電動(dòng)路面除雪機(jī)的設(shè)計(jì)【清雪掃雪機(jī)】【cad高清圖紙和說(shuō)明書全套】

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16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 電動(dòng)路面除雪機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 劉貝 學(xué) 號(hào) 8011212102 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 16—1 指導(dǎo)老師 周嶺 日 期 2016 .05 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 前 言 我國(guó)北方冬季時(shí)間長(zhǎng)降雪量大，如果不及時(shí)清除積雪，將嚴(yán)重影響交通安全，給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)諸多不便。多功能清雪車的研制，有重要的實(shí)用價(jià)值，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重要意義。 除雪機(jī)清雪能力的強(qiáng)弱很大程度上取決于清雪裝置性能的好壞，所以深入研究清雪裝置的結(jié)構(gòu)和性能是非常必要的。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(guò)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，清雪效率較高。 本文基于對(duì)積雪的物理機(jī)械特性分析，提出機(jī)械式除雪的幾種方案，并針對(duì)除雪機(jī)構(gòu)中的螺旋集雪機(jī)構(gòu)的工作原理進(jìn)行分析，在理論分析的基礎(chǔ)上得出結(jié)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(guó)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(chǎng)所清雪費(fèi)工費(fèi)力的情況，經(jīng)過(guò)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(guó)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。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(guó)北方地區(qū)冬季較長(zhǎng)，每年都會(huì)有較大降雪過(guò)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(lái)很大影響，特別是近年來(lái)隨著國(guó)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(lái)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(wèn)題已經(jīng)越來(lái)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(wèn)題。 所以，過(guò)多的降雪常常來(lái)不及得到及時(shí)有效的清除，給城市交通和人民生活帶來(lái)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：①傳統(tǒng)的人工清雪技術(shù)；②在道路上撒施化學(xué)物質(zhì)融化冰雪；③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(zhǎng)且必須在白天工作，不安全因素多，易發(fā)生交通事故，給過(guò)往車輛、行人帶來(lái)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(chǎng)、公路、廣場(chǎng)、停車場(chǎng)、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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(guó)螺旋集雪裝置的清雪效率和發(fā)達(dá)國(guó)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(guò)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(wèn)題。通過(guò)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在我國(guó)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、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(guó)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(guò)大和行駛速度過(guò)低，除雪機(jī)都會(huì)占道影響交通。 目前國(guó)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(zhǎng),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(wú)法滿足要求。除雪設(shè)備急需改善。國(guó)內(nèi)的除雪車研究起步較歐美發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)家而言，我國(guó)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(guó)家。近幾年來(lái)，一部分公路管理部門開始慢慢引進(jìn)國(guó)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(guó)外的除雪車也是根據(jù)國(guó)外的環(huán)境氣候、路面狀況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面來(lái)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(guó)外的先進(jìn)除雪車價(jià)格昂貴，這也無(wú)形之中增加了除雪成本。因此迫切需要開發(fā)出符合我國(guó)地域特性的除雪車。我國(guó)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(guó)家相比，還有一定的差距。目前國(guó)內(nèi)很多公路管理部門直接引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的除雪車，比如引進(jìn)一輛德國(guó)產(chǎn)的Jetbroom 除雪車要60萬(wàn)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(guò)了除雪預(yù)算成本。因此開發(fā)出符合我國(guó)地域特性的先進(jìn)除雪車成為必需。 在國(guó)外除雪車技術(shù)較國(guó)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(guó)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(guò)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(guó)的公路一般采用美國(guó) S&S 公司生產(chǎn)的集成式除雪車，該除雪車配備有推雪板、掃雪滾刷、吹雪風(fēng)機(jī)等裝置，能完成多種功能。該機(jī)行走消耗功率約為 160KW，吹雪風(fēng)機(jī)消耗功率約為 140KW，能同時(shí)完成推、掃、吹及噴灑融雪劑等作業(yè)。又有瑞士 BOSCHUNG公司研發(fā)的除雪車、美國(guó)軍方和芝加哥奧黑爾國(guó)際機(jī)場(chǎng)目前普遍采用的當(dāng)前最流行的美國(guó)產(chǎn)的 MB 綜合除雪車，其除雪性能都相當(dāng)?shù)膬?yōu)良。同時(shí)美國(guó)的美業(yè)(MEYER) 公司、斯文森 ( SWENSION ) 公司、鉆石 ( DIAMOND ) 公司和德國(guó)的VOLKSWA GEN 公司、DAIMLER-BE 公司生產(chǎn)的除雪車，其功能眾多，技術(shù)也是相當(dāng)?shù)某墒?，除冰除雪效果也非常的好? 1.3電動(dòng)路面除雪機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理 除雪機(jī)由車體和安裝在它上面的電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、集雪器以及安裝在集雪器上的拋雪器組成。小車以一定速度行走時(shí)，積雪從前方不斷進(jìn)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，由于螺旋軸的高速旋轉(zhuǎn)，積雪被切碎并通過(guò)雙向螺旋的橫向位移迅速集中于集雪器中部拋雪轉(zhuǎn)子室的入口處，隨車體的前進(jìn)而進(jìn)入轉(zhuǎn)子室，在轉(zhuǎn)子葉片的帶動(dòng)下，不斷沿拋雪筒拋到預(yù)定位置。所以要合理的設(shè)計(jì)計(jì)算集雪器、拋雪器等的參數(shù)。螺旋式除雪機(jī)是利用前部安裝的螺旋式銑削集雪器進(jìn)行切削，然后將切削下的雪屑靠?jī)啥朔聪虬惭b的集雪螺旋輸送并集中于推雪板中部的拋雪器的入口處，由于除雪機(jī)向前運(yùn)動(dòng)使積雪不斷增加，在壓差的作用下，雪屑被連續(xù)送入高速旋轉(zhuǎn)的拋雪轉(zhuǎn)子室內(nèi)(有些螺旋轉(zhuǎn)子式除雪機(jī)沒有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，只有拋雪筒)，在轉(zhuǎn)子葉片的帶動(dòng)下，被不斷沿拋雪筒拋出。 1.4本章小結(jié) 本章主要針對(duì)小型電動(dòng)路面除雪機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況，自身的結(jié)構(gòu)及工作原理等情況進(jìn)行系統(tǒng)的分析與概括,通過(guò)我國(guó)實(shí)際情況來(lái)說(shuō)明此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的可行性。 2總體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)車體 車體的作用是固定連接集雪器、汽油機(jī)等零部件。其主體采用10mm的低碳鋼板焊制而成，并包括扶手，車輪等附件。車體前段連接集雪器，中間固定汽油機(jī)座，各部分設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如何滿足簡(jiǎn)單、實(shí)用、美觀、操縱靈便等要求，并且車體的寬度不應(yīng)超過(guò)集雪器的寬度。除此之外，考慮到實(shí)際應(yīng)用，還應(yīng)注意避免劃傷路面、減小自重、過(guò)載保護(hù)等問(wèn)題。 2.2 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本車動(dòng)力源選用電動(dòng)機(jī)，因綠色環(huán)保，連續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，噪音低，更適合機(jī)關(guān)大院、居民區(qū)及人口流動(dòng)較大的地方使用?？紤]到本機(jī)器的整體性能及使用壽命等參數(shù)，經(jīng)性能比較，初步選用型號(hào)1.1-6三相異步電動(dòng)機(jī)。 2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （1）傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方案一 電動(dòng)機(jī)——鏈傳動(dòng)——中間軸——鏈傳動(dòng)——集雪器 考慮到車身突然遇到障礙物影響傳動(dòng)系統(tǒng)，甚至使集雪螺旋因受過(guò)大阻力，仍要繼續(xù)旋轉(zhuǎn)被破壞，所以傳動(dòng)系統(tǒng)中考慮有帶傳動(dòng)做過(guò)載保護(hù)。 傳動(dòng)方案二 電動(dòng)機(jī)——帶傳動(dòng)——中間軸——鏈傳動(dòng)——集雪器 圖2-1 傳動(dòng)路線圖 與第一種方案相比，車體體積適中，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。車體上部安裝汽油機(jī):車體前面連接集雪器：后面有推手;內(nèi)部有加強(qiáng)肋板?？倷C(jī)長(zhǎng)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(zhǎng)度 小帶輪包角a 額定功率增量 單根帶的預(yù)緊力F0 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(zhǎng)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 鏈傳動(dòng)2的設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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)。 =+l （3-1） 其中L為螺旋沿軸向長(zhǎng)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(guò)的弧長(zhǎng)，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= l·h·V。那么集雪器所耗功率為 （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n>4x60lhV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(guò)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(wú)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)拋雪器簡(jiǎn)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(guò)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(jiǎn)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(zhǎng)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。 轉(zhuǎn)子卸載角然，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(guò)的角度。按雪塊為無(wú)粘合力的散狀小顆粒的最有利輸送條件，來(lái)確定 （3-3） 3.4 拋雪器性能參數(shù)的分析計(jì)算 （1）無(wú)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。 （3-4） 可見V與α，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(guò)拋雪器出口時(shí)的速度為u0，則 （3-5） 公式中， H。為拋雪筒出口到集雪器中心軸的垂直距離，ψ為雪經(jīng)過(guò)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） （3-7） 以拋雪筒出口時(shí)計(jì)，當(dāng)t=0，，。，其中為拋雪筒揚(yáng)雪角，則公式的解為。 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(wú)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(lái)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=6πξau 式中a為雪塊半徑；ξ為空氣粘滯系數(shù)。ξ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=6πξau，解之有: c=4.5，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： （3-8） （3-9） 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） t帶入x的表達(dá)式，求出最大拋雪距離為： （3-11） 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)的拋雪距離X。式中:無(wú)風(fēng)時(shí)的拋雪距離單位m，稱風(fēng)速單位m/s。 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） 帶入數(shù)據(jù):=1.54kw 由公式 （3-13） 帶入數(shù)據(jù)： （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。 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(guò)實(shí)地考察和設(shè)計(jì)計(jì)算，最終確定車體尺寸。 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40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取為260HB。Z1=78，Z2= 78,b=20，m=2.5=195mm 接觸疲勞極限：由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》第12章得知 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) （4-1） （4-2） 由此得： 齒向載荷分布系數(shù) （4-3） =1.17+0.16×0.12+0.61×10-3×20 =1.17 A=1.17，B=0.16，C=0.61 載荷系數(shù)K： (4-4) =1.5×1.2×1.36×1.17 =2.86 彈性系數(shù)： 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 =1.05 總工作時(shí)間：=5×300×8×0.5=6000h 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12.15 估計(jì)107＜≤107 則指數(shù)m=8.78 （4-5） 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=1.18 (4-6) 許用接觸應(yīng)力[]： 驗(yàn)算： (4-7) =223.42MPa＜[]=798MPa ∴被校核輪安全。 重合度系數(shù)：： (4-8) =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 (4-9) 齒間載荷分布系數(shù)： 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖12.14得 =1.4 載荷系數(shù)K： (4-10) =1.5×1.2×1.51×1.4 =3.80 齒形系數(shù)：查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》12.21，=2.8。 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。 彎曲疲勞極限：由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖12.23c ，=600MPa。 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。 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)，3×106≤N1≤1010 則指數(shù)m=49.91 (4-11) = 6.91×107 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[]： (4-12) 驗(yàn)算： = 傳動(dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)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1.879×10N·mm，整個(gè)車輪的寬度B>50mm，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 (3)擠壓強(qiáng)度：取，則工件表面的擠壓應(yīng)力為 （4-13） ，所以此處用鍵連接可以滿足強(qiáng)度要求。 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(rùn)滑。 校核步驟： （4-14） 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》第18章表18.7得e=0.081 =0.18>e （4-15） 表5-1 軸承參數(shù) 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(rùn)滑 油潤(rùn)滑 15000 19000 20000 28000 X，Y沖擊載荷，據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》查表13—2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 當(dāng)量動(dòng)載荷 （4-16） 計(jì)算額定動(dòng)載荷 （4-17） 基本額定動(dòng)載荷。 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 （4-18） (1)求垂直面的支承反力 (4-19) (4-20) (4-21) (4-22) (4-23) (2)求水平面的支承反力（圖c） (4-24) (3)繪垂直面的彎矩圖（圖b） (4-25) (4-26) (4)繪水平面的彎矩圖（圖c） (4-27) 求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（圖f） (4-29) 求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩 (4-30) (4-31) (7)從圖可見，a-a截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為 (4-32) 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14—1查得，由表14—3查的許用彎曲應(yīng)力，則 （4-33） 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。 圖5.1 軸 圖5.2 彎矩扭矩圖 24 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(guò)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(guó)內(nèi)除雪的特點(diǎn)，在分析國(guó)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(guò)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(guó)國(guó)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)。 致 謝 值此畢業(yè)論文定稿之際，不由感慨萬(wàn)千，雖只是寥寥數(shù)萬(wàn)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(guò)程中，給予的細(xì)心指導(dǎo)與點(diǎn)撥，才有了我今天的成績(jī)。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(wú)私幫助和長(zhǎng)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(chéng)待人的品格令我十分敬佩。 同時(shí)，還要感謝教育和幫助過(guò)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(zhǎng)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(chéng)摯的感激和謝意!沒有他們默默的支持和幫助，我無(wú)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。 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(zhǎng)安大學(xué),2013. 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