小型路面掃雪機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

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1、 . 大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題 目小型路面掃雪機的結(jié)構(gòu)設(shè)計專 業(yè)機械設(shè)計制造與其自動化 班 級 機設(shè)07Q2學(xué) 生馬傳磊學(xué) 號指導(dǎo)教師蔡冬梅二一一年五月二十 日26 / 271前言1.1選題的意義中國有句古話叫做“瑞雪兆豐年，冬季一場大雪能帶來明年的好收成.但是積雪給城市交通帶來巨大的麻煩，尤其是我國的北方地區(qū)。我國北方氣候寒冷、冬季時間較長，降雪量較大，常會引起塞車、交通事故、行人摔傷等一系列問題，我們的環(huán)衛(wèi)工作人員在大雪后忙于去除主干道等主要路面的積雪，而對于一些非大型機械車輛行駛的路面很難與時的清理，對過往的路人很不方便。尤其是在一些校園，廠礦企業(yè)或居民小區(qū)的小型路面積雪得不到相關(guān)部門的與

2、時去除，來往的路人很不方便，甚至出現(xiàn)意外事故，給人們的戶外生活帶來不便。目前我國對于較窄路面的清雪方式仍然是依靠人力，用鐵鍬和掃帚等工具將積雪清理， 清雪效率較低，所以，我們準備設(shè)計這種針對小型路面除雪的小型機械，提高積雪的清掃效率，為過往的行人帶來方便，同時減少了不必要的事故發(fā)生，能在大雪后為緊的環(huán)衛(wèi)部門減輕了一定的壓力。1.2國外研究現(xiàn)狀掃除冰雪機械在國外已有幾十年的歷史，其技術(shù)先進，現(xiàn)在已經(jīng)有成型產(chǎn)品在廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，清雪機械的開展迅速，已經(jīng)在市場上流通的清雪機主要有鏟刮式除雪機系列，拋揚式除雪機系列，刷掃式掃雪機系列，擊振式破冰除雪機系列等，但仍以大型車輛帶動清雪裝置實現(xiàn)清理積雪的任務(wù)

3、。雖然它們整機性能穩(wěn)定，但是造價都很高，并且不適合學(xué)校、單位等住宅小區(qū)路面的清雪工作。現(xiàn)在市場上的掃雪機按工作方法來分主要有兩種類型：第一種為拋雪式掃雪機。它利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片將雪旋進掃雪機，再沿導(dǎo)管拋運到車上的儲雪箱中。這沖機器最突出的特點是：寬幅、高效、采用大功率主機，在北歐國家使用較廣。第二種是先將積雪收集，再利用輸送帶向后傳送、裝車。這種機器在俄羅斯較常見。目前國有幾家單位正在進展掃除冰雪機械和掃雪機的研發(fā)，產(chǎn)品已進入市場。1.3本文主要任務(wù)根據(jù)目前已有的清雪設(shè)備設(shè)計出一種適用于學(xué)校、社區(qū)、工廠的小型清雪裝置，能實現(xiàn)集雪、運雪拋雪功能.要進展合理的方案論證和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對主要零件進展設(shè)

4、計計算校核。(1)根據(jù)國外資料進展方案設(shè)計，進展比擬優(yōu)化，從中選出最優(yōu)方案。(2)具體進展各個工作局部的設(shè)計，確定其根本尺寸，安裝方式。2掃雪機設(shè)計方案分析比擬2.1總體方案的幾種組合與比擬 方案一:利用吹風(fēng)的方式，從鼓風(fēng)機里吹出的高速氣流將積雪吹到路邊，吹雪式清雪車運行速度較高，有很高的生產(chǎn)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(yīng)用，本錢很高，不適合開發(fā)小型產(chǎn)品。 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

5、案三:利用機械傳動的方式，由集雪器先將積雪攪碎，并輸送至一個高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，將其拋到路邊。螺旋轉(zhuǎn)子式清雪車適用圍廣，無論是松散雪、壓實雪清雪效果和效率要比前兩方案好，而且這種方案設(shè)計，設(shè)計出的產(chǎn)品體積小、本錢低，適用于道路窄的地方。因此選用第三種方案。2.2小型清雪車工作原理簡述根本結(jié)構(gòu) 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(cè)或收集裝置中。主要的方式有拋雪葉輪和鼓風(fēng)機兩種。行走裝置是來實現(xiàn)機器的前進，有手推

6、式和自走式兩種;操作裝置主要控制設(shè)備的運轉(zhuǎn)。工作原理工作時原動機提供動力，經(jīng)帶傳動到行走系統(tǒng)和工作局部。積雪由集雪裝置收集到一個腔體，再由拋雪裝置去除出機體，拋雪葉輪利用高速旋轉(zhuǎn)時的離心力將積雪拋出。這樣在原動機的帶動下，清雪車不斷的前行，能實現(xiàn)連續(xù)的去除積雪。小型機械清雪機的結(jié)構(gòu)示意圖如下：積雪集雪裝置拋雪裝置動力機傳動裝置行 走 裝 置 圖2.1掃雪機的結(jié)構(gòu)示意圖2.3 原動機的選擇和具體的實施方式原動機的選擇由于本清雪機主要用于室外的小型路面，所以動力機體積不能太大且不適用電動機，我們選用的是微型汽油機。本課題的設(shè)計需求大約是每小時掃雪量為1000 ,以積雪密度250kg/m,積雪厚度以

7、20cm計算，每小時的掃雪量為：在拋雪葉輪的作用下，拋雪揚程為3m,那么雪排出的初速度為4m/s,7.510kg10N/kg4m/s3600=833w集雪攪龍在積雪的作用下阻力為20N,那么集雪攪龍消耗的功率為:其中l(wèi)Or/s是攪龍轉(zhuǎn)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lm/s,那么前進消耗的功率為:200100.2=400w整機消耗的功率為:834w+1320w+400w=2554w根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析以與考慮到功率的磨損等消耗，選用了凱馬KM170F柴油機型號KM 170F型式單缸立式 風(fēng)冷 四沖程柴油機排量ml211發(fā)動機轉(zhuǎn)速r/min3600/3000燃油推

8、薦0號或10號柴油機油容量l2.5啟動方式反沖手拉啟動重量kg26外形尺寸mm332348416機油型號SAE10W30(CC級以上) 表2.1 KM 170F 柴油機參數(shù)2.3.2傳動方式的選擇首先是由一個傳動帶將柴油機的動力傳給一動力軸， 經(jīng)過一個錐齒輪和帶傳動分別將動力傳給拋雪葉輪和攪雪輪。結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖 2.2 小型清雪機得傳動原理圖1.攪雪輪 2.聚雪斗 3.拋雪筒 4.拋雪輪 5.動力機 6.帶傳動7.減速器 8.鏈傳動 9.變速器 10.錐齒輪 11.行走輪集雪裝置的設(shè)計本設(shè)計采用的是帶狀螺旋集雪輪，這樣的設(shè)計能對積雪有很好的破碎作用，不至于發(fā)生堵塞的情況。根本機構(gòu)如下：以上

9、形式的集雪裝置將切雪，碎雪，集雪，運雪幾大功能于一身，具有很好的效果。左右兩邊的絞龍旋向正好相反，將兩邊的雪集中到中央，傳遞到拋雪輪下，在拋雪輪的高速旋轉(zhuǎn)下將雪拋出。3小型清雪機的設(shè)計計算和校核3.1帶傳動計算1確定工作的功率由于清雪機的整體載荷變化不大，所以我們?nèi)∠禂?shù) K=1.0 那么 P =KP=1.03.6KW=3.6KW公式中：p為計算功率，單位為 kw k為工作情況系數(shù) p為傳動的額定功率2選擇帶型由于p=3.6kw ,小帶輪轉(zhuǎn)速為3600r/min,選擇A型帶。3 確定帶輪的基準直徑 d,d1初選小帶輪的基準直徑。經(jīng)過查表選取小帶輪的基準直徑為 d=80mm,2確定大帶輪的基準直徑

10、 d=801.8=144mm 查表選擇大帶輪的基準直徑為140mm4驗算帶速 V=3.14dn=3.140.0860r/s=15m/s35m/s5確定中心距a和帶的基準長度 L根據(jù)公式 0.7dda2dd得154mma440mm 初步確定中心距300mm,基準長度L=949.3mm取基準長度為 L=900mm實際中心距那么為 a=a=276mm6驗算主動輪上的包角=18057.3=167.5120所選擇的包角符合標準。 7計算帶的根數(shù)z計算帶的根數(shù)的公式為Z= 由d=90mm,轉(zhuǎn)速n=3600r/min 查表得p=1.64kw。 根據(jù)n=3600r/min i=1.8 和A型帶 查表的=0.5

11、kw 查表的 k=0.98, k=0.87. 于是 p=(1.64+0.5)0.980.87=1.824Z=1.972取 z=2 備注： k 考慮包角不同時的影響系數(shù)K 考慮帶的長度不同的時候的影響系數(shù)P 單根A帶的根本額定功率 計入傳動比的影響時，單根A型帶額定功率的增量8確定單根v帶的初拉力的最小值f 經(jīng)查表的單根A型帶的單位長度質(zhì)量為0.1kg/m,所以 f=500+qv=5000.115 =122.3N 應(yīng)使帶的實際初拉力F(F)9計算壓軸力 F壓軸力的最小值為 F=2zfsin=22122.3sin=486.3N公式中 z 帶的根數(shù)F單根帶的預(yù)緊力主帶輪上的包角3.2鏈傳動的計算掃雪

12、機上由減速器到變速器之間的傳動方式選用的是鏈傳動的方式，故要對其進展設(shè)計計算1選擇鏈條齒數(shù) 確定鏈條傳動速比 i=1.4 查表的小鏈輪的齒數(shù)為z=25 那么 大鏈輪的齒數(shù) z=251.4=35120 符合要求2 確定計算功率 因為鏈傳動工作平穩(wěn)，查表選擇傳動系數(shù)為 k=1.1 ,計算功率為P=kp=1.10.4kw=0.44kw3 初定中心距a,取定鏈節(jié)數(shù)l 初定中心距a=(3050)p 取a=40p L=() =() =110.1 L取偶數(shù) 110 節(jié) 4 確定鏈節(jié)距 首先確定系數(shù) K,K,K 查表得小鏈輪的齒輪系數(shù)為k=1.34 由圖查得k=1.09 選單排鏈，得k=1.0 所需傳遞的額定

13、功率為P=280w選擇滾子鏈型號為12A， 節(jié)距p=19.06mm5 確定鏈長和中心距 鏈長L=lp/1000=2.09m 中心距 a= (l) =(110)+mm =602.25mm a550mm 符合設(shè)計要求。 中心距的調(diào)整量應(yīng)該大于2p2p=219.06=38.12mm實際安裝中心距為 a=a=602.2538.12=564.13mm6 求作用在軸上的力 鏈速V=1.02m/s 工作拉力f=1000p/v=10000.4/1.02=392.16N鏈傳動的工作平穩(wěn)，取壓軸力系數(shù)為K=1.2那么軸上的壓力為 F=FK=392.161.2=470.6N7 選擇潤滑的方式 根據(jù)鏈速為1.02m/

14、s,鏈節(jié)距19.06mm 選擇油浴和飛濺潤滑方式。 設(shè)計結(jié)果：鏈條型號 12A-1-110GB1243 ，鏈輪齒數(shù)z=25,z=35 ;中心距a=563.13mm 壓軸力F=470.6N。3.3變速器的齒輪計算選定齒輪類型，精度等級，材料和齒數(shù)1根據(jù)傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動2掃雪機的運動速度不高，應(yīng)選用7級精度GB 10095-98。3材料選擇。選擇小齒輪材料為40cr(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS,大齒輪材料為45調(diào)質(zhì)硬度為240HBS,兩者材料硬度相差40HB.(4)選取小齒輪的齒數(shù)z=25,大齒輪齒數(shù)為z=225=50按照齒面接觸強度計算由設(shè)計計算公式進展試算d2.32(1)確定公式

15、的各個計算數(shù)值。1)試選載荷系數(shù)k=1.32)計算小齒輪的傳動轉(zhuǎn)矩T=9.510Nmm3)選取齒寬系數(shù)4) 由表查得材料的彈性影響系數(shù)。5) 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。6) 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =604012830015 =1.73107) 取接觸疲勞壽命系數(shù)。8計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，平安系數(shù)S=1，得(2) 計算1)試計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。2)計算圓周速度v。3) 計算齒寬b。4) 計算齒寬與齒高之比。模數(shù)齒高h=2.25=2.106mm5) 計算載荷系數(shù)。根據(jù)v=0.103m/s,7級精度，由表查得動載系數(shù)；因為是直齒

16、輪傳動，；由表查得使用系數(shù)；由表用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，。由查圖得；所以載荷系數(shù)6) 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得7) 計算模數(shù)m。按齒根彎曲強度設(shè)計彎曲強度的設(shè)計公式為1確定公式的各計算數(shù)值1 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限；2 取彎曲疲勞壽命系數(shù)；3 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞平安系數(shù)S=1.4，得4計算載荷系數(shù)K。5 查取齒形系數(shù)。由表查得 。6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)。由表查得 。7 計算大小齒輪的并加以比擬。大齒輪的數(shù)值偏大。2 設(shè)計計算將數(shù)值代入公式 ，得比照計算結(jié)果，根據(jù)齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于根據(jù)齒根彎曲

17、疲勞強度計算的模數(shù)，因為齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒徑直徑即模數(shù)與齒數(shù)的乘積有關(guān)，可取由彎曲強度計算所得的模數(shù)1.79。并就近圓整為標準值m=2,按接觸強度算得的分度圓直徑d=26.7mm算出小齒輪的齒數(shù)Z= =25大齒輪的齒數(shù) z=325=75這樣設(shè)計的齒輪傳動，既滿足了吃面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，防止浪費。幾何尺寸計算(1計算分度圓直徑d=zm=225=50mmd=zm=752=150mm(2) 計算中心距a=62.5mm(3)計算齒輪的寬度b=d=150=mm3.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算和校核

18、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)求輸出軸上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸入功率為3.0kw ,取帶傳動的傳動效率=0.97，那么 又因為 于是得到(2)求作用在皮帶輪上的力因為皮帶輪的分度圓直徑為 140mm.所以圓周力(3) 初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。取=112，于是得考慮到安裝皮帶輪的徑，故取輸出軸最小直徑為25mm，即=25mm。(4) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 01段要安裝一皮帶輪，根據(jù)皮帶輪的直徑取其長度為40mm,03段安裝深溝球軸承，取其長度為17mm,06段安裝的是錐齒輪，取其長度為70mm,軸端安裝的是皮帶輪，根據(jù)其厚度，取軸端段長度為35mm。其余長度那

19、么根據(jù)分配需要來確定(5) 初步選擇滾動軸承。因軸承只需要承受徑向力的作用，也承受到軸向力的作用，應(yīng)選用深溝球軸承6007，和圓錐滾子軸承30207。 軸的校核因此軸的轉(zhuǎn)速較高所以要對該軸進展校核，以保證掃雪機整體質(zhì)量 發(fā)動機傳到軸上的功率為p為3kw,轉(zhuǎn)速為2000r/min(1) 求軸上的功率p和轉(zhuǎn)矩TP=P=30.8=2.4(kw) T=9.5510=9.5510=11460(N)(2) 求作用在軸端的力已得軸端的分度圓直徑為d=20mmf=1146NF=f=1146=417.75NF=ftan=1146tan3.18=63.67N圓周力F,徑向力F和軸向力F的方向如下列圖L =50 L

20、=7503求軸上的載荷又因為 從軸所在的位置來看，軸端位子是最危險的截面，計算其M, M,M，列于下表。載荷水平面H垂直面V支反力F=1074N F=72NF=391N F=26N彎矩MM=46340N.mmM=19582N.mm總彎矩M=50307N.mm扭距TT=11470N4 按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強度 取=0.6，軸上的應(yīng)力計算=1.4Mpa 軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，查的=60 Mpa,因此，故平安3.5 軸上錐齒輪的設(shè)計計算按齒面接觸疲勞強度進展計算設(shè)計計算公式是：()321215.01)(92.2uKTZdRRHEtffs-=1確定公式的各計算數(shù)值1) 初選載荷系數(shù)：K=2.

21、02小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩： T1=9550833/2000=3977.6 (NMM)3選取齒寬系數(shù)：R=1/34)查得材料的彈性影響系數(shù)：ZE=189.8MPa5)查得齒輪的接觸疲勞強度極限：Hlim1=Hlim2=550MPa.6)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N1=60n1jLh=6020001(836510)=3.5109N2=N1/2=1.751097)查得接觸疲勞壽命系數(shù)：KHN1=0.90，KHN2=0.958)計算接觸疲勞許用應(yīng)力,取失效概率1，平安系數(shù)S=1。H1=H2=2計算1)計算小齒輪最小分度圓直徑= =73.54(mm)2)計算圓周速度m3)計算載荷系數(shù)11.151(1.51.25)=2.1

22、564)按實際載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑5)計算模數(shù)按齒根彎曲強度設(shè)計設(shè)計公式：1確定公式的各計算數(shù)值1)查得彎曲疲勞極限2)彎曲疲勞壽命系數(shù)3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞平安系數(shù)S=1.44)載荷系數(shù)K5)齒形系數(shù)、應(yīng)力校正系數(shù)，6)計算大小齒輪的并加以比擬2計算1.89mm比照計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲疲勞強度算得的模數(shù)1.89并就近圓整為標準值m=2，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=73.54mm，算出小齒輪齒數(shù)為使

23、做成獨立的齒輪，便于加工，取小齒輪齒數(shù)40，大齒輪齒數(shù)240=80既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，防止浪費。幾何尺寸計算 1計算分度圓直徑2計算錐距3計算齒輪寬度等各個數(shù)據(jù)參數(shù)BR/3=24.03(mm)取B=24mm分錐角齒頂高齒根高齒頂圓直徑齒根圓直徑齒根角頂錐角=26.565+1.39=27.955=63.4350+1.390=64.5250根錐角=26.5651.39=25.175=63.4351.39=62.0453.6 減速器的選擇由原動機傳出的轉(zhuǎn)速較高，而掃雪機的行走速度需要接近人正常行走速度，所以需要一減速器來減小其轉(zhuǎn)速，考慮到掃雪機的容積量

24、的大小，需要一小型的減速器，綜合市場出售的減速器來看，選取了紅旗減速器生產(chǎn)的AQH25型減速器，此減速器可用于正反兩向運轉(zhuǎn)，減速器的最高轉(zhuǎn)速不大于2000r/min，而且減速器可在零下40攝氏度的低溫下工作，減速器有九種傳動比，和三種低速軸軸端形式可根據(jù)工作需要來選取，同時此減速器外形尺寸為440230325mm,符合安裝要求。4 結(jié)論 由于是第一次完整的設(shè)計一個產(chǎn)品，難免會有許多缺乏之處，比方掃雪機得方向沒法自動控制，仍需要人力來完成，同時沒有將動力機和減速器集合到箱體，影響了整車的美觀，這仍然需要在以后的設(shè)計工作中積累經(jīng)歷完善自己的缺乏。但是通過此次獨立的完成自己的畢業(yè)設(shè)計，學(xué)到了很多東西

25、，積累了一定的工作經(jīng)歷，并把這幾年學(xué)到的專業(yè)知識又重新拾起，受益匪淺。參考文獻1吳書琴，喬非，春山，城市道路散雪除雪機J.工程機械，2007,38：14-17.2盛林, 宏文，公路快速清雪裝置的設(shè)計J.筑路機械和施工機械化，2002,19(96):3-4 .3凌波，朱志堅，多功能道路清雪機的液機聯(lián)合傳動J.液壓與氣動，2003(10)：43-44.4朱志堅,凌波，多功能道路跺冰清雪機液壓系統(tǒng)抗沖擊措施J.液壓與氣2001(10):33-35.5吳書琴，喬非，學(xué)斌，春山，鋼絲排刷式掃雪機的研制J.機械工程師，2010(3)：43-44.6喬非,吳書琴，推掃一體式散雪除雪機制J.工程機械，2010

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