溫室大棚自動除雪機器人設計【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計+含SW三維3D建模及8張CAD圖紙+帶開題報告+文獻綜述+答辯ppt+外文翻譯+27頁加正文1.05萬字】-jxsj17
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摘 要
本文首先介紹溫室大棚除雪的意義，背景以及現(xiàn)狀與未來的趨勢。通過分析市面上已經(jīng)出現(xiàn)的除雪方式的優(yōu)缺點，得出我所設計的溫室大棚自動除雪機器人，文中重點闡述了溫室大棚自動除雪機器人的工作原理、結構組成及設計和關鍵部件的選擇及其設計三部分內容。其中本次設計的創(chuàng)新之處是除雪執(zhí)行機構利用離心式吹風機產(chǎn)生風量吹拂積雪，同時吹風機電機帶動凸輪機構轉動，通過連桿控制吹風口仰角的變化，從而使吹雪機可以吹拂到溫室大棚各角度弧面的積雪，已達到徹底清除積雪的目的。本除雪機器人將凸輪轉子結構與吹雪裝置結合為一體，結構緊湊，使其高效，迅速，精確的清除大棚積雪，完成復雜的除雪工作。
關鍵詞: 溫室大棚 自動 除雪 機器人 凸輪機構
Abstract
This paper first introduces the meaning, background and current situation and future trend of snow removal in greenhouse. Through the analysis of the advantages and disadvantages of the snow removal methods that have appeared on the market, the author has obtained the automatic snow removal robot in greenhouse. The paper mainly elaborates the working principle, structure and design of the automatic snow removal robot in the greenhouse, and the selection and design of the key components Three parts. One of the innovations of this design is the snow removal agencies use centrifugal hair dryer to produce air flow blowing snow, while the hair dryer motor drive cam mechanism rotation, through the connecting rod to control the opening angle changes, so that the snow blower can be blowing to the greenhouse Angle of the snow surface, has reached the goal of completely clearing the snow. The snow removal robot combines the cam rotor structure with the snow blower into a compact structure, making it efficient, fast and accurate to clear the snow in the greenhouse to complete the complicated snow removal work.
Key words: greenhouse automatic snow removal robot cam mechanism
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 概述 1
1.1 溫室大棚除雪目的 1
1.2 常用的溫室除雪方法及不足 1
1.2.1 人工除雪方法 1
1.2.2 融雪方法 1
1.2.3 機械除雪方法 2
1.3 發(fā)展趨勢 2
第2章 本溫室大棚除雪裝置工作原理及結構組成 3
2.1 除雪裝置工作原理 3
2.2 除雪裝置的結構組成 3
2.3 除雪效果表 4
第3章 除雪裝置結構的設計 5
3.1 底部支撐機架的設計 5
3.1.1 機架穩(wěn)定性計算 6
3.1.2 機架強度校核 8
3.2 橫向移動平板小車的設計 8
3.2.1 移動小車的設計 8
3.2.2 觸碰開關及防撞設備 9
第4章 設計關鍵部件的設計及其部件選擇 11
4.1 吹雪機的設計 11
4.1.1 吹雪機的電動機的選擇 11
4.1.2 吹雪機殼體及扇葉設計 12
4.2 減速器的選定及聯(lián)結 13
4.2.1 減速器的選定 13
4.2.2 聯(lián)軸器的選擇 13
4.3 凸輪機構的設計 14
4.4 小車軸承設計和校核 16
4.4.1 主軸的結構設計 16
4.4.2 主軸的校核 17
4.5 鍵的選擇與校核 19
4.5.1 鍵的選擇 19
4.5.2 校核鍵的強度 19
4.6 平板小車變頻調速電動機選擇 20
總 結 21
致 謝 22
參考文獻 23
畢業(yè)設計報告 (論文 ) 報告 (論文 )題目： 溫室大棚自動除雪機器人 作者所在系部： 機電工程學院 作者所在專業(yè)： 機械設計制造及自動化 作者所在班級： 作 者 姓 名 ： 李明 作 者 學 號 ： 20134011327 指導教師姓名： 陳明 完 成 時 間 ： 2017 年 5 月 北華航天工業(yè)學院教務處制 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 I 摘 要 本文首先介紹溫室大棚除雪的意義，背景以及現(xiàn)狀與未來的趨勢。通過分析市面上已經(jīng)出現(xiàn)的除雪方式的優(yōu)缺點，得出我所設計的溫室大棚自動除雪機器人，文中重點闡述了溫室大棚自動除雪機器人的工作原理、結構組成及設計和關鍵部件的選擇及其 設計三部分內容。其中本次設計的創(chuàng)新之處是除雪執(zhí)行機構利用離心式吹風機產(chǎn)生風量吹拂積雪，同時吹風機電機帶動凸輪機構轉動，通過連桿控制吹風口仰角的變化，從而使吹雪機可以吹拂到溫室大棚各角度弧面的積雪，已達到徹底清除積雪的目的。本除雪機器人將凸輪轉子結構與吹雪裝置結合為一體，結構緊湊，使其高效，迅速，精確的清除大棚積雪，完成復雜的除雪工作。 關鍵詞 : 溫室大棚 自動 除雪 機器人 凸輪機構 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 of in of of on in of in of of of is to to so be to of of a it to in to 華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 目 錄 摘 要 ................................................................. I .......................................................... 1 章 概述 ........................................................ 1 溫室大棚除雪目的 ............................................ 1 常用的溫室除雪方法及不足 .................................... 1 人工除雪方法 ........................................... 1 融雪方法 ............................................... 1 機械除雪方法 ........................................... 2 發(fā)展趨勢 .................................................... 2 第 2 章 本溫室大棚除雪裝置工作原理及結構組成 ........................ 3 除雪裝置工作原理 ............................................ 3 除雪裝置的結構組成 .......................................... 3 除雪效果表 .................................................. 4 第 3 章 除雪裝置結構的設計 .......................................... 5 底部支撐機架的設計 .......................................... 5 機架穩(wěn)定性計算 ......................................... 6 機架強度校核 ........................................... 8 橫向移動平板小車的設計 ...................................... 9 移動小車的設計 ......................................... 9 觸碰開關及防撞設備 ..................................... 9 第 4 章 設計關 鍵部件的設計及其部件選擇 ............................. 11 吹雪機的設計 ............................................... 11 吹雪機的電動機的選擇 .................................. 11 吹雪機殼體及扇葉設計 .................................. 12 減速器的選定及聯(lián)結 ......................................... 13 減速器的選定 .......................................... 13 聯(lián)軸器的選擇 .......................................... 13 凸輪機構的設計 ............................................. 14 小車軸承設計和校核 ......................................... 16 主軸的結構設計 ........................................ 16 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 主 軸的校核 ............................................ 17 鍵的選擇與校核 ............................................. 19 鍵的選擇 .............................................. 19 校核鍵的強度 .......................................... 19 平板小車變頻調速電動機選擇 ................................. 20 總 結 ........................................................... 21 致 謝 ........................................................... 22 參考文獻 ........................................................... 23 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 1 第 1 章 概述 溫室大棚除雪目的 隨著國家政府對三農(nóng)問題的不斷重視，出臺了一系列農(nóng)業(yè)補助政策，北方溫室大棚的規(guī)模在農(nóng)村越來越大。然而北方冬季多雪，雪覆蓋在溫室大棚棚頂上勢必影響對溫室的透光性和保溫性，造成能源浪費，抑制了喜陽莊稼的生長，若是遇到大暴雪，厚重的積雪 就會壓垮溫室大棚，棚內的莊稼被凍死，這不僅對經(jīng)濟造成不可估計的損失還會大大降低農(nóng)民的生產(chǎn)積極性，而且還可能存在安全隱患。每年冬季因不正當除雪方式所造成的人員受傷，經(jīng)濟受損都不在少數(shù)。為使廣大農(nóng)民朋友能夠在冬季更安全，更省力，更高效，更低成本的完成除雪任務，我們需要不斷改進現(xiàn)已有的除雪裝置，方式方法。 常用的溫室除雪方法及不足 人工除雪方法 人工除雪需要投入大量的人力，將棚頂上的積雪收集并運輸?shù)胶线m的位置，使其自然融化。根據(jù)市面調查的數(shù)據(jù) ]1[ 得知，對于一個約 110 米長的大棚，需要 4 能完成除雪工作，工作時間長，效率低下，人工成本高。在清掃過程中工作人員可能存在安全隱患之外，還會對溫室大棚的骨架和棚膜也會造成一定程度的損壞。所以這一方法遠達不到現(xiàn)代溫室大棚對除雪工作的要求。 融雪方法 化學除雪一般采用鹽或冰雪融劑作為融雪劑，融雪劑主要成分為氯化物和尿素，使用效果良好。但是化學方法除雪，不僅成本高，而且對環(huán)境也會造成一定程度的污染。根據(jù)冰雪融公司測算 ]1[ ， 1h㎡的溫室一次融 10元，融雪劑在一定程度上腐蝕 或塑料薄膜等覆蓋材料，影響溫室的使用壽命。因此，這種方法的使用所受到的限制較多。 加熱融雪法分為電加熱法和管道融雪法。電加熱法的工作原理為使純電阻式發(fā)熱元件通電發(fā)熱來使雪融化。根據(jù)市場調查得知，對于 1h ㎡的溫室大棚，融掉 10的積雪需花費約 元；管道融雪法是在水槽下方和溫室大棚棚頂下方布置幾排熱水管道，通過散發(fā)的熱量使大棚棚頂和水槽上方的雪融化，這 是目前國內外應用次數(shù)最多的一種溫室除雪方法。但是這種除雪方法耗資甚巨，運行和后期維護費用高，對于1h㎡的溫室大棚，融掉 10元。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 機械除雪方法 機械除雪方法是通過對積雪進行推，掃，吹等動作而完成清除積雪的一種方法，這是我們比較傳統(tǒng)的除雪方法。目前，我國溫室大棚自動除雪裝置的研制和發(fā)展處于起步階段，一般是在借鑒一些道路除雪設備的經(jīng)驗基礎上，取得一定的成果。吳天鳳等人研制的基于慧魚模型的棚頂自動除雪機器人 ]2[ ，由驅動電機、壓縮機等組成，雖然理論比較先進，但難以應用和普及；劉海峰研制的溫室大棚自動卷簾除雪機 ]3[ ，利用 是刮雪板與大棚薄膜之間的動作配合難以有效保證，所以除雪效率低下；周增產(chǎn)等人研制的整體輸送式溫室大棚除雪裝置 ]4[ ，其除雪功能通過幕布和刮雪器實現(xiàn)，但是整套除雪裝置成本很高。綜合上述裝置的特點來看，除雪 工作原理、技術方法越趨成熟，但在具體工作過程中，往往受到裝置本身問題、雪層厚度、工作部件配合等條件的限制，使得除雪裝置的應用存在許多局限性。如此，在今后的研究中，我們需要考慮眾多實用性問題，與實際生活和以往成熟部分有效的結合起來，不斷的進行優(yōu)化，研制出符合溫室大棚本身局限性的除雪裝置。 發(fā)展趨勢 (1)研究溫室大棚結構，通過力學性質研究，建立標準化模型，以確保溫室大棚的承載能力，提高溫室大棚抗雪能力，為溫室大棚除雪設備的研究奠定基礎 ]5[ 。 (2)在設備研究中，設備需要向小型化、高效率、易操作的方向發(fā)展。除雪設備的研制不僅要保證積雪的清除，保護溫室大棚結構的不損壞，還要做到清雪高效，人員省力，設備操作簡易。 (3)向國際化靠攏，向多功能、一體化的方向發(fā)展 ]11[ 。為提高機器的使用率，一機多用將是除雪機械的發(fā)展方向。國外現(xiàn)今多使用一體化溫室大棚，智能操控，集溫度，光照，澆水，除雪于一體。完全實現(xiàn)智能化，人員只需根據(jù)具體情況制定一定程序即可。而在此系統(tǒng) 下，除雪裝置必將機電一體化，智能除雪。這需要由機械系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)有機結合起來才得以實現(xiàn)。這些都還處于研究和試驗中，但不可否認的是，終究這些都將實現(xiàn)。 (4)從低成本，環(huán)保，節(jié)省能源的角度出發(fā)，研制環(huán)保型的融雪劑 ]12[ 。從而使傳統(tǒng)融雪劑的方法脫穎而出，研制出可生物降解、低成本的融雪劑，從而減少對環(huán)境的污染。現(xiàn)在有研究人員利用造紙液生產(chǎn)的復合融雪劑，進行酯、酒副產(chǎn)物生產(chǎn)的融雪劑、酒副產(chǎn)物生產(chǎn)的融雪劑和其他非氯化物型融雪劑以及混合型 融雪劑的開發(fā)。從根本上替代現(xiàn)在所使用的融雪劑，即可達到低成本融雪功能，又不污染環(huán)境 ]6[ 。 (5)將除雪機、環(huán)保型融雪劑和人工除雪有機結合。集中人力和物力聯(lián)合開發(fā)除雪機械，早日研制出高性能、高效率的溫室大棚除雪裝置，減少人工除雪，實現(xiàn)全方位自動化除雪。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 3 第 2 章 本溫室大棚除雪裝置工作原理及結構組成 除雪裝置工作原理 橫向移動小車及軌道安裝于可移動機架上，可移動機架可使整體機構移動于多個溫室大棚之間，做到一機構多大棚 的除雪功用。橫向移動小車通過變頻電動機帶動皮帶促使其在大棚橫向移動，在導軌兩端安裝有觸碰開關，以及彈簧。彈簧防止觸碰開關被小車撞壞，觸碰開關用來保障小車做往返運動，直至清除干凈積雪。小車上安裝平板，通過安裝于平板上的吹雪機動力再由減速器減速帶動凸輪機構，使連桿促使吹雪口完成大棚縱向角度變化，從而可吹到每一角度面的積雪。 由于本除雪裝置需要達到低成本，高效率，自動化等要求，在能夠滿足農(nóng)民需求的基礎上，我們所做的具體設計如下： 使整體裝置移動于各溫室大棚之間，一臺裝置，就可滿足長溫室大棚，多 溫室大棚的除雪； 構緊湊，可清除各部位積雪； 輪結構均保證裝置的自動化除雪，高效，自動，安全。 除雪裝置的結構組成 除雪裝置主要組成部分：整體機架、橫向移動小車、觸碰開關及防撞壞裝置、吹雪裝置、凸輪結構、吹風口控制裝置等。整機結構組成如圖 2 圖 2體機構示意圖 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 除雪效果表 雪的等級 小雪 中雪 大雪 暴雪 清除率 100% 97% 92% 87% 小雪： 24 小時內降雪量小于 米的降雪過程 ]1[ 。 中雪： 24 小時內降雪量 米的降雪過程。 大雪： 24 小時內降雪量 5～ 10 毫米的降雪過程。 暴雪： 24 小時內降雪量大于 10 毫米的降雪過程。 鑒于近五年來北方?jīng)]有大暴雪和特大暴雪的氣象記錄，所以沒有收錄其中。以上為清除率為市 場調查得知，當降雪末尾時或雪停之后應當進行除雪工作，不然等到雪停后一段時間空氣轉冷，雪層變得很硬，將使除雪工作變得有些棘手。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 5 第 3 章 除雪裝置結構的設計 在一開始接到課題時，原本設計為一可在棚頂移動除雪裝置，結推，吹為一體，利用寬履帶使其在棚頂行走。而且除雪機器人要在棚頂移動需要復雜的鎖緊裝置和 挑戰(zhàn)也確實不小。在實地調查時，發(fā)現(xiàn)棚頂弧度較為陡峭，不利于棚頂除雪裝置在其棚頂移動，而且除雪裝置在重量上要足夠輕盈，否則會壓垮棚頂結構，對棚頂造成損壞 。既然除雪裝置在重量上的局限性，某種程度上限值了除雪裝置的大小和除雪效率。我不得不放棄這個設計。而后開始現(xiàn)在這個設計，當然在此過程中也同樣經(jīng)歷了很多次的修改，從一開始移動小車鏈傳動，過長的鏈到現(xiàn)在帶傳動、導軌的軌跡限定；一開始的雙電動機分別帶動風機和凸輪機構，一提供除雪執(zhí)行，一提供整個除雪機的角度變化，成本高，工作原理不可靠?，F(xiàn)在將其一體化，由吹雪機一個電機同時提供除雪執(zhí)行和凸輪轉動，至此即降低成本，滿足工作要求，又使我們機構更緊湊。簡便之中完成我們的除雪任務。每一次的改動都是一次進步。 現(xiàn)設計的溫室除雪裝 置主要分為三個部分，分別為提供支撐及整體移動的機架、提供橫向移動的平板小車和進行除雪任務的執(zhí)行機構。具體的一些設計參數(shù)可根據(jù)溫室大棚結構及溫室大棚所在地位置進行修改。 底部支撐機架的設計 如圖 3慮到成本，結構堅固，可移動等問題，機架采用□ 50× 5的材質焊接而成?？招匿摬募瓤杀ＷC機架剛度及強度，又可以減輕重量，方便移動。在頂部加裝平板，為橫向移動小車提供安裝位置。在機架支撐桿部位，焊接橫桿，不光增加強度，也方便人員登上平板進行后期維護維修作業(yè)，并可對設備自身進行清雪作業(yè)。在最下方，安裝 4 個可固定萬向輪，在工作時可固定整體設備，提供穩(wěn)定性；非工作時，為整體裝置提供移動能力，滿足較長溫室大棚除雪工作以及多個溫室大棚之間的交替除雪工作。在焊接過程中，注意防止穿透以及進行時效處理，以保證整體機架的強度和剛度。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 6圖 3架示意圖 機架穩(wěn)定性計算 圖 3雪機器人平面圖 方法 ?計算整個裝置的重心位置 ]9[ ，以機架平板為 左邊豎直支架為 鑒 于除雪機在導軌上有兩個極限位置，在除雪機工作過程中，總重心位置在 Z 軸方向沿一直線運動，當除雪機位于導軌中心時，所受的側傾的分力最大，所以以位于導軌中心點為例進行分析。 本裝置的各個組成部分均為均質物體。（ 各個組成部分橫截面面積和形心坐標如下： 21 2 5 0 0 02 5 0 025 ??? ），形心坐標為（ 125025 ? 22 2 5 0 0 02 5 0 025 ??? ），形心坐標為（ 1 2 5 08 1 5 ? 23 7 9 0 07 9 025 ??? ），形心坐標為（ 925420 ? 24 790079025 ??? ），形心坐標為（ 1925420 ? 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 7 25 2 2 6 2 421 6 0 025 ??? ），形心坐標為（ 8 5 01 6 1 5 ? 26 1 4 5 0 0 02 9 0 050 ?? ），形心坐標為（ 251450 ? 27 1 0 7 0 0 01 0 7 0 025 ??? ）形心坐標為（ 40,2400 28 6 5 1 0 0 07 0 09 3 0 ?? ）形心坐標為（ 4 3 0,3 2 5 0 整個裝置的形心位置計算如下： ......... 9 3...........????????????????????????機架和吹雪機的重量比約為 ，則把整個裝置沿著 X 軸分為 ，機架部分約為 793384以整個裝置在工作過程中不會發(fā)生側傾。 方法 ?將機架的重心、吹雪機的重心比作杠桿的兩端，整個工作裝置的形心位置（ 1793,225)為杠桿支點。建 立坐標系如方法 ?所示。除雪機工作時在導軌上有兩個極限位置，我們下面的計算以位于導軌中心點為例進行分析。 機架的的形心坐標計算如下： ..................??????????????????????????機架形心坐標（ 948， 吹雪機的形心坐標計算如下： 130878877 ?? ?????? ? 74878877 ?? ?????? ? 吹雪機形心坐標（ 3130,374） 則機架的力臂長度為 25462()1793948( 22 ????? 吹雪機的力臂長度為 25374()17933130( 22 ???? 機架和吹雪機的比重比為 ，則機架與吹雪機的力矩比為 1089? 345? 2= (3北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 8結合方法 ?， ?得出結論，在吹雪機工作時機架不會發(fā)生側傾。 機架強度校核 用 45 鋼， 10 根豎著放，位置為 300×290。 截面特性： 位 G=m, S= 1） 計算其抗壓強度。，由于 45 鋼豎立，僅受重物壓力和地面支持力，其受到的剪切力可忽略不計。 45 鋼的 屈服極限為 3555 鋼的截面積為 由拉伸 /壓縮強度計算公式可知。 ? ?pm a x 4? ???總? ? 0 8 3107 . 6 3410355???????? 總p? 0 . 5 00 8 6 ?????? 可知道架子上重物質量小于 110.5 子不會被壓塌。 （ 2）抗彎曲強度計算。 45 鋼 許用彎曲強度為 180要求查表知對 45 鋼橫截面對 軸的抗彎矩截面系數(shù) 相等 ， 為 12.3 物的重力為一個作用于架子中心的集中力 F， 將整個支架的四分之一隔離出來單獨分析，根據(jù)力矩平衡原理可知? ? ? ?8 40 . 3F 22m ???? 假設平衡力矩完全由 45 鋼提供，則由彎曲強度計算公式 ? ??? ??Ym a xm a x 可解得 ? ? ??????? ? 2 2 1 6m ? 77 1 28 m a x ??? 0 7 0 7 1 2m ???? 由結果可知道架子上重物質量小于 子不會被壓彎。 （ 3）由于 45 鋼不受剪切力，故不計算抗剪切強度計算。 綜上（ 1）、（ 2）和（ 3），可以確定當架上重物質量小于 t 時，架子穩(wěn)定。對于動態(tài)載荷，當其極限載荷小于 就可 靠。 工作部分的重量小于 以機架可以正常工作。 (3北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 9 橫向移動平板小車的設計 移動小車的設計 如圖 3示，橫向移動小車由導軌，小車車架，變頻調速電機，帶傳動機構，觸碰開關等組成。車輪在導軌中行進，使其保證移動方向以及保證小車垂直方向的固定。變頻調速電機使小車移動時滿足我們所需速度，根據(jù)積雪厚度來調節(jié)，保障除雪工作的完成。平板小車功能： 除雪裝置提供安裝位置，并限制縱向偏移。 依據(jù)積雪厚度調速。 圖 3板小車示意圖 觸碰開關及防撞設備 如圖 3示，在變頻調速電機提供動力，通過帶傳動使小車移動時，為滿足小車做往復運動，特在導軌兩端加裝觸碰開關，在小車與觸碰開關接觸時，由于慣性原因可能會對觸碰開關造成損壞 ??8 。為防止小車在移動過程中損壞觸碰開關因此設計防撞壞裝置，裝置由兩塊 1度鐵板構成，一塊兩邊裝有可移動支架，兩端加裝合金彈簧鋼材質的彈簧，其彈簧行程為 48小車改變行進方向提供一定緩沖。 圖 3碰開關示意圖 除雪執(zhí)行機 構的設計 如圖 3示，整個除雪執(zhí)行機構由吹雪機、減速器、凸輪、凸輪連接桿、支座、北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 10吹風軟管等組成。設計其凸輪結構與吹雪機相連，使其結構緊湊，由吹雪機電動機提供動力，再由一級減速器減速后促使凸輪轉動，帶動凸輪連桿，可以有效降低成本，獲得良好的工作性能，最終使吹風口完成仰角變化，使整體機構完成清除各角度部位積雪的工作要求。 圖 3雪執(zhí)行機構 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 11 第 4 章 設計關鍵部件的設計及其部件選擇 吹雪機的設計 此吹雪設備是利用高壓離心通風機的風壓原理和其所產(chǎn)生的風量吹拂積雪 ]7[ 。具有成本低廉，小功耗，便于維護，適用性強等特點。其主要組成部分包括電動機、傳動裝置、高壓離心通風機、通風軟管等。在溫室大棚除雪工作上使用，不僅功能性好，提高除雪效率，減少人員勞動力，保障人員安全，還不易損壞溫室大棚棚頂結構。 吹雪機的電動機的選擇 （ 1）選擇電動機類型 按照工作要求和條件，選用臥式電動機 ]10[ 。參照表 4動機參數(shù)，通過綜合考慮，主要從流量、轉數(shù)、噪音等方面，最終選擇 相電機，其轉速 960r/聲 65)轉速適當，可滿足我凸輪轉動要求。 表 4動機參數(shù) 機號 配用電機（ 轉速（ r/ 流量（ h） 全壓（ 噪聲 ) 3A 相 1450 3500008 相 1450 3500008 相 1450 3500200 相 1450 3500200 相 1450 4100300 相 1450 4100300 相 1450 49952100 相 1450 5100 12009 相 960 3377235 圖 4用電機圖 （ 2） 選擇電動機的容量 電動機所需工作功率為 ? (4北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 12因為 000 (4因此 ?1000 (4由電動機至運輸帶的傳動總效率為 η?=543321 ηηηηη ????(4式中：η 1 ，η 2 ，η3，η 4 ，η5分別為帶傳動、軸承、齒輪傳動、聯(lián)軸器的傳動效率。 取η 1 = 2 =3= 4 =5= η?=以 ?1000?1000 1620?= （ 3）確定電動機 轉速 電動機工作轉速設置： n=D V?100060?= 0 46 00 0 03 1 00 060 ??? ??r/ 故電動機轉速可選范圍為： n? d= i?a × n=（ 6~24）× r/符合這一范圍的同步轉速有： 1680/1450/960 r/綜上計算得出結果：減速電動機應選擇三相 速 960r/相的臥式電 動機。應工作需要，電動機轉軸后端應加長，便于連接減速器，帶動凸輪轉動。 吹雪機殼體及扇葉設計 如下圖 4a）所示，殼體為鐵殼，接口處采用圓形接口，方便吹風軟管的固定，使用 個 ]7[ 。其殼體材質堅固，能夠保證性能的穩(wěn)定可靠，扇葉轉動風量集中，噪聲小，并且安裝方便。如圖 4b）所示扇葉采用多翼型扇葉盤，其安裝簡易，制作方便，產(chǎn)風量大等優(yōu)點。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 13 圖 4a） 殼體 圖 4b）扇 葉圖 減速器的選定及聯(lián)結 減速器的選定 因吹雪機轉速過大，而為使整體結構緊湊，使吹雪機電動機帶動凸輪結構轉動，此處特需要將轉速降低，因此需連接減速器 ]10[ 。本設計對減速器并沒有特定要求，只需選定即可，只需滿足我工作要求即可。由上文計算選定可知吹雪機電機轉速為960r/資料可知，減速器傳動比范圍為 3~6，此處我們選擇最大傳動比 60/6=160r/ 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器如圖 4示，減速器快速軸與吹雪機電動機軸連接處由柔性 聯(lián)軸器聯(lián)結。 圖 4性聯(lián)軸器 選擇此種聯(lián)軸器有以下優(yōu)點： （ 1）平衡各種相對位移偏差 （ 2）經(jīng)濟性很好 （ 3）無需維護 （ 4）材質為不銹鋼，在戶外耐腐蝕性較好 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 凸輪機構的設計 如圖 4示，本凸輪機構采用圓盤凹槽結構，圓盤聯(lián)結于減速器慢速軸，通過轉動，滾子在凹槽中隨路徑運動已達到我們工作需要。 圖 4輪 為實現(xiàn)工作要求，滾子在凸輪凹槽中運動時，其凸輪圓盤直徑為 700槽外邊圓直徑為 600圓直徑為 500子直徑為 100上部下降圓直徑為 400高度會降低 凹槽因技術要求，過度面光滑，以便于滾子順暢運動。 圖 4移偏差示意圖 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 15 圖 4輪連桿三維示意圖 如圖 4示，當滾子高度降低 160時凸輪連桿相對應的也會發(fā)生位移，而其控制吹風口端會上移 160度變化 20 輪連桿控制吹風口在低位置，此時吹雪機清除的是溫室大棚上半部分積雪；當滾子滾轉至最低 端時，凸輪連桿控制的吹分口在高位置，此時吹雪機清除的是溫室大棚下半部分積雪。由于凸輪連續(xù)轉動，滾子隨凹槽軌跡運動，凸輪連桿隨之運動，從而帶動吹風口上下移動，變化角度，不斷清除溫室大棚各角度面積雪。 凸輪以角速度ω按順時針方向轉動，基圓半徑 5程 h=4據(jù)反轉法原理設計凸輪輪廓曲線且步驟如下： （ 1） 取長度比例尺 出基圓和從動件尖頂離軸心 動件與凸輪輪廓在點 O)杰出的位置 。 （ 2） 在基圓上自 ω的反方向量取推程角 Φ o=90 ?遠休止角Φ s=30 ?，回程角Φ o'=60?和近休止角Φ s=180?，并將推程運動角和回程運動角各分成若干等分，各分成四等分得 （ 3） 過凸輪軸心 ... （ 4） 將從動件的位移曲線上的推程角和回程運動角扽得分成作圖中對應區(qū)間相同的份數(shù)，得等分點 1， 2……過各等分點分別做垂直于橫坐標軸的直線，它們與位移曲線相交于 1'、 2'……則 11'、 22'……為凸輪在相應轉角位置時，從動件的位移量。 （ 5） 在各射線 的延長線上從基圓開始向外分別量取位移量1'， 2' ……于是 得 各點 。 （ 6） 將 點連接成光滑的曲線，此曲線即為所求的凸輪輪廓 。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 16（ 7） 根據(jù)圖中Φ o=90 ?與等速運動標尺上 h/點以直線相連，該直線交α0 ?，于是α 0 ?對 應 直動從動件的推程許用壓力角 [α ]=30 ? 因此該凸輪機構的最大壓力角 [α 30 ?。 根據(jù)實踐經(jīng)驗，在推程時，許用壓力角 [a]錯誤 !未找到引用源。 的值一般是：對直動推桿取 錯誤 !未找到引用源。 a]=錯誤 !未找到引用源。 0° 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 ，對擺動推桿取 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 5°未找到引用源。 5° 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 我們可以取凸輪壓力角為 錯誤 !未找到引用源。 5° 錯誤 !未找到引用源。 ，基圓半徑的計算公式為： ? ?22t ????????????? （ 4誤 !未找到引用源。 偏心距公式 4 ?? 4 取許用壓力角 ? ? ?30?? ， 推程時 ?? 30?錯誤 !未找到引用源。 回程時 ?? 530?誤 !未找到引用源。 代入基圓半徑公式可取， 0r 錯誤 !未找到引用源。 =120 通常取滾子半徑 0r 錯誤 !未找到引用源。 =(r 錯誤 !未找到引用源。 ,我們取 未找到引用源。 =未找到引用源。 = 偏心距 ?? ?小車軸承設計和校核 主軸的結構設 計 （ 1）擬訂裝配方案 在主軸上裝配 聯(lián)軸器， 軸 承 ，擋油環(huán)，軸 套，底盤及去籽飛輪 。 （ 2） 根據(jù)定位要求確定各段軸的直徑和長度 預選深溝球 6307 軸承 ， 因為 主軸 為 垂直 傳動。查 機械 手冊 知 ， d=50D=110=270 ∴ d ? n=50? 41 0 1 6 1 0? ? ? ， 則該軸承采用脂潤滑。 軸承端面 和帶輪端面 到殼體 內壁的距離 分別取值 為 1015 軸用于裝配底座飛輪 ，取直徑為 26長為 56 ㎜。 軸用于軸承及一部分外 部延 伸軸北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 17 的安裝 ，外 部延 伸軸 要方便 拆卸 的 。帶輪需要軸肩定位， 則 軸肩高度 為h=60? =，軸徑取為 34 ㎜。半連軸器右端面 與 軸承端蓋的外端面間的距離為 I=60~70 軸承厚度為 t=（ 1～ 取 t=10此軸長取 50 ㎜ 。 直徑為 30軸長為 36 圖 4的二維零件圖 主 軸的校核 )(st 6 9 6 0221111111???????? (4① 求垂直面的支承反力 =(N (4 F=(N ②求水平面的支承反力（圖 c） 2(N (4北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 18③繪垂直面的彎矩圖（圖 b） L?=? m (4 L?=? m ④繪水平面的彎矩圖（圖 c） ? m (4⑤求合成彎矩圖（圖 e）。 22M ?= m = ? ? 22/M ?= ? m (4⑥求軸傳遞的轉矩（圖 f） T= 1d=? m (4⑦求危險截面的當量彎矩 校正系數(shù)α =[σ 0]= T =華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 19 a , b )圖 （ c ）圖 （ d ）圖 （ f ）圖 （ g ）圖 （ h ）從圖可見， 當量彎矩為 ? ?22 ?= (4⑧⑴計算危險截面處軸的直徑 軸材料為 45 號鋼，調質處理，得σ B =650 得 許用彎曲應力 ? ?=55 d≥? ? 33600 02 2 6 σ0 331 ???慮到鍵槽對軸的削弱，將 ％，故 d=8=60 軸徑，合適，安全。 鍵的選擇與校核 鍵的選擇 軸Ⅰ、軸Ⅱ上所需開鍵槽的軸徑分別為： 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 202634 軸段長度分別為： 5650 查機械設計手冊 得： 選擇 參數(shù)分別為： 鍵Ⅰ：鍵寬 b=8 高 h=7 長 0槽 t=4.0 3.3 鍵槽倒角 r=鍵Ⅱ：鍵寬 b=14 高 h=9 長 0 槽 t=3.8 鍵槽倒角 r=校核鍵的強度 鍵Ⅰ：鍵聯(lián)結的許用擠壓應力為： ? ?p?=50 由平鍵聯(lián)結的擠壓強度條件 ? ?pp ? ?? 4(4得： 40( ????????? 因為： ? ?? ? 故鍵Ⅰ是安全的，合適。 鍵Ⅱ：可知 ? ?P? =50 490( 044 3 ????????? 因為： ? ?? ? 故鍵Ⅱ是安全的，合適。 平板小車變頻調速電動機選擇 為滿足小車橫向移動的速度控制，根據(jù)積雪的厚度來控制電機速度，以滿足完全北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 21 清除積雪的工作?，F(xiàn)特選用變頻調速電動機。通過查詢資料得出： 表 4頻調速電機參數(shù) 電機型 號 功率 W 電壓 V 頻率 流 A 定轉速r/間定額容 圓軸電機 光軸電機 211 1相 ) 50 8 47 1250 連續(xù) 2/250 211 3相 ) 50 8 47 1250 連續(xù) 450 211 3相 ) 50 00 47 1250 連續(xù) 211 30 00 47 1250 連續(xù) 根據(jù)工作要求，技術參數(shù)，現(xiàn)特選定 21具有自起動、加速、制動、反轉、掣住等能力 。此電機 采用 精密數(shù)控 機床 加工，同心度、位置精度 可以 達 到 。 箱體四角采用雙立柱形式的高剛性結構，振動小 可以有效降低噪音 。電磁系統(tǒng) 經(jīng)過電腦全方位優(yōu)化 ，電機運轉效率高， 溫升 低 。 采用 180℃）漆包線及絕緣材料， 杜絕了 漏電、放電的危險， 安全余量大 。而且在工作過程中不會產(chǎn)生煙塵和難聞的氣味，不污染環(huán)境。完全滿足工作要求，并且可靠，安全。 總 結 本次溫室大棚除雪裝置的設計，讓我從以往的純理論知識到結合實際去設計、去研究一個裝置，這已然從根本上讓我進步。本設計通過可移動的機架滿足整體裝置在較長溫室大棚和多個溫室大棚之間的除雪工作，其機架還方便可以上上去，以便于機架的積雪清除和設備的維護，保護溫室大棚的軟篷骨和棚膜。在機架上通過橫向移動小車保證除雪裝置的橫向位移，為滿足往復運動，特在小車導軌兩端加一觸碰開關，并設計觸碰開 關防撞設備。除雪執(zhí)行機構由吹雪機、減速器、凸輪機構等組成。由吹雪機的電機轉動產(chǎn)生風量吹拂積雪并通過減速器減速后帶動凸輪機構，使凸輪連桿聯(lián)動吹雪口，改變吹雪角度，滿足大棚各角度的積雪的清除。整體設計，完成了低成本、低功耗、機構緊湊、設備自動化等工作要求。為農(nóng)民的冬季積雪清除解決問題，既可以有效得清除積雪，又省力安全。從最開始的設計到現(xiàn)在的設計成型，無數(shù)次的改動，甚至徹底推翻一切想法，從頭來過，但一次次的改進對我而言都是一次明顯的進步，從中汲取到的知識也是顯而易見的。當然，在這過程中少不了老師和同學的無私幫助，是大家讓我進步如此。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 22北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 23 致 謝 歷時兩個多月的時間，我終于完成了最終的畢業(yè)設計，期間經(jīng)歷了無數(shù)次的修改，在修改過程中除了到圖書館瘋狂查閱資料以外，還要結合實際，去做調查問卷，向溫室大棚棚主了解現(xiàn)實生活中真正除雪的方法和現(xiàn)況。在此，我由衷的感謝我的畢設老師 老師身為我校圖書館館長，事務繁忙，雖然很少見到面，但是老師不忘在 行指導。在這無數(shù)次修改中，其中有 2/3 是陳老師給我指出的，還給了我很多建設性的指導意見，使我受益良多。其中一番話我記在了心里，不管設計什么東西 ，都要和實際相結合，真真正正能在實際生活中使用并能提高效率，否則就是花架子，只能存在理論上，華而不實，這是大忌！ 在開題答辯時，感謝付宏歌等幾位老師，指出了我致命的問題，的確我在開題報告中給自己定的目標過大，否則在畢業(yè)答辯中開題報告定下的目標沒有完成，那就只能掛了?，F(xiàn)在想想都有些后怕。再次感謝幾位老師的悉心指導。在畢業(yè)設計階段，原來教過我的老師和現(xiàn)在的同學也給與了很多實質性的幫助，因為人數(shù)過多，我就不一一列舉了。沒有你們的付出與幫助，我是萬萬不能完成此次畢業(yè)設計，在此我深表感謝！ 感謝在我求學路上遇到過的所 有老師、同學以及幫助過我的人，感謝你們的無私付出與奉獻精神。最后，感謝諸位答辯老師對我的畢業(yè)設計進行審核和指導！ 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 24參考文獻 [1]于克強 ,王雙喜 J]2011,7（ 61）：233[2]周增產(chǎn)，龍志強，李秀剛，王綱，田真 J]2004,20（ 2）： 239[3]郝志勇，劉偉 J]2012,43（ 5）：156[4]侯博文 D]長春理工大學 ,2008. 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