電動(dòng)式路面除雪掃雪機(jī)的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔資料答辯稿說明書資料】

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論 。 關(guān) 鍵 詞 ： 除 雪 機(jī) ； 螺 旋 集 雪 ； 手 扶 目 錄 1 概述 ................................................................................................................................1 1.1 電動(dòng)路面除雪機(jī)設(shè)計(jì)的目的和意義 .....................................................................................1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ......................................................................................................................1 1.3 電動(dòng)路面除雪機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理 ..............................................................................................3 1.4 本章小結(jié) ..................................................................................................................................3 2 總體方案設(shè)計(jì) ................................................................................................................3 2.1 設(shè)計(jì)車體 .................................................................................................................................3 2.2 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì) .........................................................................................................................3 2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .........................................................................................................................3 2.4 本章小結(jié) .................................................................................................................................5 3 各系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................................................................................................5 3.1 電動(dòng)機(jī)的選用 .........................................................................................................................5 3.2 集雪器的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................5 3.3 拋雪器的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................6 3.4 拋雪器性能參數(shù)的分析計(jì)算 .................................................................................................8 3.5 機(jī)器性能參數(shù)計(jì)算 .................................................................................................................9 3.6 本章小結(jié) .................................................................................................................................9 4 校核 ................................................................................................................................9 4.1 鏈輪校核 ..................................................................................................................................9 4.2 鍵的校核 ................................................................................................................................12 4.3 軸承校核 ................................................................................................................................12 4.4 軸的校核 ................................................................................................................................13 總 結(jié) ...............................................................................................................................16 致 謝 ...............................................................................................................................17 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................................................................................18 工程概況 本設(shè)計(jì)針對(duì)大型設(shè)備清理占路面積大、影響交通，窄小街道、小區(qū)、機(jī)關(guān)大院、公園等小道 大面積場所清雪費(fèi)工費(fèi)力的情況，經(jīng)過實(shí)地調(diào)查咨詢及嚴(yán)格思考，進(jìn)行小型電動(dòng)路面除雪設(shè)備結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)。 該設(shè)計(jì)結(jié)合吉林大學(xué)、大連鐵道學(xué)院多功能除雪車科研項(xiàng)目、德國凱馳的揚(yáng)雪機(jī)圖片信息， 對(duì)離心揚(yáng)雪式清雪車的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行分析，得出相應(yīng)結(jié)論，在此基礎(chǔ)上揚(yáng)雪式清雪車進(jìn)行總體結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)分析、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用 Solid works 實(shí)體繪圖。 1 1 概述 1.1 電動(dòng)路面除雪機(jī)設(shè)計(jì)的目的和意義 （1）及時(shí)清除積雪的必要性 我國北方地區(qū)冬季較長，每年都會(huì)有較大降雪過程，部分地區(qū)還會(huì)形成雪災(zāi)，給社會(huì)生產(chǎn)生 活帶來很大影響，特別是近年來隨著國民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的快速展,高速公路和高等級(jí)公路里程與日俱 增，冬季道路積給人們出行帶來了諸多不便，尤其在大雪和雨夾雪天氣，大部分高速公路出于安 全考慮常采取限速行駛甚至不 得不關(guān)閉數(shù)天，嚴(yán)重影響交通并制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市道路的清雪 問題已經(jīng)越來越引起各級(jí)政府部門的關(guān)注和重視，我認(rèn)為如何快速高效清除道路積雪、保障道路 和社區(qū)群眾的正常出行、提高行車安全、行走方便成為目前冬季道路養(yǎng)護(hù)的主要問題。 所以，過多的降雪常常來不及得到及時(shí)有效的清除，給城市交通和人民生活帶來了許多不便。 因此，尋找一種既有較高效率，成本又比較低的清雪方法就成為當(dāng)務(wù)之急。 （2）主要除雪方法 目前清雪采用的主要方式有：傳統(tǒng)的人工清雪技術(shù)；在道路上撒施化學(xué)物質(zhì)融化冰雪； 靠各種清雪機(jī)械清除積雪。 人工清雪功效低、浪費(fèi)人力、作業(yè)成本高、占有路面時(shí)間長且必須在白天工作，不安全因素 多，易發(fā)生交通事故，給過往車輛、行人帶來極大不便。 融雪劑清雪是一種靠熱作用或撒布化學(xué)藥劑使冰雪融化的方法。主要用于冬季機(jī)場、公路、 廣場、停車場、鐵路、城市街道等，起到清雪及防凍作用，但同時(shí)也對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生了不可忽視 的危害，融雪劑所需費(fèi)用較高，易對(duì)道路和周圍環(huán)境造成污染，而且氣溫過低時(shí)將失去作用，也 不利于保護(hù)車輪胎，因此，這種方法的使用范圍受到一定影響。 清雪機(jī)械是通過機(jī)械對(duì)雪的直接作用進(jìn)行推掃或鏟除，主要分為犁式除雪機(jī)械和螺旋轉(zhuǎn)子機(jī) 械兩大類，二者之和占發(fā)達(dá)家清雪機(jī)械總數(shù)的 80%以上?，F(xiàn)今，傳統(tǒng)人工清雪法和污染較大的融 雪劑清雪法已經(jīng)不能滿足需要，迫切需要性能良好、自動(dòng)化程度較高以及方便靈活的機(jī)械來替代。 即雪后需要效率高、省時(shí)、省力的浮雪清除設(shè)備。用于清除浮雪的裝置主要為螺旋集雪裝置，一 般與高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)、拋雪筒聯(lián)合使用。雪被螺旋集雪裝置收集并通過風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)從拋雪筒拋 到路邊或者運(yùn)雪車上，節(jié)省了收集雪的時(shí)間，清雪效率很高。但目前我國螺旋集雪裝置的清雪效 率和發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距，需要深入研究并進(jìn)一步提高。本文研究的主要目的是通過對(duì)螺 旋集雪裝置結(jié)構(gòu)性能的研究，分析影響其集雪性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)一種小型手扶拋揚(yáng)式清雪車， 進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)螺旋集雪裝置快速高效的清雪作業(yè)，用于單位、家庭或社區(qū)道路、庭院積 雪的清除，從而減少因積雪引起的經(jīng)濟(jì)損失和安全問題。通過本題目設(shè)計(jì)，也能夠進(jìn)一步理解 機(jī)械設(shè)計(jì) 、 內(nèi)燃機(jī)原理 、 工程機(jī)械等專業(yè)課程知識(shí)，掌握專用機(jī)械設(shè)計(jì)的原理和方法。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在我國大多數(shù)公路在冬季受到降雪的影響，大部分公路一年的降雪期能達(dá)到十多天，東北、 2 西北的一些地區(qū)，其降雪期甚至能達(dá)到 3 到 4 個(gè)月，積雪厚度能達(dá)到幾百毫米。我國除雪機(jī)械正 在向小型化、高速度的方向發(fā)展。在除雪作業(yè)中，除雪機(jī)機(jī)身的大小及除雪速度是影響交通的兩 個(gè)重要因素，車身過大和行駛速度過低，除雪機(jī)都會(huì)占道影響交通。 目前國內(nèi)公路管理部門雖然在一定程度上改善了除雪方式，從原始人工除雪方式到機(jī)械除雪 方式，除雪效果和除雪效率得到加強(qiáng)，但是除雪設(shè)備老舊，技術(shù)落后，有的甚至是臨時(shí)改裝的除 雪設(shè)備，因此除雪效果和除雪效率也并不是很理想。在高速公路上，人工除冰雪功效低、浪費(fèi)人 力、作業(yè)成本高、占有路面時(shí)間長,且不安全因素多,易發(fā)生交通事故,不能適應(yīng)高速公路清除冰雪 的要求。因此現(xiàn)在一些公路管理部門的除雪設(shè)備已經(jīng)無法滿足要求。除雪設(shè)備急需改善。國內(nèi)的 除雪車研究起步較歐美發(fā)達(dá)國家晚，是從改革開放以后才慢慢開始的?，F(xiàn)在各個(gè)公路開始使用專 用的除雪車進(jìn)行除雪，除雪效果和除雪效率令人滿意。但相比于歐美發(fā)達(dá)國家而言，我國的除雪 車的種類和數(shù)量偏少，除雪車沒有形成完整系列，同時(shí)除雪車的技術(shù)水平也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后發(fā)達(dá)國家。 近幾年來，一部分公路管理部門開始慢慢引進(jìn)國外先進(jìn)的除雪車，雖然在一定程度上保障了道路 的通暢，但是除雪車有較強(qiáng)的地域性，國外的除雪車也是根據(jù)國外的環(huán)境氣候、路面狀況、社會(huì) 經(jīng)濟(jì)等方面來設(shè)計(jì)的，因此除雪的綜合經(jīng)濟(jì)效益不是很理想。 同時(shí)國外的先進(jìn)除雪車價(jià)格昂貴，這也無形之中增加了除雪成本。因此迫切需要開發(fā)出符合 我國地域特性的除雪車。我國除雪車在制造工藝、技術(shù)、智能化等方面與歐美發(fā)達(dá)國家相比，還 有一定的差距。目前國內(nèi)很多公路管理部門直接引進(jìn)國外先進(jìn)的除雪車，比如引進(jìn)一輛德國產(chǎn)的 Jetbroom 除雪車要 60 萬歐元，其價(jià)格昂貴，且使用成本和維護(hù)成本也偏高，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了除 雪預(yù)算成本。因此開發(fā)出符合我國地域特性的先進(jìn)除雪車成為必需。 在國外除雪車技術(shù)較國內(nèi)成熟，種類、規(guī)格都很齊全，除雪車能形成一個(gè)完整系列。除雪時(shí)， 能根據(jù)實(shí)際的路面情況，選擇相應(yīng)的除雪車，除雪效果很好，在一定程度上推動(dòng)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā) 展，創(chuàng)造了較大的社會(huì)效益。目前除雪主要以機(jī)械除雪為主過一些車輛底盤改裝而成的，拆卸和 安裝都很方便，能達(dá)到“即裝即用”的效果，不僅實(shí)現(xiàn)了車輛的多用途，而且還提高了車輛的經(jīng) 濟(jì)性。美國的公路一般采用美國 S內(nèi) 部 有 加 強(qiáng) 肋 板 。 總 機(jī) 長 約 1820mm， 寬 約 820mm， 高 約 1150mm， 重 約 102kg， 輪 子 直 徑 選 為 300mm， 可 見 方 案 2 具 有 方 案 1 優(yōu) 越 的 除 雪 性 能 ， 還 具 備 輕 便 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 的 確 優(yōu) 于 方 案 1。 （2） 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 選 用 第 三 方 案 ， 由 于 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 960r/min， 車 由 人 推 動(dòng) ， 基 于 人 行 走 速 度 限 制 ， 而 通 常 帶 傳 動(dòng) 傳 動(dòng) 比 要 求 不 得 大 于 7， 通 常 選 擇 3 到 4 越 小 越 好 ， 齒 輪 傳 動(dòng) 傳 動(dòng) 比 范 圍 同 帶 傳 動(dòng) ， 這 樣 總 體 就 要 降 速 ， 傳 動(dòng) 比 達(dá) 到 50 左 右 。 帶 傳 動(dòng) 的 參 數(shù) 設(shè) 計(jì) 見 表 2-1、 表 2-2 表 2-1 帶 傳 動(dòng) 尺 寸 參 數(shù) 帶型 普通 A 型帶 彈性滑動(dòng)率 直徑 軸間距 帶速 V 額定功率 p1 帶根數(shù) z 80mm A=476.5mm V=8.37m/s 1.01kw 5 大帶輪基準(zhǔn)直徑 基準(zhǔn)長度 小帶輪包角 a 額定功率增量 單根帶的預(yù)緊力 F0 )1(2ddi 1318mm 169.46 0.24kw 99.66N 表 2-2 帶 傳 動(dòng) 的 參 數(shù) 帶 型 普 通 V 帶 設(shè) 計(jì) 功 率 5.5KW 傳 動(dòng) 比 i 帶 基 準(zhǔn) 長 度 帶 速 小 帶 輪 包 角 帶 的 根 數(shù) 單 根 V 帶 預(yù) 緊 力 2 1180mm V=8.37m/s a=169.46 Z=6 F0=107.85N 小 帶 輪 基 準(zhǔn) 直 徑 大 帶 輪 基 準(zhǔn) 直 徑 單 根 帶 輪 傳 遞 功 率 額 定 功 率 增 量 帶 輪 基 準(zhǔn) 寬 度 80 156.8 P=1.01kw p=0.24 B=11.0 5 鏈傳動(dòng) 2 的設(shè)計(jì)過程與鏈傳動(dòng) 1 相同，傳動(dòng)比 i=4，截距 P=9.525，型號(hào) 06B，大鏈輪分度圓 直徑 d2=254.74mm，齒頂圓直徑 da2=260mm，齒根圓直徑 df2=248.39；小鏈輪分度圓直徑 d1=63.92mm，齒頂圓直徑 da1=68，齒根圓直徑 df1=57.57mm。 考慮到緩沖、減震、過載保護(hù)、原動(dòng)機(jī)等對(duì)傳動(dòng)裝置的要求，采用單排滾子鏈(鏈號(hào)為 O6B) 傳動(dòng)和帶( 普通 v 帶 A 型)傳動(dòng)。在有轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)的機(jī)型中，因?yàn)槎嗔宿D(zhuǎn)子傳動(dòng)裝置比較復(fù)雜，設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)考慮到集雪器和拋雪器相互牽制，必要時(shí)可設(shè)計(jì)圓錐減速器或蝸輪蝸桿以滿足傳動(dòng)的要求。 應(yīng)該注意的是，設(shè)計(jì)時(shí)要合理安排傳動(dòng)路線，考慮調(diào)整重心的位置，盡量使重心位于輪子略前方 附近。汽油機(jī)應(yīng)置于整機(jī)中央位置，通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)集雪螺旋和拋雪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。 2.4 本章小結(jié) 本章主要研究制定了小型電動(dòng)路面機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案, 在此基礎(chǔ)上對(duì)清雪機(jī)的車體、動(dòng)力系 統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并得出結(jié)論。 3 各系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 電動(dòng)機(jī)的選用 考慮到本機(jī)對(duì)動(dòng)力源的要求，這里采用型號(hào) 1.1-6 三相異步電動(dòng)機(jī)。 3.2 集雪器的設(shè)計(jì) (1)集雪器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 集雪器亦配置在整機(jī)前方，左右對(duì)稱旋向相反，是對(duì)路面積雪的切削元件和將積雪向中央集 攏的傳送工具，使雪從集雪器中部流入拋雪轉(zhuǎn)子。它由三部分組成:雙向螺旋軸(集雪螺旋)、軸承 結(jié)構(gòu)、擋板及推雪板等。雙向螺旋軸是一根安裝兩段反向螺旋的軸，安裝在擋板中形成半封閉， 由原動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)。螺旋軸的結(jié)構(gòu)見圖 3-2。 圖 3-1 不 帶 葉 輪 的 螺 旋 軸 螺旋集雪器的工作原理是，雪在螺旋葉片推力作用下受擠壓到一定程度，當(dāng)集雪螺旋旋轉(zhuǎn)時(shí)， 在雪層上切割出一條雪帶，并沿軸向移動(dòng)至轉(zhuǎn)子前方。螺旋集雪器的帶式刀片一般雙向?qū)ΨQ式， 在螺旋中部留有一定空間，以減小雪流入轉(zhuǎn)子時(shí)的阻力。在無轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機(jī)型中，集雪螺旋集切 雪、集雪、拋雪三大功能于一體，因此多采用圖 3-3 結(jié)構(gòu) ;在有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機(jī)型中，集雪螺旋只完 成切雪、集雪功能，由拋雪轉(zhuǎn)子完成拋雪功能，故多采用圖 3-1 結(jié)構(gòu)。 6 jN = ZVdZVnghg10cosin+l rnVhgS260si （ 3-1） 其中 L 為螺旋沿軸向長度，60V/n 考慮清雪機(jī)自行速度時(shí)雪進(jìn)入集雪器每秒轉(zhuǎn)過的弧長，V 清雪機(jī)自行速度（m/s）,n 螺旋軸轉(zhuǎn)數(shù)。經(jīng)螺旋軸推移并擠壓的雪，將對(duì)螺旋葉片產(chǎn)生阻力。實(shí)際 計(jì)算時(shí)，可設(shè)雪對(duì)單位面積上的壓力與雪的變形阻力 f 相平衡。并假設(shè)雪為連續(xù)流體媒介，各方 向變化速度相同且均勻。則除雪生產(chǎn)率 Q= lhV。那么集雪器所耗功率為 fQnDssi60cosin1N2j （ 3-2） 公式中 D 為螺旋直徑，其它符號(hào)如前所述。 注:雪的變形阻力 f(即雪的抗壓強(qiáng)度)可由實(shí)驗(yàn)求出，它和積雪的密度和抗壓強(qiáng)度有關(guān)。 為增加集雪能力，同時(shí)也為了加工更加方便，集雪螺旋軸采用一條薄鋼板焊在軸上。除雪寬 度要求不小于 500 毫米，這里可取 600 毫米左右;螺旋最大直徑通常約為它的一半左右; 在整個(gè)除雪 寬度上應(yīng)至少存在一個(gè)螺距; 由螺旋直徑和螺距可確定螺旋角的值(確定后可觀察螺旋角的值是否合 理，如不合理可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整螺旋直徑和螺距的值，直到合理為止)。除此之外，集雪螺旋的轉(zhuǎn)速 N 必須滿足生產(chǎn)率的要求，換言之巧必須滿足 n4x60lhV 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算后， n 要求大于 152.6r/n。 總之，集雪螺旋轉(zhuǎn)數(shù)越大，集雪能力越強(qiáng)，但轉(zhuǎn)速也不宜過大，所以綜合結(jié)構(gòu)、功率、集雪能力 等方面的要求適當(dāng)選取 n 的值。根據(jù)結(jié)構(gòu)選取螺旋，螺距為 500 毫米，軸徑為 30 毫米，鋼板寬 50 毫米，厚 5 毫米，以及其它參數(shù)的值。 如圖 3-2 所示，集雪器的擋板底部安有支撐板，以防集雪螺旋劃傷地面及保護(hù)集雪螺旋免受 車體重的壓力。 圖 3-2 帶 支 撐 板 的 集 雪 機(jī) 構(gòu) 3.3 拋雪器的設(shè)計(jì) 無轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)拋雪器的設(shè)計(jì)，小型機(jī)型通常沒有轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)，拋雪器只起對(duì)雪的導(dǎo)向作用，此時(shí) 7 拋雪器簡稱為拋雪筒。如圖 3-3 所示，為減小雪在其中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，拋雪筒的直筒部分與集雪 器的上擋板制成一個(gè)零件，連接處以圓角光滑過渡，且材料選用高光潔度、高韌性的玻璃鋼。拋 雪筒處于集雪器中部，方向應(yīng)與擋板的半封閉圓筒相切，這個(gè)方向雪可以得到充分的初速度后從 此拋出。拋雪筒軸線應(yīng)處于集雪螺旋軸螺旋面中部，這樣雪在離開集雪器進(jìn)入拋雪筒時(shí)可少受阻 力。為提高拋雪距離，拋雪筒出口處有橢圓狀的光滑開口以保證雪在離開拋雪筒轉(zhuǎn)彎時(shí)少受阻力。 根據(jù)力學(xué)原理，相同的初速度只有在 45 度斜上拋時(shí)拋的距離最遠(yuǎn)，故揚(yáng)雪角取 45 度最合理。速 度只有在 45 度斜上拋時(shí)拋的距離最遠(yuǎn)，故揚(yáng)雪角取 45 度最合理。 工作原理：如圖 3-3 所示工作時(shí)，雪隨著機(jī)體的前進(jìn)和集雪器的自身旋轉(zhuǎn)被粉碎并從左右向 中間集中，加上車體向前運(yùn)動(dòng)是雪迅速到達(dá)拋雪口時(shí)便被拋出。 圖 3-3 擋 雪 板 -拋 雪 器 圖 3-4 拋 雪 轉(zhuǎn) 子 計(jì) 算 簡 圖 拋雪轉(zhuǎn)子的計(jì)算見圖 3-4，主要參數(shù)有葉片卸載角、葉片外徑 R、和工作長度、轉(zhuǎn)子拋雪生產(chǎn) 能力和最大拋雪距離。轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)表面上的雪拋出速度，等于葉片頂部的圓周速度。其它雪塊沿 徑向移動(dòng)，從轉(zhuǎn)子拋出的絕對(duì)速度等于其出口時(shí)的徑向速度和葉片頂部的圓周速度的矢量和。 8 轉(zhuǎn)子卸載角然 x，指從葉片頂端開始拋雪到兩葉片間存雪完全拋完(即雪塊從 A 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 A 點(diǎn)時(shí)間內(nèi)，葉片轉(zhuǎn)過的角度。按雪塊為無粘合力的散狀小顆粒的最有利輸送條件，來確定 x marctn142m）（ （ 3-3） 3.4 拋雪器性能參數(shù)的分析計(jì)算 （1）無轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)拋雪器的參數(shù)分析計(jì)算 雪由集雪器進(jìn)入拋雪筒時(shí)的速度，雪的圓周速度可近似地認(rèn)為是雪進(jìn)入拋雪筒時(shí)的速度。 tgnSt60260nDVoy （3-4 ） 可見 V oy與 ，n, S 有關(guān)。 （2）雪離開拋雪筒時(shí)的速度 雪塊以速度心脫離集雪螺旋經(jīng)過拋雪器出口時(shí)的速度為 u0，則 21020)(ugHVoy （3-5 ） 公式中， H。為拋雪筒出口到集雪器中心軸的垂直距離， 為雪經(jīng)過拋時(shí)因與筒壁摩擦和沖 擊而產(chǎn)生的能量損失系數(shù)。 雪屬于輕飄物，在計(jì)算時(shí)，最大拋雪距離是指排除風(fēng)力的影響。經(jīng)轉(zhuǎn)子拋出的雪由于受到機(jī) 械對(duì)其的加密作用，呈團(tuán)狀或顆粒狀。在空氣流體中運(yùn)動(dòng)，因速度不是很快，運(yùn)動(dòng)阻力可以認(rèn)為 主要是流體粘滯性引起且阻力的量值和速度的一次方呈正比，設(shè)阻力 F=m.g.c.u，c 為阻力系數(shù)。 以拋雪筒出口為原點(diǎn)，采用直角坐標(biāo)。在 X、Y 、Z 坐標(biāo)中，按牛頓定律： （3-6 ）gcteu1cosx0 （3-7 ）tcygcin20 以拋雪筒出口時(shí)計(jì)，當(dāng) t=0， ， 。 ， 其中 為拋雪筒揚(yáng)雪0 x0u0ossin 角，則公式的解為 。o45 公式中 e 為自然對(duì)數(shù)底。系數(shù) c 的取值由實(shí)驗(yàn)確定。但一般在無大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)情況下，將清 雪機(jī)處理后的雪團(tuán)和顆粒認(rèn)為是類球體，而按斯托克斯阻力定律來計(jì)算，即球體在粘滯流體以一 定速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受到的阻力 f 是：f=6au 式中 a 為雪塊半徑； 為空氣粘滯系數(shù)。 的數(shù)值系空氣的內(nèi)在屬性。在零度以下時(shí)，可取 值為 0.00016 泊。 設(shè) F=f，即 m=6au，解之有: c=4.5 21ar ，顯然 cg 值較小。因而可將公式展成級(jí)數(shù)，有 下列近似關(guān)系： 9 （3-8 ） 200cos21costgutux （3-9 ） sin31insin0200 ugttty 令公式中的 y= 0，并將式中第三項(xiàng)略去，解得到達(dá)地面時(shí)間是： （3-10 ）gutsi20 t 帶入 x 的表達(dá)式，求出最大拋雪距離為： （3-11 ）cuxsin1sin0 20ma 空氣對(duì)雪塊運(yùn)動(dòng)有較大阻力，使實(shí)際拋雪距離大大小于理論值。實(shí)踐證明，轉(zhuǎn)子的圓周速度 越高，這一差異越大。順風(fēng)拋雪可以提高拋雪距離，當(dāng)風(fēng)速不大時(shí)，也可逆風(fēng)拋雪。由文獻(xiàn)可知: 考慮到風(fēng)速對(duì)拋雪距離的影響，可采用經(jīng)驗(yàn)公式 單位 m 計(jì)算有風(fēng)時(shí)的拋雪距VfxX1.0ma 離 X。式中: 無風(fēng)時(shí)的拋雪距離單位 m，稱風(fēng)速單位 m/s。max 3.5 機(jī)器性能參數(shù)計(jì)算 消耗功率的計(jì)算 拋雪器消耗的功率 由公式知： （3-12 ）ffRVrQN11cos 帶入數(shù)據(jù): =1.54kwfN 由公式 （3-13 ）fwfsN41 帶入數(shù)據(jù)： kwNs601.3 （2）性能分析 機(jī)器的除雪生產(chǎn)率是 。由 即生產(chǎn)率等于雪層厚度。sm/24.3-vhQ1 3.6 本章小結(jié) （1）本章主要研究制定了小型手扶式清雪車的各系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 （2）在此基礎(chǔ)上對(duì)清雪車的幾個(gè)主要部件(如集雪器、拋雪器等) 的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵性能參數(shù)進(jìn)行 分析，確定主體設(shè)計(jì)方向。 （3）經(jīng)過實(shí)地考察和設(shè)計(jì)計(jì)算，最終確定車體尺寸 。mm158201 10 4 校核 4.1 鏈輪校核 軸 上 的 鏈 輪 校 核 ， 輪 的 輸 入 功 率 是 2.88KW， 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 速 ， 齒 輪 材 料 為min/120rn 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 241HB286HB，平均取為 260HB。Z1=78，Z2= 78,b=20，m=2.5 =195mm1d 接觸疲勞極限：由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)第 12 章得知 MPalH1502im 精度等級(jí)選取 6 級(jí)精度 使用系數(shù) KA：由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)表 12.9 得 KA=1.5 動(dòng)轉(zhuǎn)系數(shù) KV：由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)圖 12.9 得 KV=1.2 齒間載荷分配系數(shù) HaK （4-1 ）79.182.3812.3-8121 Z （4-2 ）6.079.4a 由此得： 221.3.8HKZ 齒向載荷分布系數(shù) H231()0HbABCbd （4-3 ） =1.17+0.160.12+0.6110-320 =1.17 A=1.17， B=0.16，C=0.61 載荷系數(shù) K： AVHKK (4-4) =1.51.21.361.17 =2.86 彈性系數(shù) ：EZMPa8.19 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH：由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 4 圖 12.16 ZH=2.2 接觸最小安全系數(shù) ：由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)4表 12.14 =1.05limHS limHS 總工作時(shí)間： =530080.5=6000hht 11 預(yù)期使用壽命為 10 年，每年 300 天，單班制，工作時(shí)間占 50%。 應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)表 12.151N 估計(jì) 107 107 則指數(shù) m=8.78 （ 4-5）7max1121 109.560 ninihivll TtrN 原 估 計(jì) 應(yīng) 力 循 環(huán) 次 數(shù) 正 確 。 接 觸 壽 命 系 數(shù) ZN 由 機(jī) 械 零 件 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 圖 12.18 ZN1=ZN2=1.18lim1270. 95HH MPaS (4-6) 許 用 接 觸 應(yīng) 力 ： 驗(yàn) 算 ： 12HEKTuZbd (4-7) =223.42MPa =798MPaH 被 校 核 輪 安 全 。 重 合 度 系 數(shù) ： ： 0.5.2Y (4-8) Y .7.19 =0.66 齒 間 載 荷 分 配 系 數(shù) ： 由 機(jī) 械 零 件 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 表 12.10 知FK.5.FKY (4-9) 齒 間 載 荷 分 布 系 數(shù) ： F 查 機(jī) 械 零 件 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 圖 12.14 得 =1.4F 載 荷 系 數(shù) K： AVFKK (4-10) =1.51.21.511.4 =3.80 齒形系數(shù) ：查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)12.21， =2.8。FYFY 應(yīng)力修正系數(shù) Ysa1：查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 12.22 ，Ysa1=1.56 ，Ysa2=1.72。 12 彎曲疲勞極限：由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)圖 12.23c ， =600MPa。mFli 彎曲最小安全系數(shù) 由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)表 12.14 =1.25。limFS liS 應(yīng) 力 循 環(huán) 次 數(shù) N1 由 機(jī) 械 零 件 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 表 12.15 估 計(jì) ， 3106 N1 1010 則 指 數(shù) m=49.91 49.121max60()nihllihiTtrt (4-11) 49. .49.1608205203) = 6.91107 原 估 計(jì) 應(yīng) 力 循 環(huán) 正 確 軸 承 壽 命 系 數(shù) YN： 由 機(jī) 械 零 件 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 圖 12.24 ， YN1=0.95， YN2=0.97。 尺 寸 系 數(shù) YX： 由 機(jī) 械 零 件 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 圖 12.25， YX=1.0 許 用 彎 曲 應(yīng) 力 ：Flim112n7.95 3NFFHMPaS (4-12) 驗(yàn) 算 ： 112aSKTYbd 3.802.8560.95 = 4139MPFP 傳 動(dòng) 無 嚴(yán) 重 過 載 ， 故 不 作 靜 強(qiáng) 度 校 核 。 4.2 鍵的校核 車 輪 軸 上 帶 動(dòng) 車 輪 的 普 通 平 鍵 。 軸 徑 40mm， 傳 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 為 1.87910 6Nmm， 整 個(gè) 車 輪 的 寬 度 B50mm， 載 荷 穩(wěn) 定 。 (1)選 擇 鍵 的 類 型 ： 選 A 型 普 通 平 鍵 (2)確 定 鍵 的 尺 寸 ： 查 的 可 選 鍵 的 尺 寸 為 34lhb (3)擠 壓 強(qiáng) 度 ： 取 ， 則 工 件 表 面 的 擠 壓 應(yīng) 力 為2hk （ 4-13） 8.1920dkiTp ， 所 以 此 處 用 鍵 連 接 可 以 滿 足 強(qiáng) 度 要 求 。MPap018.19 4.3 軸承校核 選用軸承代號(hào)如軸承參數(shù)下表 5-1：選縱向絲杠左側(cè)深溝球軸承 6004 進(jìn)行校核，軸徑 d=25， 軸承預(yù)期使用壽命 ，可靠度為 50%。脂潤滑。hLh50 13tancos 211atrFdTt 校 核 步 驟 ： （ 4-14） 04.1250rCF 查 機(jī) 械 零 件 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 第 18 章 表 18.7 得 e=0.081 =0.18e （ 4-15）0r 表 5-1 軸 承 參 數(shù) X， Y 沖 擊 載 荷 ， 據(jù) 機(jī) 械 零 件 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 查 表 132 可 得 ： X=0.50， Y=2.0 系 數(shù) 由 機(jī) 械 零 件 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 查 表 13-3 可 得df .df 當(dāng) 量 動(dòng) 載 荷 （ 4-16） NyFxfPrd275.4208.5.0 計(jì) 算 額 定 動(dòng) 載 荷 （ 4-17）nLPChr296103 基 本 額 定 動(dòng) 載 荷 。Crr 29611720 則 選 用 該 軸 承 可 以 滿 足 壽 命 要 求 。 4.4 軸的校核 軸上的功率為 P=2.88kw，轉(zhuǎn)速 n=1200r/min 轉(zhuǎn)矩 2.8950950901PTNm （4-18 ） (1)求垂直面的支承反力 (4-19) 軸承代號(hào) 基本尺寸 mm 基本額定負(fù)載 KW 極限轉(zhuǎn)速 r/min 6004 6000 d D B 20 42 12 10 26 8 C Cr 9.38 5.02 4.58 1.98 脂潤滑 油潤滑 15000 19000 20000 28000 14 (4-20) (4-21) (4-22)NLFrv02.391 (4-23)r52 (2)求水平面的支承反力（圖 c） (4-24)FtH46.1221 (3)繪垂直面的彎矩圖（圖 b） (4-25)mNLMav5.83 (4-26)Fvd4.6021 (4)繪水平面的彎矩圖（圖 c） (4-27)mNLHa5.931 求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（圖 f） (4-29)dFTt 6.021 求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩 (4-30)6.01a (4-31)8.49.6.0T (7)從圖可見，a-a 截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為 (4-32)07.262Ma 計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑 軸材料為 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 141 查得 ，由表 143 查的許用彎曲應(yīng)PaB5 力 ，則MPab51- （4-33 ） mdb31.03 考慮到鍵槽對(duì)軸的削弱，將 d 值加大 5，故取 d=50 mm 軸徑，合適，安全。 15 圖 5.1 軸 圖 5.2 彎矩扭矩圖 16 總 結(jié) 本次設(shè)計(jì)總計(jì)大該有零件 20 個(gè)左右，經(jīng)過這兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐，使我對(duì)專業(yè)知識(shí)有了更 深層次的理解，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)有了更深的鞏固，對(duì) WORD、 SOLIDWORKS、CAD 軟件有了進(jìn)一步 了解和熟練應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)針對(duì)國內(nèi)除雪的特點(diǎn)，在分析國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，提出一種小 型手扶式清雪車的工作原理。針對(duì)在具體了解與實(shí)際觀察中發(fā)現(xiàn)的不足，如拋雪筒口徑太小、車 體輪子直徑小行走困難等，設(shè)計(jì)帶有帶式集雪螺旋兩種機(jī)型的總體設(shè)計(jì)和尺寸確定。采用工程軟 件 Auto-CAD，繪制了小型手扶式清雪車二維工程圖。通過對(duì)小型手扶式清雪車的進(jìn)一步研究， 為以后生產(chǎn)出適合中國國情的清雪機(jī)奠定基礎(chǔ)。 總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)將會(huì)如期完成，并能達(dá)到預(yù)期效果。利用畢業(yè)前的這段時(shí)間充分學(xué)習(xí)鞏 固專業(yè)知識(shí)，與老師溝通，與同學(xué)交流，順利完成本科畢業(yè)設(shè)計(jì)。 17 致 謝 值此畢業(yè)論文定稿之際，不由感慨萬千，雖只是寥寥數(shù)萬字，但卻傾注了許多人的操勞與心 血。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師周嶺，正是她在論文選題、課題研究及論文撰寫過程中，給予的 細(xì)心指導(dǎo)與點(diǎn)撥，才有了我今天的成績。周老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏銳的科研洞察 力、豁達(dá)的性格都給了我深深的影響，我將永遠(yuǎn)銘記在心并受益終身，能成為周老師的學(xué)生，也 將是我一生的榮幸。感謝我的導(dǎo)師，在繪圖期間及答辯準(zhǔn)備階段給予的無私幫助和長期的指導(dǎo)， 她兢兢業(yè)業(yè)的工作精神、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度、以誠待人的品格令我十分敬佩。 同時(shí)，還要感謝教育和幫助過我的各位老師們，正是你們的辛勤工作，才使我在基礎(chǔ)知識(shí)和 畫圖能力方面有了長足的進(jìn)步。在即將畢業(yè)之時(shí)，請(qǐng)?jiān)试S我獻(xiàn)上對(duì)各位老師最誠摯的感激和謝意! 沒有他們默默的支持和幫助，我無法在有限的時(shí)間內(nèi)完成畢設(shè)計(jì)的研究和畢業(yè)論文的撰寫工作。 在此，向他們表達(dá)我深深的謝意! 感謝在百忙中閱讀和評(píng)審本文的各位老師。 18 參 考 文 獻(xiàn) 1李 靜. 新型組合式滾刷除雪機(jī)研究與設(shè)計(jì)D.長安大學(xué),2013. 2楊 陽. 除雪機(jī)組合除雪裝置的設(shè)計(jì)D.東北石油大學(xué),2012. 3劉繼德. 多功能清雪車清雪裝置研究D.吉林大學(xué),2008. 4楊有為.軍用機(jī)場除雪車工作裝置設(shè)計(jì)方案研究D.哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士畢業(yè)論文.2010.7 5郭榮春，周進(jìn).除雪機(jī)械的現(xiàn)狀和發(fā)展方向分析J. 山東交通科技 .2010 (6):61-63. 6胡天明.俄羅斯清雪車的性能分析與探討J. 交通科技與經(jīng)濟(jì) .2008 (2):66-67. 7王 振.國內(nèi)除雪除冰機(jī)械現(xiàn)狀自議J. 工程機(jī)械.2002(7): 46-47 8郭子儀，羅茂盛，范振華.道路除雪化冰技術(shù)研究J. 交通科技 .2011 (5):71-73. 9吳春篤等.大功率微波快速除雪車的研制J. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程 .2008 (11):8-10. 10汪小平.淺析機(jī)械制造技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展J. 中國科技博覽 .2011 (32).619-620. 11張啟君，夏磐夫.國內(nèi)外除雪機(jī)械的探討J. 筑路機(jī)械與施工機(jī)械化 ,2005 (11):1-5 12蔡春源.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版上）M. 冶金工業(yè)出版社 .1994 年 4 月. 13王少懷.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（中冊(cè)）M. 電子工業(yè)出版社 .2006 年 8 月. 14邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版）M. 北京.高等教育出版社 .2007 年 12 月. 15王少懷.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（下冊(cè)）M. 電子工業(yè)出版社 .2006 年 8 月.