5.7—7.6 多年生黑麦聋 3.8—5.1 5.1—7.6 一年生黑麦草 3.8—5.1 5.1—7.6 苇壮羊茅 4.4—7.6 6.4—8.9 羊茅 1.3—5.1 3.8—7.6 紫羊茅 3.5—6.3 3.8—7.6 硬羊茅 2.5—6.4 3.8—7.6 无芒雀麦 7.6—15.2 6.4—8.9 冰草 3.8—6.4 6.4—8.9 3.5.2 高度调节机构原理 现在四连杆式调节机构的设计多采用比对设计或试凑法，但未见有对其做出理论分析与论述的。本文针对这一问题，对四连杆调节机构的运动参数进行分析， [16]得出其相互间的数学模型。 四连杆式草坪割草机割茬高度调节机构如图所示。 调节机构的固定铰接支承点固定在机器罩壳上，可绕轴心转动，即图中的01、02两点。当扳动调节手柄时，后轮摆臂时，后轮摆臂R2、K2绕02转动，并通过活动铰接点B、A及连杆S带动前轮摆臂R1、K1绕01转动，从而使割草机前、后轮的轮心P1和P2相对地面同时有升起或和跟降落的趋势，带动机器罩壳上的固定支承点01和02随起降，达到高度调节的目的。 K1、K2、S及01与02的连线则构成四连杆调节机构。 3.5.3 调高机构的计算 不考虑地面约束时，理论上要求P1和P2两点的起、降高度应相等。但是若结构参数选择不当，会造成P1和P2两点间同时变化的高度差距较大，使 12 割刀旋转平面与地面产生倾斜，影响作业效率和质量。使割刀旋转平面与地面倾 [17]斜有前倾和后倾两种情况，前倾时前低后高(按机器前进方向)，后倾相反。 1(前轮2(前轮摆臂3(Ntq:4(传动轴及割刀5(发动机6(后轮摆臂 7(机器罩壳8(后轮 图15 四连杆草坪割草机割茬高度调节机构简图 Fig.15 Figure of the height regulating mechanism of four linkages 割刀旋转平面前倾时，产生的割茬横截面如图中所示，为一凹陷波浪状;后 倾时为凸起的波浪状后倾时为凸起的波浪状，如图中所示。 凸起或凹陷部位的最大高度差?h计算如下:?h=rsin θ (1)式中:r——割刀旋转平面半径; θ——割刀旋转平面与地面的倾角。 图16 ?h推导示意图 Fig.16 The reasoning figure?h 如图所示，分别以01、02两点为原点选择坐标系(X，Y)和l(X’,Y’)，则 13 ,X',Rcos(,a)p122 Y',,Rsin,a),p222 X',,ksinaB2 Y',,kcosaB2 将其转换为 (X，Y)系的坐标: ,X,m，Rcos(,a)p122 X,n,Rsin(,a),p222 X,m,ksinaB2 Y,n,kcosaB2 另: 222X，Y,KAA1 222(X,X)，(Y,Y),SBABA 将式(5)代入(6)求得: ,X,f(a,,R,R,K,K,S,m,n)A121212 Y,f(a,,R,R,K,K,S,m,n),A221212 因结果表达式很繁杂，故用函数符号表示。 1, 故A点与x轴的夹角 ,,ctgf/f12 则P1点的坐标为: 割草机前、后轮变化的高度差为: 1,,,H,Y,Y,n,Rsin(，ctgf/f)212112pp ,H,f(a,,,,,R,R,K,KS,m,n)121212 令: 由上面的数学推导可知，在给定的调节区间内，后轮的中心高度a[,a,a]12差，即函数是与调节机构的各几何尺寸相关的多元高次函数。因此，在调节区间内不可能使f为——常量，亦即割刀旋转平面始终区间内不可能使与地面平行是 [19]不可能的。在具体设计时，只能是选择合理的结构参数使f在区间[a1，a 2]内的[ f ]最大 值小于或等于给定的数值，将割刀旋转平面的倾角控制在允许的范围内。所以，四连 杆高度调节机构的设计是一个以给定的函数g(a,,,,,R,R,K,KS,m,n)121212为多维约束条件，a[,a,a]为因变量的多维约束优化设计计算问题 12 结合车体数值，用图测法添加约束，最后得出杆件尺寸:P0=330mm，11A0=120mm，AB=384mm，B0=120mm，0P=218mm l222 14 3(6扶手的人机工程学设计 为应对遥控割草机可能发生的二一切情况，如电子部分紊乱，缺少能源等故 障，作者给遥控割草机加上了扶手，主要用于远距离又无能源时的回程操作。 扶手一般采用轻质硬化塑料制成，为空心圆管形，外径约为20mm，内径约为 [18]10mm。遥控割草机正常工作时不安装。 为了使操作者在使用时处于舒适的状态和适宜的环境中，在设计中就必须充分考虑人体的尺度和人体在站姿下手操作的有利推行和操作方向。以环形把手为例，主要考虑把手的宽度B、高度H、把手的长度L和把手安装角度。环形把手的宽度B应考虑站姿双手推操作时，最有利、最不易疲劳的双手握宽，这个宽度按人机工程学的要求应该不超过人体的肩宽，我国正常成人男女肩宽和人体主要尺寸按GBl0000—88如表所示，把手的宽度应以不超过人体如按肩肩宽加手握把时的一只手握宽。因此，把手适宜宽度宽加上手握持的时候宽度设计，按成人男子P90百分位数应不超过500mm，按成人男子P50百分位数设计则应 [19]不超过475mm左右。 表8我国成年男女人体主要尺 (单位:mm) Fig(8 The main body Amen smg of adult male and female in China 性别分组 男(18—60岁) 女(18—55岁) 百 分 位 数 测5 10 50 90 95 5 10 50 90 95 量 项 目 身1583 1604 1678 1754 1766 1484 1503 1570 1640 1659 高 上289 294 313 333 338 262 276 284 303 308 臂 长 前408 414 433 452 453 383 388 405 423 428 臂 长 肩344 351 375 397 403 320 238 351 371 2787 宽 环形把手的高度H的设计应考虑站姿操作时手操作的有利工作区域。不易疲劳、比较省力的手推操作高度应不低于站姿时的肘高，而又不能高于肩的高度， 15 为使割草机的把手高度适合90,以上成人男女舒适地操作，把手高度H应不低于:90百合分位数成人男子肘高，而又不高于PlO百分数女子的肩高，由表可看出合适的H应为:1079m?H?1211mm。考虑把手较低有利于推力作用，因此，把手的高度不能调节，则其设计高度应在1100m左右。把手最舒适的位置应略高于肘高，因此，如果考虑不同身体的人都能在最舒适的状态下工作，则把手的高 环形把手长度和把手安装角度，应满足如下的设计要求: 把手高度H的要求，即h+Lsin a =H 其中，h为把手在机体上安装支点的高度。h可取450ram’500ram 脚与机器不干涉，即当人与割草机一起向向前进时，脚应不与割草机后面安装的车体传动部 [19]件后部相碰。 设人体上臂长度为Sl，前臂长度为S2，操作时上臂与人体轴线夹角为B，前臂与上臂的夹角为Y，人体轴线离把手的水平距离为: ( S,Stsin,，Ssin(r,,) 设人正常行走步距为一般B1(一般B1=O(40H1，H1为人的身高)。从表得 ’701(5mm。因此，行走到P90百分数男子和女子的身高，得到B1的范围656 时脚不与集草袋干涉的条件为: L(cosa+S)=1+B1+?l 其中，?l为行走时不产生干涉的余量，一般取100’150mm，1为把手支点到集草袋后部的距离。该尺寸与集草袋尺寸大小有关。手推操作时，最放松的手臂姿态范围一般为: 0000至 ,,30,Y,110,,45,Y,165 家用草坪机转弯时，一般需用手下压把手，使割草机绕后轮，与地的接触点上翘，并绕该点转动。设割草机工作重量为G重心离后轮支点距离为r，则转弯时把手上所需的下压力为: F=Cr,(L,COS Q+e) 过大则不适于女性经常性转弯操作，且易疲劳;而F过小割草机在正常行进过程中会由于颠簸而使前应在轮经常抬起，而影响机械寿命，所以比较理想的操作力F应在50N~120N之间。 本遥控割草机为重量为45kg，后轮直径为200mm。所以半径r的范围1 14—127cm，e可以取为100cm即可确定把手的长度由以上式。从图上可以看出常用割草机的把手的长度L可在1000—1200ram之间，倾角Q可在26—45之间。 根据以上资料，配合遥控割草机车体尺寸，确定了扶手尺寸。长度L1100mm， [20]倾角a为35度。 4 结论 通过这次毕业设计，我把以前没有用到的和以前比较凌乱的知识，得到了很好的、系统的整理。这让我学到了更多，也让我认识到自己的知识水平是多么的有限。由于知识水平的限制，使得该设计必然存在着许多的不足与缺陷，在以后 16 的工作中我会更加努力的学习专业知识，使自己能够在水利水电设计方面能够不断成长。通过这次毕业设计，我认识到了作为一名机械设计人员应该有着严谨科学的工作态度和对人民负责的重大责任感。这些都成为即将毕业参加工作的我一份宝贵的经验。 参考文献 [1] William L White The menace of the rotary lawn moved[J].The American Joumal of Surgery,1957,93(4):674-675-173 [2] Rob W. 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