小型除雪機機械創(chuàng)新設計

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1、機械創(chuàng)新設計課程作業(yè)題 目： 小型便道除雪機的設計機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計目目 錄錄一一. .摘摘 要要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 3二二、設設計計目目的的意意義義：. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 42.1 課題研究目的： .42.2 課題研究的意義： .52.3 本課題國內

2、外研究概況： .52.3.1 本課題國內外研究概況：.52.3.2 國內外在這個方面的發(fā)展方向：.62.2 路面冰雪清除機基本方案、原理 .10三三、原原理理方方案案設設計計：. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 11 13.1 功能分析： .113.2 求功能元解： .113.3 方案組合： .123.4 總體方案的幾種組合及比較： .12四四、機機構構設設計計（包包括括方方案案的的原原理理以以及及基基本本機機構構簡簡圖圖）：. . . . . . .1 13 31 基本結構 .1

3、32 工作原理 .143 具體方案的確定 .15設計車體.16故故本本小小型型便便道道除除雪雪機機的的最最優(yōu)優(yōu)設設計計方方案案為為：A A1 1- -B B4 4- -C C2 2- -D D2 2- -E E2 2。即即為為電電動動機機控控制制的的螺螺旋旋推推板板式式的的利利用用曲曲柄柄搖搖桿桿機機構構倒倒雪雪的的便便道道除除雪雪機機。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 21 1鏟雪車的主要結構設計.22五五、結結構構設設計計：. . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 24 4小型清雪車的設計計算及校核.26帶傳動計算.26軸承壽命計算和潤滑方式的選擇.27壽命計算.27潤滑方式的選擇.29軸的校核.29三維造型、人機工程學應用和有限元分析.31三維造型.31小型便道除雪機整體造型.31工作部分造型.31機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計行走部分造型.32謝謝 辭辭 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . . . . . .- - 1 1 - -參參考考文文獻獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .- - 2 2 - -附附 錄錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .- - 3 3 - -機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計一.摘 要我國北方冬季降

6、雪 量大, 給各城市、園林、賓館、別墅 、庭院的道路 , 機場跑道與場區(qū)路面, 林區(qū)運材道路 , 以及高速公路等的交通運愉工作造成了極大困難和不便, 交通事故屢屢發(fā)生。為了及時清除路面上的自然降雪 , 給交通運愉創(chuàng)造良好的安全條件, 減少交通事故的發(fā)生, 在我國，傳統(tǒng)的除雪理念是雪停后才開始除雪，由于路面積雪大多不能及時清理而被車輛碾壓成實雪或冰，因此除雪對象實際上是壓實雪。在這種理念影響下，過去除雪機械的設計也主要是針對清除壓實雪而開展的，并研制出各種清除壓實雪的機械設備。壓實雪除雪機械設計技術難度較大，設備制造成本較高，除凈率低，工作效率低，絕大多數(shù)壓實雪除雪機需要大功率車輛作為配套動力，

7、燃油消耗大，整套設備資金投入大，動輒數(shù)十萬元，難以大量推廣應用?？偨Y多年的除雪經驗和體會及對各種除雪方式的比較，筆者認為機械化“實時除雪 ”才是科學合理的除雪方式。從工程學的角度看，積雪被壓實的過程需要消耗大量能量，雪被壓實后再把它從地面上清除掉就要加倍消耗更大的能量和更多的時間，從而造成很大的浪費。相比較而言，“實時除雪 ”所消耗的能量只有前者的幾十分之一，是效率最高最省時省力的除雪方法。目前歐、美等工業(yè)發(fā)達國家基本上都采用機械化“實時除雪 ”技術。機械化 “實時除雪 ”技術實際上就是使用散雪除雪機械在降雪過程中進行除雪，邊下雪，邊清除，多臺除雪車保持一定距離成梯形隊伍排列循環(huán)清理路面，過往

8、車輛可在除雪車之間穿梭繞行而不影響交通，避免了積雪在路面停留時間過長而被碾壓成實雪或冰。開發(fā)適合我國國情的除雪機械, 探索與高速公路管理相適應的作業(yè)方式, 將有著深遠的意義。機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計二、設計目的意義：二、設計目的意義：2.12.1 課題研究目的：課題研究目的：中國北方大部分地區(qū),每年有35個月的降雪期,道路積雪給交通運輸及人民日常生活帶來許多困難,有時甚至阻斷交通。近幾年來高等級公路里程不斷增加,及時有效地清除路面積雪已成為亟待解決、刻不容緩的問題,這對于提高車輛的運輸效率、避免重大交通事故的發(fā)生,具有很大的社會經濟效益。目前,國內除雪作業(yè)

9、多由人工或其它代用機械完成,其勞動強度大,作業(yè)效率低。進口外國先進的除雪設備,造價高且不適合中國國情;而用其它的代用機械如平地機進行除雪作業(yè),則又浪費實用設備且對路面具有破壞性。所以,盡快開發(fā)出適合中國國情的低成本、高效率、且宜大面積推廣應用的除雪設備,是一項艱巨而緊迫的任務。2.22.2 課題研究的意義：課題研究的意義：我國北方大部分地區(qū),每年有很長的降雪期,道路積雪給交通運輸及人民日常生活帶來許多不便。尤其凍結在道路上的積雪與薄冰,采用傳統(tǒng)除雪機用推刮的辦法無法清除,為此不得不耗費大量人力物力進行人工鏟除。采用機械方法清除是一項急需解決的難題。就目前國內除雪機械來看,大多數(shù)功能單一,或只能

10、清除積雪、或只能破除積冰1。國外的除雪機功能較全,但結構復雜,造價昂貴,且大多不適合國內的道路狀況。因此開發(fā)研制適合我國道路情況的集破冰除雪于一機的設備,具有十分重大的意義。國外的除雪機功能較全,但結構復雜,造價昂貴,且大多不適合國內的道路狀況。因此開發(fā)研制適合我國道路情況的集破冰除雪于一機的設備,同樣具有十分重大的意義。2.32.3 本課題國內外研究概況：本課題國內外研究概況：2.3.12.3.1 本課題國內外研究概況：本課題國內外研究概況：目前，世界各個國家除冰雪的方法中，應用最普遍的是溶解法和機械法。機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計溶解法是依靠熱作用或撒部化

11、學藥劑使冰雪融化。其優(yōu)點是除凈率高，但是它的成本很高。而且容易造成環(huán)境污染。雖然環(huán)保型融雪藥劑已經問世，對環(huán)境和植被的影響減少了，但是并未徹底根除。因此使用范圍受到一定限制。機械法是通過機械作用直接作用解除冰雪危害。雖然除凈率較低，但是對環(huán)境和植被無任何影響。能實現(xiàn)冰雪的異地轉移。應用范圍比較廣。因此，筆者認為：清除冰雪必須以機械法為主，以溶解法為輔助，才能達到快速和環(huán)保的除雪效果。我國對除雪機械的開發(fā)、生產都比較晚，因此還處于起步階段。目前，我國的城市道路和公路冬季除雪大部分仍沿用傳統(tǒng)的養(yǎng)護方式，即人工作業(yè)和小型的除雪機械相結合的方式。高速公路和一級公路開始使用大型專用除雪機械，進行冬季養(yǎng)護

12、。但是，除雪機械在數(shù)量和品種規(guī)格上還很少，所以除雪設備大部分依賴進口。機械化程度和總體水平遠遠落后于發(fā)達國家。只是最近幾年國內的廠家才參照國外的先進技術研制了適合我國國情的除雪機械。國內的除雪機械雖然有了很大的發(fā)展，但其總體水平與發(fā)達國家相比，產品品種及性能都還有很大差距。適應不了我國高速公路的發(fā)展的需求，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1)技術水平低，除雪機械在結構設計、制造工藝、零部件供應和使用管理等方面都存在技術水平低的問題。致使除雪機械可靠性差、故障多、壽命短。2)功能單一。除雪機械具有明顯的季節(jié)性，如果功能單一，只能用做除雪和除冰專用，那么，機械一年中大部分時間處于閑置狀態(tài)，大大增加了除雪的

13、成本。加重了公路養(yǎng)護部門的負擔。3)品種類型不全。與國外相比，現(xiàn)在有不少除冰雪機械在國內還是一片空白。現(xiàn)有的除冰雪機械無法滿足公路和大型機場的除冰雪的要求。2.3.2 國內外在這個方面的發(fā)展方向：(1) 加強對雪質、雪性的基礎研究。為了提高除冰雪機械的設計水平，需要對冰雪的力學性質和物理特性進行深入研究。特別是對壓實冰雪的理論研究。據(jù)有關資料研究：東北地區(qū)壓實冰雪占總的除雪任務的80%以上。機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計(2) 向一機多能和機電液一體化方向發(fā)展。在現(xiàn)有的條件下，可以對汽車、拖拉機、裝載機和推土機等設備進行改裝，冬季降雪時用來除冰雪作業(yè)，其余時間可

14、用來進行公路養(yǎng)護和其他作業(yè)?？梢蕴岣咴O備的利用率。采用機械、電子、液壓等技術提高除雪機械的科技含量，減輕工人的勞動強度。(3) 向大型、小型和高速方向發(fā)展。我國的地理環(huán)境復雜，各個城市道路建設布局各異，冬季降雪情況不同，在除雪設備的選取上也不盡相同，因此要開發(fā)出大型、小型的各種除冰雪機械，以滿足不同地區(qū)和工況的除冰雪要求。同時要開發(fā)出效率高的機械，避免除雪作業(yè)造成路面交通擁擠。例如，東北有些城市規(guī)定：對于市區(qū)內主干道，雪停止24H后需運出城市外。(4) 加強行業(yè)間的技術交流與合作。走共同研發(fā)之路。各個廠家根據(jù)自己的實際情況開發(fā)出的產品各有優(yōu)缺點，為了加快除冰雪機械的開發(fā)和應用，應加強企業(yè)間的合

15、作，集中財力、物力和人力走共同發(fā)展之路，實現(xiàn)除冰雪的機械化。冰雪的物理機械性質冰雪的物理機械性質路面冰雪清除機械的行走機構以及清除冰雪的工作裝置與路面上的冰雪相接觸。冰雪的形成特性及其物理機械性質在相當大的程度上決定著清除路面上冰雪的方法，要研究行走機構和工作裝置與冰雪的相互作用關系，首先要分析冰雪的物理機械性質。冰雪的基本特征之一是它的密度，其變化范圍很大，如表 2.1 所示。硬度是雪的物理機械性質的主要指標之一，表示冰雪阻止其它物體壓入的特性，其數(shù)值是根據(jù)它的密度和狀態(tài)決定的，如表 2.2 所示。雪的硬度、密度和溫度之間存在著如圖 2.1 所示的關系，溫度愈低，硬度愈高；密度愈大，硬度愈高

16、4。后面對路面冰雪清除機的工作阻力以及牽引力進行計算時，需要知道雪的機械性質，表示雪的機械性質的指標通常是內外滑動摩擦系數(shù)、切削阻力系數(shù)、附著系數(shù)和行駛阻力系數(shù)。機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計2.22.2 雪的密度雪的密度雪 的 狀 態(tài)密 度（g/cm3）新下的雪落下 30 天的雪大于 30 天的雪密實的雪冰雪混合冰0.100.150.200.300.340.420.400.600.600.750.90雪的摩擦性質決定于它的內外摩擦系數(shù)。根據(jù)雪的狀態(tài)，它的內外摩擦系數(shù)分別列于表 2.3 和表 2.4。表示雪的切削阻力的指標，一般是用切削阻力系數(shù) k0，它是切斷橫

17、斷面等于 1的冰雪層所必需的力，k0的大小載入表 2.5 中。路面上積雪之后，大大地改變了路面的使用特性。對于冬季養(yǎng)護道路的機器進行牽引計算時，必須知道機器沿著各種冰雪路面行走時的滾動阻力系數(shù)和附著系數(shù)。輪胎與冰雪路面間的附著系數(shù)載入表 2.6。c行駛阻力系數(shù)，一般較外摩擦系數(shù)大，因為它不僅產生摩擦，而且還擠壓雪。輪式和履帶式車輛的行駛阻力系數(shù)按表 2.7 選取。2.2 雪的硬度雪的狀態(tài)雪的密度（g/cm3）當溫度由-1-20OC 時雪的硬度（kPa）松 軟 的弱密實的密 實 的很密實的小于 0.250.260.350.360.500.510.60小于 50601002102000380300

18、0機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計圖 2.1 雪的硬度與密度和溫度的關系2.2 路面冰雪清除機基本方案、原理對于路面冰雪的清除，人們曾嘗試了各種清除原理和方案，這些原理和方案有的已在實際中使用，有的則還在探索和完善中。例如，對于清除未被壓實的浮雪，犁式清雪機和轉子式清雪機已在應用中，二者分別采用了推移和旋切的原理。對于被壓實的雪、冰或冰雪混合物，采用的清除原理有鏟剁、錘擊、等，但這些方法經實驗證明要么原理不完善，要么清除壓實冰雪的效果不，有待于進一步完善。針對上述情況，本文嘗試提出了一種對路面上壓實的冰雪進行擠壓、切削、破碎的技術原理。這一思想的來源可聯(lián)想到金屬切

19、削加工，如銑床的銑刀切削表 2.3 內摩擦系數(shù) 2雪 的 溫 度（OC）雪的密度（g/3）0 附近-1 -6-10 以下0.120.200.300.400.470.560.240.300.350.400.420.450.290.330.390.440.470.500.340.360.460.500.530.57表 2.4 外摩擦系數(shù)（對鋼）1 雪 的 溫 度（OC）雪的密度（g/3）-2-4 -16 -30 -100.10.20.100.0850.140.0970.180.11機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計0.30.40.450.500.070.0550.048

20、0.0250.080.0650.0480.0330.090.0750.0560.040加工金屬件。根據(jù)這一思想，確定基本方案三、原理方案設計：三、原理方案設計：3.13.1 功能分析：功能分析：道路除雪道路除雪3.23.2 求功能元解：求功能元解：探索功能元解并列出形態(tài)學矩陣綜合表，如下表所示：小型便道除雪機的形態(tài)學矩陣綜合表小型便道除雪機的形態(tài)學矩陣綜合表功能元解功能元解功能元功能元1 12 23 34 45 5A A動力源動力源電動機汽油機柴油機液動機氣動馬達B B尖端匯集雪尖端匯集雪直立推板曲形推板弧線推板螺旋推板前端鏟雪驅動（尖端鏟雪、平板推雪）堆積（旋轉清掃）取放（融雪劑融化）后端存

21、雪和清除驅動傳動移位復位機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計C C中端存雪中端存雪融雪劑融化收雪槽存儲燕尾槽收集D D移位移位齒輪傳動曲柄搖桿機構傳送帶傳動拉桿傳動E E放物放物傾斜倒出氣動倒出液壓倒出3.3 方案組合：可能組合的方案數(shù) N 為N=5*4*3*4*3=720所以得出的五個方案為： A1-B1-C1-D1-E1；A2-B1-C3-D2-E2；A5-B3-C3-D2-E2；A4-B3-C1-D1-E3；A1-B4-C2-D2-E2。3.43.4 總體方案的幾種組合及比較：總體方案的幾種組合及比較：方案一：方案一：利用吹風和融雪劑的方式，從鼓風機里吹出的高速

22、氣流將積雪吹到路邊，將融雪劑噴灑到雪上，進行雪的融化。吹雪式清雪車運行速度較高，有很高的生產率，但它只適用于新鮮雪，對于壓實的積雪或冰層無能為力，只能在機場、橋梁和高速路上應用，成本很高，不適合開發(fā)小型產品。方案二：方案二：利用一個置于清雪車前部的鏟子，隨著清雪車的不斷前進，將積雪推至路的一邊。推移式清雪車只能將積雪推到路邊，不具備集雪能力，且只適用于新鮮雪或破碎后的壓實雪，效率較低，容易劃傷地面。方案三：方案三：通過氣動馬達裝置進行動力傳輸，利用弧線形推板將雪堆積起來，將雪通過傳輸裝置傳送到燕尾槽并且通過齒輪傳動裝置將雪及時傳到相應的便道機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除

23、雪機設計兩邊，并通過后續(xù)的推雪步驟進行將余雪鏟除。由于本方案中的傳動裝置以及積雪裝置無法及時使道路上的雪清除并且不能起到根本性的清雪。方案四：方案四：本方案通過采用液壓馬達進行前端積雪的蓄積和積雪的融化和傳動過程來實現(xiàn)，但其存在融雪劑釋放時間不同，以及續(xù)集積雪所產生的阻力和積雪處于半融化狀態(tài)的無法除盡的缺點，因為本次設計是主要針對居家以及小型的道路設計的簡潔除雪機，需要考慮道路的寬度以及融雪劑是否能夠完全融化而不產生道路積水堵塞的現(xiàn)象。因為融雪劑融化時會產生冰雪融化成水的過程，會產生比較多的積水，本方案可能會產生銹蝕或者其他影響機器可用性的問題。故此方案的某一結構欠佳。方案五：方案五：利用機械

24、傳動的方式，由集雪器先將積雪攪碎，并輸送至一個方形積雪槽，將其收集好，等到一次或積雪槽已經積滿雪時，利用氣動傳動裝置將裝雪裝置彈出并把雪堆放到合理的地方。螺旋轉子式清雪車適用范圍廣，無論是松散雪、壓實雪清雪效果和效率要比前四種方案好，而且通過螺旋轉子的清雪將清除的雪通過內部的曲柄搖桿急回機構將存雪槽通過移動副快速且穩(wěn)定地將雪倒出，并且一次性將雪移動到指定地點。避免了以往除雪機只是將雪從當前位置吹到兩邊，那種除雪機僅僅適用于大型道路以及對道路兩邊路面質量系數(shù)要求不高的地方，而我們現(xiàn)在是針對與小型道路的除雪機應該更加袖珍化，實用化，節(jié)省資源為主。而且這種方案設計，設計出的產品體積小、成本低、操作方

25、便靈活，適用于道路窄的地方。因此選用第五種方案。故本小型便道除雪機的最優(yōu)設計方案為：故本小型便道除雪機的最優(yōu)設計方案為：A1-B4-C2-D2-E2A1-B4-C2-D2-E2。即為電動機控制的。即為電動機控制的螺旋推板式的利用曲柄搖桿機構倒雪的便道除雪機。螺旋推板式的利用曲柄搖桿機構倒雪的便道除雪機。四、機構設計（包括方案的原理以及基本機構簡圖）：四、機構設計（包括方案的原理以及基本機構簡圖）：最優(yōu)方案的機構設計：小型機械轉子式清雪機工作原理簡述最優(yōu)方案的機構設計：小型機械轉子式清雪機工作原理簡述1 1 基本結構基本結構螺旋轉子式清雪機的結構，主要由原動機、傳動裝置、拋雪器、集雪器和車體等五

26、個部件組成:(1)原動機，通常選用汽油機，提供動力(2)傳動裝置，傳機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計遞運動（3）集雪器，由集雪螺旋、擋板和推雪板等組成(4)拋雪器，由拋雪筒、拋雪轉子等組成;(5)車體及行走裝置，支撐連接其它部件，并具備行走功能。集雪器收集切削積雪，并將處理后的積雪送入拋雪器。拋雪器將積雪沿拋雪筒拋擲到指定位置。圖 1 清雪機的結構示意圖2 2 工作原理工作原理清雪車由車體和安裝在它上面的原動機、傳動裝置、集雪器以及安裝在集雪器上的拋雪器組成。當人以一定速度推動小車時，積雪從前方不斷進入集雪器中，集雪器由反向安裝的雙向螺旋軸、推雪板和擋板組成，由于

27、螺旋軸的高速旋轉，積雪被切碎并通過雙向螺旋的橫向位移迅速集中于集雪器中部拋雪轉子室的入口處，隨車體的前進而進入轉子室，在轉子葉片的帶動下，被不斷沿拋雪筒拋出到指定位置。機構傳動方案設計原理圖：采用曲柄搖桿急回機構機構進行設計積雪傳動方案：機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計考慮了機械原理中很多種移動副，最終結合除雪機中內部裝置應簡化給存雪保證大量的空間，故選擇了低運動副即搖桿滑塊機構。3 3 具體方案的確定具體方案的確定原動機的選擇原動機的選擇動力采用微型發(fā)動機，根據(jù)除雪所消耗的功率選用汽油機，詳細參數(shù)如下：表一 KM178F（A）汽油機型號KM178F（A）型式立式

28、、單缸、四沖程、風冷、直噴式缸徑*行程 mm7862活塞排量 L0.296功率 Kw3.68起動方式反沖式手拉起動或電起動油箱容量 L3.5凈重 kg33發(fā)動機轉速 r/min3000外形尺寸 mm385420450傳動方式的選擇傳動方式的選擇首先由一個帶傳動將汽油機輸出，傳遞到中間傳動軸。傳動軸一部分通過同級帶傳動傳動到單級圓錐齒輪減速器處，通過聯(lián)軸器與拋雪轉子相連。另一機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計部分通過鏈傳動與集雪絞龍連接。人推動清雪機向前運動清雪。圖 2 小型清雪機的結構視圖1.清雪鏟 2.拋雪筒 3.傳動系統(tǒng) 4.發(fā)動機5.扶手 6.機架 7.小車輪

29、 8.大車輪設計車體車體的作用是固定連接集雪器、汽油機等零部件，并具備行走功能。其主體采用 r=5mm 的角鋼焊制而成，并包括扶手，車輪等附件。車體前段用螺栓固定連接集雪器，汽油機和減速器直接固定在機架上，汽油機后置減少自重。機架由車輪軸載重，前部設計兩個小車輪分擔一部分重量。集雪器的設計集雪器的設計集雪器亦稱為螺旋集雪器，配置在整機前方，左右對稱旋向相反，是對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子。 圖 3 小型清雪機螺旋絞龍機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計拋雪轉子的設計拋雪轉子的設計螺旋集雪器配置在整機前方, 左右對稱旋向

30、相反, 是對路面集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人拋雪轉子。拋雪轉子的工作過程, 可比作葉片式鼓風機, 而將雪看作小顆粒工質。積雪經螺旋集雪器傳送到轉子前方, 由于高速旋轉著的轉子產生內外氣流速度壓力差的作用, 使積雪進人高速旋轉的轉子中, 并迅速充滿轉子葉片間的空間。進入轉子的雪在離心力的作用下, 沿轉子徑向葉片端部運動, 并被推壓到轉子殼體內的圓弧表面, 隨轉子葉片作旋轉運動, 到達拋雪口時便被拋出。轉子殼體內表面上的雪拋出速度, 等于葉片頂部的圓周速度。其他雪粒沿徑向移動, 從轉子拋出的絕對速度等于其出口時的徑向速度和葉片頂部圓周速度的矢量和。主要參數(shù)有葉

31、片卸載角、葉片外徑 R 和工作長度、轉子拋雪生產能力 Qt 和拋雪距離xgtL。圖 4 拋雪轉子示意圖轉子卸載角，=1.1,21(1)41Xmmarctgaa式中 -系數(shù)，考慮雪的重量及雪與葉片間的摩擦力的影響，可近似取ma=0.8-0.9，取=0.9111ma ma表 2 外摩擦阻力系數(shù)1機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計+2-1-4-16-300.10.30.50.550.180.090.040.030.10.070.0250.0150.140.080.330.21轉子外徑 R 取決于給定的生產率和轉子葉片頂部的圓周速度, 也要考慮雪在葉片間的充填程度。機架機架

32、本次設計中，機架的設計主要是配合著其他部件的裝配尺寸，通過用角鋼焊接而成的。其外形結構如下圖所示：圖 5 機架基本結構基本結構方案五：利用機械傳動的方式方案五：利用機械傳動的方式目前小型機械式清雪車主要由原動機、傳動裝置、集雪裝置、拋雪裝置、行走系統(tǒng)和操作系統(tǒng)組成。原動機可以采用電機或發(fā)動機，目前大多采用汽油機或柴油機；集雪裝置用來收集積雪，主要采用推雪鏟或螺旋狀攪龍；拋雪裝置是將收集的積雪拋到路的一側或收集裝置中。主要的方式有拋雪葉輪和鼓風機兩種；行走裝置是來實現(xiàn)機器的前進，有手推式和自走式兩種；操作裝置主要控制設備的運轉和行進方向。 機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪

33、機設計工作原理工作原理工作時由原動機提供動力，經由蝸輪蝸桿傳動或帶傳動將動力傳遞到工作部分和行走系統(tǒng)。積雪由集雪裝置收集到一個腔體內，再由拋雪裝置清除出機體，拋雪葉輪利用高速旋轉時的離心力將積雪拋出；鼓風機利用氣流將積雪吹出。這樣在人力推動(手推式)或原動機帶動(自走式)下，清雪車不斷前進，就能實現(xiàn)連續(xù)的清除積雪。小型機械式清雪車結構示意圖如下：原動機原動機傳動裝置傳動裝置車架車架行走裝置行走裝置拋雪拋雪裝置裝置集雪集雪裝置裝置積雪積雪圖 2-1 小型旋轉式清雪車結構示意圖具體方案的確定以及機構傳動機構的設計：功能求解列出功能元解形態(tài)學矩陣功能求解列出功能元解形態(tài)學矩陣形形 態(tài)態(tài)因因 素素12

34、3A集雪器的材料鐵片鋼片合金B(yǎng)集雪器的形狀螺旋狀攪龍推雪鏟單向犁C集雪器的大小大中小D工人人在空間的狀態(tài)坐車駕駛駕駛站這推E將雪拋出拋雪葉輪鼓風機輸送帶F除雪機的動力柴油電動人力加電動機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計原動機的選擇原動機的選擇動力采用微型發(fā)動機，本課題的設計需求大約是每小時掃雪量為 1000，以積雪平均密度為 250/,積雪厚度以 30cm 計算，那么每小時掃雪量為：3m1.00.3m250/7.5kg3103m410在拋雪輪的作用下，設計最大拋雪高度為 4m，那么排雪消耗的功率為：mght7.5 kg10N/kg4m3600s=833w410集雪攪

35、龍在積雪的作用下阻力矩 m=20Nm,那么集雪攪龍消耗的功率為：20Nm23.1410r/s=1256w,其中 10r/s 是攪龍轉速。估計整機重量為 200kg，與路面的摩擦系數(shù)取 0.2,前進速度約為 1m/s, 那么前進消耗的功率為：200 kg10N/kg0.21m/s=400w整機消耗的功率為：833w+1256w+400w=2.49Kw在這一設計要求下，對動力源選型，考慮到清雪車在工作時可能遇到踏實的積雪，故選用功率稍大的發(fā)動機，以滿足不同工作狀況下需要。選用無錫凱馬動力有限公司生產的 KM170F 汽油機，詳細參數(shù)如下：型號KM170F型式單缸立式四沖程風冷直噴式柴油機缸徑*行程

36、 mm7055活塞排量 cc211機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計發(fā)動機轉速 r/min3600功率 Kw3.6起動方式手拉起動/電起動油箱容量 L2.5 凈重 kg27外形尺寸 mm332384416表 2-1 KM170F 汽油機參數(shù)傳動方式的選擇傳動方式的選擇首先由一個帶傳動將動力由汽油機傳出，向前通過一個蝸輪蝸桿傳到工作裝置，向后通過一個蝸輪蝸桿傳到行走系統(tǒng)。結構簡圖如下： 圖 2-2 小型清雪車結構簡圖1. 攪龍 2. 清雪鏟 3. 拋雪筒 4. 傳動系統(tǒng) 5. 發(fā)動機6. 操作裝置 7. 車輪 8. 車架 9. 拋雪輪集雪裝置設計集雪裝置設計本設計采用

37、帶狀螺旋集雪輪，這樣的設計能對集雪有很好的破碎作用，同時又不容易發(fā)生堵塞?；窘Y構如下：機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計圖 2-3 帶狀螺旋集雪輪簡圖以上形式的集雪裝置把切雪、集雪、運雪三大功能于一身，具有很好的效果。其中左邊攪龍左旋，右邊攪龍右旋，這樣積雪所受的力指向兩個攪龍的中間部位，使積雪較容易的進入后面比清雪鏟要窄的拋雪室內。故本小型便道除雪機的最優(yōu)設計方案為：故本小型便道除雪機的最優(yōu)設計方案為：A1-B4-C2-D2-E2A1-B4-C2-D2-E2。即為電動機控制的。即為電動機控制的螺旋推板式的利用曲柄搖桿機構倒雪的便道除雪機。螺旋推板式的利用曲柄搖桿

38、機構倒雪的便道除雪機。鏟雪車的主要結構設計鏟雪車的主要結構設計4.4. 1 1 破冰輥的設計破冰輥的設計鏟刀前面作用在冰雪層上的力有法向力和摩擦阻力 ,該二力的合力在 x、y方向分解為兩個力,x 方向的力與鏟刀前進方向一致，起擠壓路面冰雪層的作用，y 方向的力起使其與路面剪切分離的作用，與鏟刀前進方向垂直，使與路面分離的冰雪產生張力，并在內部產生彎曲應力而脆斷。圖 3 為鏟刀受力圖。 設計鏟刀時，必須使其滿足一定的切削性能和力學性能的要求，減少切削阻力和鏟刃磨損，降低能量消耗，延長鏟刃的使用壽命，并有利于提高清除率。 為了提高除雪機對雪層厚度的適應能力，破冰輥上的刀片設計為能進行機械調節(jié)，以便

39、改變與地面的接觸高度，在破冰的同時不損傷地面。 破冰輥的作用是將雪層從路面上剝離，其結構形式為：一系列的刀片沿徑向均布于主軸圓周上，并與主軸上的輻板鉸接;在軸向上，并排地分布著多排這樣的與輻板鉸接的刀片，以形成一定的除雪幅寬。工作時刀片除與主軸一起轉動外，還可繞鉸鏈在一定角度內擺動，刀片靠扭力彈簧保持其徑向固定位置。除雪作業(yè)時，刀輥主軸以一機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計定的轉速旋轉，同時以速煌度:。前進，這就使分布在主軸圓周上的刀片依次敲擊雪層然后刮擦，使雪層與路面剝離。當遇有路面凸起或阻力過大時，刀片就克服彈簧阻力繞鉸鏈擺動一定的角度，實現(xiàn)避讓障礙的動作，從而

40、自動適應路面，起到保護路面的作用。圖 4 為破冰輥結構示意圖。機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計4.4. 2 2 主要參數(shù)的確定及計算實例主要參數(shù)的確定及計算實例 (1)取車速:。=10 km/ h 。 ( 2)刀具所在圓周直徑取 D= 500 mm 時，結構上允許其圓上分布 Z= 14 個刀片。 ( 3)據(jù)人工除雪經驗，兩次敲擊的間距小于 40 mm 時才能保證除雪質量。 ( 4)據(jù)上述條件可計算出刀輥所應具備的轉速 n= 297. 6 r/ min。 ( 5)刀具對地面的敲擊力度可用動量來表示: P 刀=m X v 經計算 v= 5 m/ s，代入式(2)，則

41、P 刀=2X5=10 kgm/ s ( 6)人力除雪時，設鐵鍬對地面的作用力 F= 100N, m= 2 kg 的鐵鍬經 s=250 mm 距離撞擊地面，其加速度和作用時間分別為 a= 50 m/ sZ, t= 0. 1 s，則撞擊速度:=at= 5 m/ s。那么人工除雪鐵鍬對路面的作用力度為: P 人=m X v =10 kgm/ s 經上述計算說明輥刀對地面作用力與人力相仿實際工作時我們可通過控制刀片質量、彈簧扭力、刀輥轉速、行車速度等因素來保證刀片對路面的作用力度小于或等于人工除雪，或者使其在某一合適的范圍。五、結構設計：五、結構設計：根據(jù)第四部分對除雪機的內部機械結構的設計，以及曲柄

42、搖桿機構的設計，最終根據(jù)以上兩個能夠真正實現(xiàn)的方案進行進一步的比較，得出最優(yōu)方案的機構設計，并對此進行結構的強度校核以及其他參數(shù)的計算和二維內部結構剖面圖、三維模擬圖形的繪制。首先由一個帶傳動將動力由汽油機傳出，向前通過一個蝸輪蝸桿傳到工作裝置，向后通過一個蝸輪蝸桿傳到行走系統(tǒng)。結構簡圖如下：機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計-小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計 小型清雪車結構簡圖1. 攪龍 2. 清雪鏟 3. 拋雪筒 4. 傳動系統(tǒng) 5. 發(fā)動機6. 操作裝置 7. 車輪 8. 車架 9. 拋雪輪集雪裝置設計集雪裝置設計本設計采用帶狀螺旋集雪輪，這樣的設計能對集雪有很好的破碎作用，同時又不容易發(fā)生堵

43、塞?；窘Y構如下：帶狀螺旋集雪輪簡圖以上形式的集雪裝置把切雪、集雪、運雪三大功能于一身，具有很好的效果。其中左邊攪龍左旋，右邊攪龍右旋，這樣積雪所受的力指向兩個攪龍的中間部位，使積雪較容易的進入后面比清雪鏟要窄的拋雪室內。小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計小型清雪車的設計計算及校核小型清雪車的設計計算及校核帶傳動計算帶傳動計算發(fā)動機輸出功率 P=3.6Kw, i=1.81確定計算功率caP由于載荷變動微小，因此取=1.0 則=P=1.03.6Kw=3.6KwAKcaPAK式中計算功率，單位為 Kw；caP工作情況系數(shù)；AKP傳遞的額定功率。2選擇帶型由=3.6Kw,小帶輪轉速=3600r/m

44、in,選擇 A 型帶。caP1n3確定帶輪的基準直徑和1dd2dd1 ) 初選小帶輪的基準直徑=80mm，1dd則大帶輪的基準直徑=i=1.880=144mm 查表取=140mm2dd1dd2dd2 ) 驗算帶速V=3.1480mm3600r/min=15.072m/s35m/s,11ndd4確定中心距 a 和帶的基準長度dL根據(jù) o.7(+)2(+)得1dd2dd0a1dd2dd初步確定 a=300mm,基準長度 =948.4mm 公式（3-1） 取=900mmdL實際中心距 a=+ 0a=275.8mm5驗算主動輪上的包角1=180-157.5=167.49120 包角合適。6確定帶的數(shù)

45、z Z= 公式（3-2）取=1.64；=0.5；=0.98；=0.87, 則 z=1.820P0PKLKadddd)(1202222104)(2)(2addddaLddddd2ddLL LKKPPcaP)(00小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計取 z=2式中考慮包角不同時的影響系數(shù)；K考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)；LK單根 A 帶的基本額定功率；0P計入傳動比的影響時，單根 A 型帶額定功率的增量。0P7確定帶的預緊力0F 公式（3-3） 帶入數(shù)據(jù)計算得=115.33N0F8計算帶傳動作用在軸上的力pF=2zcos=2zcos(/2/2)pF0F2/0F1=22115.33Nsin(167.

46、49/2)=458.59N式中 z帶的根數(shù)；單根帶是預緊力；0F主帶輪上的包角。1軸承壽命計算和潤滑方式的選擇軸承壽命計算和潤滑方式的選擇壽命計算壽命計算輸入功率 P=3.6Kw，帶傳動效率=0.97,傳動比 i=1.8由于軸 1 上的一對深溝球軸承轉速最高，故要對其進行壽命計算,設計壽命。所受的徑向力為帶輪作用在軸上的力=458.59N。hLh10000rFpFNnPT3 .166748 . 1360097. 06 . 31055. 91055. 966圓周力NdTFt59.2311443 .16674222圖 3-120) 15 . 2(500qvKzvPFca小型便道除雪機設計小型便道除

47、雪機設計圖 3-21求兩軸承受到的徑向載荷和1rF2rF將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面（圖 3-1）和水平面（圖 3-2）兩個平面力系，帶輪安裝于兩軸承的中心位置。其中=229.3NvrF1vrF22rF2458.59=115.8NHrF1HrF22tF259.231則=1rFNFFHrvr88.2561212=2rFNFFHrvr8 .2562222軸向上沒有受力，所以021aaFF2求軸承的當量動載荷和1P2P因為 011raFF1e022raFF2e式中、為判斷系數(shù)，其值大于 0。1e2e則對軸承 1 =011X1Y 對軸承 2 =012X2Y3驗算軸承壽命由于輕微沖擊，取=1.1

48、pfNFYFXfParp88.256)(11111NFYFXfParp88.256)(22222由于=，所以兩個軸承的壽命一樣。只需計算其中一個，深溝球軸承1P2P=，查得深溝球軸承的基本額定動載荷 C=19.5kN,則軸承壽命為：310hPCnLh7310616105 . 1)88.25619500(20006010)(6010hLh10000故滿足要求。小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計潤滑方式的選擇潤滑方式的選擇在本設計所應用的軸承中，蝸桿傳動箱體內的圓錐滾子軸承 30203 和圓錐滾子軸承 30206 采用油潤滑。對于其它軸承由于轉速不高，故采用脂潤滑。其中傳動軸軸 1（見小型清雪車

49、裝配圖）上的兩個深溝球軸承 60206 的轉速最高，因此只計算此對軸承的 dn 值。一般用滾動軸承的 dn 值（d 為滾動軸承的內徑，單位為 mm；n 為軸承轉速，單位為 r/min）來選擇軸承的潤滑方式。查得深溝球軸承 60206 的內徑 d=30mm，軸 1 的轉速 n=2000r/min，適用于深溝球軸承脂潤滑的 dn 值界限是 16。410對于此對軸承 dn=30mm2000r/min=616。410410故可以采用脂潤滑。軸的校核軸的校核由于工作裝置中蝸桿軸（見小型清雪車裝配圖）直徑最小，而且跨度最大，因此要進行必要的校核計算。由發(fā)動機傳向工作部分的功率 P=3Kw,效率=0.8，轉

50、速 n=2000r/min。1求蝸桿軸上的功率和轉距2P2T=P=3Kw0.8=2.4Kw2PNmmnPT1146020004 . 21055. 91055. 962622求作用在蝸桿上的力已知蝸桿的分度圓直徑=22.4mm1d而 =122dTFtN6 .5114 .2211460NFFntr5 .18618. 3cos20tan6 .511costanNFFta4 .2818. 3tan6 .511tan圓周力、徑向力和軸向力的方向如下圖所示：tFrFaF圖 3-3 蝸桿受力示意圖小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計其中=50mm , =465mm。1L2L3初步確定軸的最小直徑軸的材料是

51、45 鋼，調質處理。取=112，于是得0AmmnPAd9 .1120004 . 2112230min軸上直徑最小的地方是左端安裝軸承處，其直徑為 17mm。4求軸上載荷從軸的結構圖上可以看出蝸桿部分中間位置是最危險的截面，計算其 M、和列于下表。HMVM載荷水平面 H垂直面 V支反力 F=462N =50N1NHF2NHF=169N =18N1NVF2NVF彎矩 M=23100NmmHM=8450Nmm =8132Nmm1VM2VM總彎矩=24597Nmm1M22845023100 =244902M22813223100 扭矩 T=11460N2T表 3-15.按彎扭合成應力校核軸的強度取=0

52、.6,軸上的計算應力MpaWTMca45. 7701 . 0)114606 . 0(24597)(3222212軸的材料為 45 鋼，調質處理，查得=60MPa。1因此，故安全。ca1小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計三維造型、人機工程學應用和有限元分析三維造型、人機工程學應用和有限元分析三維造型三維造型小型便道除雪機整體造型小型便道除雪機整體造型整體造型圖工作部分造型工作部分造型螺旋滾子圖小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計行走部分造型行走部分造型輪子三維圖人機工程學的應用根據(jù)人機學原理，人要在各種環(huán)境中，使用工具、操作機器。人和機器及周圍的環(huán)境句構成了一個系統(tǒng)，人機學就是從系統(tǒng)論的觀點來

53、研究人（操作者和使用者）機器（包括人操作和使用的機器工具，設備幾工程系統(tǒng)）環(huán)境（人操作和機器工作的環(huán)境）所組成的系統(tǒng)，組成三要素及其相互關系。它研究的重點是人，從人的生理和心理特征來考慮，使系統(tǒng)中的三要素相協(xié)調，以便促進人的身心健康，提高人的工作效率。圖 5-4 在本設計中，由于人的身高不同，所以在操作本清雪車時，對扶手的高度要求也不一樣，因此要考慮扶手要能調節(jié)，而且結構不能太復雜。本設計中采用一種簡單易行的辦法對扶手進行調節(jié)。如上圖所示。通過扶手末端和車架相連，調節(jié)高度時，先松開螺栓，進行調節(jié)到合適的高度，再擰緊螺栓，這種方小型便道除雪機設計小型便道除雪機設計法簡潔方便，而且成本低。成年人的

54、身高大約從 1.5m 到 2m 不等?？烧{節(jié)的最大高度從 1.2m 到 0.8m，方便一般人的操作。有限元分析Solid Edge 是十分實用的三維設計軟件，應用此軟件可以對零件進行有限元分析，并導出分析報告。方便設計人員對設計的零件進行校核檢驗。本設計中對拋雪輪進行了有限元分析，并導出分析報告，結果如下：1. 材料屬性材料名稱鋼質量密度7833.000 kg/m3楊氏模量199947953.000 kPa泊松比.290熱膨脹系數(shù).0000 /C導熱率.032 kW/m-C屈服強度262000.766 kPa極限強度358527.364 kPa2. 載荷和約束信息載荷集名稱載荷 1載荷類型力載

55、荷元素數(shù)量8載荷值250000.000 mN受約束面的數(shù)量13. 研究屬性網格類型Tetrahedral 單元網格元素數(shù)量8,747節(jié)點數(shù)量18,013求解器類型Nastran4. 應力結果類型范圍值XYZ最小值1.166e+001 kPa50.00 mm.00 mm-25.00 mmVon Mises 應力最大值2.028e+005 kPa4.42 mm32.42 mm-34.54 mm5. 位移結果類型范圍值XYZ最小值0.00e+000 mm -8.96 mm1.50 mm103.68 mm所得位移最大值3.72e+000 mm -16.67 mm8.54 mm39.08 mm小型便道除

56、雪機設計小型便道除雪機設計6. 安全系數(shù)安全系數(shù)值1.292圖 5-6課題名稱- 1 -謝 辭本文是在指導教師馬愛梅老師的悉心指導下完成的，從論文選題、課題調研、試驗指導、理論分析到論文撰寫，無不傾注了老師的心血和汗水。向所有曾經關心和幫助過我的老師、同學和朋友致以誠摯的謝意！在整個設計即將完成之際，我要真誠地感謝馬愛梅老師，在她的指導下，設計得以順利的完成。在機械創(chuàng)新設計這門課的學習過程中，馬老師認真負責的給我們講解這么課程和豐富的專業(yè)知識令我受益非淺。并使我學到了許多進行科學研究的有益方法。在這里，我要感謝他在設計中給我的幫助，也感謝她使我學到了知識。值此論文脫稿之際，謹向馬老師表示衷心的

57、感謝，并致以崇高的敬意！這次設計是我第一次將自己所學的知識轉化為一項產品，而這次的設計的量大且較為復雜，所以在設計過程中遇到了不少的阻力。另外整個設計的時間又很有限，很多地方不能去深入探討、研究。由于本組的設計水平有限，設計過程中存在一些不足或錯誤之處，懇請各位老師批評指正。課題名稱- 2 -參考文獻參考文獻1楊可楨，程光蘊，李仲生.機械設計基礎M. 第五版.北京：高等教育出版社,2005 年 10 月.2孫恒，陳作模，葛文杰；機械原理M. 第七版.北京：高等教育出版社, 2005 年 12 月.3高志，黃純穎.機械創(chuàng)新設計M. 第二版.北京：高等教育出版社,2013 年 12月.4王萬鈞，胡

58、中.農業(yè)機械設計手冊上冊M.機械工業(yè)出版社,1988 年.5單輝祖；材料力學.北京：高等教育出版社,2004 年 5 月.74866龔溎義，羅圣國，李平林.機械設計課程設計指導書M.北京：高等教育出版社,1990 年4 月.7吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊M.北京：高等教育出版社,2006 年 4 月.8韓進宏.互換性與技術測量M.北京：機械工業(yè)出版社,2004 年 7 月.65789周健.AutoCAD 2007 中文版應用教程M.北京：機械工業(yè)出版社,2007 年 1 月.748110王忠.機械工程材料M.北京：清華大學出版社,2005 年 10 月.19623211王擇，程靳.理論

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