电动路面除雪机的设计【清雪扫雪机】手扶式【8张CAD图纸和说明书】
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前 言
我国北方冬季时间长降雪量大，如果不及时清除积雪，将严重影响交通安全，给人们日常生活带来诸多不便。多功能清雪车的研制，有重要的实用价值，对国民经济的发展有重要意义。
除雪机清雪能力的强弱很大程度上取决于清雪装置性能的好坏，所以深入研究清雪装置的结构和性能是非常必要的。用于清除浮雪的装置主要为螺旋集雪装置，一般与高速旋转的风机、抛雪筒联合使用。雪被螺旋集雪装置收集并通过风机旋转带动从抛雪筒抛到路边或者运雪车上，节省了收集雪的时间，清雪效率较高。
本文基于对积雪的物理机械特性分析，提出机械式除雪的几种方案，并针对除雪机构中的螺旋集雪机构的工作原理进行分析，在理论分析的基础上得出结论。
关键词：除雪机；螺旋集雪；手扶
目 录
1概述 1
1.1 电动路面除雪机设计的目的和意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3电动路面除雪机的结构及原理 3
1.4本章小结 3
2总体方案设计 3
2.1 设计车体 3
2.2 动力系统设计 3
2.3 传动系统设计 3
2.4 本章小结 5
3各系统设计 5
3.1 电动机的选用 5
3.2 集雪器的设计 5
3.3 抛雪器的设计 6
3.4 抛雪器性能参数的分析计算 8
3.5 机器性能参数计算 9
3.6 本章小结 9
4校核 9
4.1链轮校核 9
4.2键的校核 12
4.3轴承校核 12
4.4轴的校核 13
总 结 16
致 谢 17
参考文献 18
工程概况
本设计针对大型设备清理占路面积大、影响交通，窄小街道、小区、机关大院、公园等小道大面积场所清雪费工费力的情况，经过实地调查咨询及严格思考，进行小型电动路面除雪设备结构设计。
该设计结合吉林大学、大连铁道学院多功能除雪车科研项目、德国凯驰的扬雪机图片信息，对离心扬雪式清雪车的设计理论进行分析，得出相应结论，在此基础上扬雪式清雪车进行总体结构设计、动力学分析、传动系统设计及应用Solid works实体绘图。
1概述
1.1 电动路面除雪机设计的目的和意义
（1）及时清除积雪的必要性
我国北方地区冬季较长，每年都会有较大降雪过程，部分地区还会形成雪灾，给社会生产生活带来很大影响，特别是近年来随着国民经济与社会的快速展,高速公路和高等级公路里程与日俱增，冬季道路积给人们出行带来了诸多不便，尤其在大雪和雨夹雪天气，大部分高速公路出于安全考虑常采取限速行驶甚至不 得不关闭数天，严重影响交通并制约经济发展，城市道路的清雪问题已经越来越引起各级政府部门的关注和重视，我认为如何快速高效清除道路积雪、保障道路和社区群众的正常出行、提高行车安全、行走方便成为目前冬季道路养护的主要问题。
所以，过多的降雪常常来不及得到及时有效的清除，给城市交通和人民生活带来了许多不便。因此，寻找一种既有较高效率，成本又比较低的清雪方法就成为当务之急。
（2）主要除雪方法
目前清雪采用的主要方式有：①传统的人工清雪技术；②在道路上撒施化学物质融化冰雪；③靠各种清雪机械清除积雪。
人工清雪功效低、浪费人力、作业成本高、占有路面时间长且必须在白天工作，不安全因素多，易发生交通事故，给过往车辆、行人带来极大不便。
- 内容简介：
-
毕业论文（设计）中期检查记录表2016 年 4 月 18 日学生姓名 班级课题名称 电动路面除雪机的设计课题完成进度（学生自述）第一周：确定选题并查找相关资料，确定论文题目。第二周：完成开题报告与写作大纲及其他一些资料的填写，如参考文献的选择并提交给导师。第三周第四周：完成三维图主要零部件的设计和绘制。第五周第七周：完成三位总装图的配合及交给指导教师审阅。第八周第十周：修改和完善三维图中需要修改的问题，并且完成论文一稿，等待中期检查。存在的问题及整改措施（学生自述）建立的三维模型需要细节的修改和补充，基本上能够按照制定的进度计划表执行，进度完成 90%以上，但是三维图某些细节没有做到位，设计思路上有点偏差，关键零部件的设计还需要完善，需要加快任务进度，尽快完成三维图的修改以及二维图的绘制工作。指导教师意见（课题进展情况、优缺点、整改措施等）指导教师签名 年 月 日学院意见负责人签名 年 月 日毕业论文（设计）开题报告课题名称 电动路面除雪机的设计 学生姓名 学 号 所属学院 专 业 班 级 指导教师 起止时间 填 表 说 明一、学生撰写开题报告应包含的内容：1、本课题来源及研究的目的和意义；2、本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析；3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析；4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路；5、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法；6、完成本课题的工作方案及进度计划；7、主要参考文献（不少于 7 篇）。二、本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在接到“毕业论文（设计）任务书”的两周内独立撰写完成，并交指导教师审阅。三、开题报告要求手写体，字数在 3000 字以上，由学生在本报告册内填写，页面不够可自行添加 A4 纸张。四、每个毕业论文（设计）课题须提交开题报告一式三份，一份学生本人留存，一份指导教师存阅，一份学生所在学院存档，备检备查。开题报告正文一 来源及研究的目的和意义1.1 课题的来源：自选题1.2 研究的目的 根据西北地区冬季大雪天气频频出现，路面积雪的现象成为了道路交通安全的重大问题，交通事故的发生大部分都是因为路面积雪使车辆制动无法到达效果，为此，为了防止类似重大事故的频繁发生，路面除雪装置的设计已经成为当今国际上热门的研究方向。除雪机工作装置作为除雪机的重要结构，其性能的好坏对除雪作业的效果起着至关重要的作用2。1.3 研究的意义冬季道路积给人们出行带来了诸多不便，尤其在大雪和雨夹雪天气，大部分高速公路出于安全考虑常采取限速行驶甚至不得不关闭数天，严重影响交通并制约经济发展，城市道路的清雪问题已经越来越引起各级政府部门的关注和重视，我认为如何快速高效清除道路积雪、保障道路和社区群众的正常出行、提高行车安全、行走方便成为目前冬季道路养护的主要问题。另外，多数的除雪机械都不适合我国国内的道路情况，因而对除雪机械的探讨具有非常重大的意义。二 题所涉及的问题在国内外现状及分析2.1 国内研究的现状 我国大多数公路在冬季受到降雪的影响，大部分公路一年的降雪期能达到十多天，东北、西北的一些地区，其降雪期甚至能达到 3 到 4 个月，积雪厚度能达到几百毫米。我国除雪机械正在向小型化、高速度的方向发展。在除雪作业中，除雪机机身的大小及除雪速度是影响交通的两个重要因素，车身过大和行驶速度过低，除雪机都会占道影响交通1。目前国内公路管理部门虽然在一定程度上改善了除雪方式，从原始人工除雪方式到机械除雪方式，除雪效果和除雪效率得到加强，但是除雪设备老旧，技术落后，有的甚至是临时改装的除雪设备，因此除雪效果和除雪效率也并不是很理想7。在高速公路上，人工除冰雪功效低、浪费人力、作业成本高、占有路面时间长,且不安全因素多,易发生交通事故,不能适应高速公路清除冰雪的要求2。因此现在一些公路管理部门的除雪设备已经无法满足要求。除雪设备急需改善。国内的除雪车研究起步较欧美发达国家晚，是从改革开放以后才慢慢开始的。现在各个公路开始使用专用的除雪车进行除雪，除雪效果和除雪效率令人满意。但相比于欧美发达国家而言，我国的除雪车的种类和数量偏少，除雪车没有形成完整系列，同时除雪车的技术水平也远远落后发达国家。近几年来，一部分公路管理部门开始慢慢引进国外先进的除雪车，虽然在一定程度上保障了道路的通畅，但是除雪车有较强的地域性，国外的除雪车也是根据国外的环境气候、路面状况、社会经济等方面来设计的，因此除雪的综合经济效益不是很理想。同时国外的先进除雪车价格昂贵，这也无形之中增加了除雪成本9。因此迫切需要开发出符合我国地域特性的除雪车。我国除雪车在制造工艺、技术、智能化等方面与欧美发达国家相比，还有一定的差距10。目前国内很多公路管理部门直接引进国外先进的除雪车，比如引进一辆德国产的 Jetbroom 除雪车要 60 万欧元，其价格昂贵，且使用成本和维护成本也偏高，因此远远超过了除雪预算成本11。因此开发出符合我国地域特性的先进除雪车成为必需。2.2 国外研究现状国外除雪车技术较国内成熟，种类、规格都很齐全，除雪车能形成一个完整系列。除雪时，能根据实际的路面情况，选择相应的除雪车，除雪效果很好，在一定程度上推动了国民经济的发展，创造了较大的社会效益。目前除雪主要以机械除雪为主过一些车辆底盘改装而成的，拆卸和安装都很方便，能达到“即装即用”的效果，不仅实现了车辆的多用途，而且还提高了车辆的经济性。美国的公路一般采用美国 S&S 公司生产的集成式除雪车，该除雪车配备有推雪板、扫雪滚刷、吹雪风机等装置，能完成多种功能。该机行走消耗功率约为 160KW，吹雪风机消耗功率约为 140KW，能同时完成推、扫、吹及喷洒融雪剂等作业4,5。又有瑞士 BOSCHUNG 公司研发的除雪车、美国军方和芝加哥奥黑尔国际机场目前普遍采用的当前最流行的美国产的 MB 综合除雪车，其除雪性能都相当的优良。同时美国的美业(MEYER) 公司、斯文森 ( SWENSION ) 公司、钻石 ( DIAMOND ) 公司和德国的 VOLKSWA-GEN 公司、DAIMLER-BE 公司生产的除雪车，其功能众多，技术也是相当的成熟，除冰除雪效果也非常的好4,6。三 对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析：3.1 课题所涉及的任务要求：完成设计产品主要除雪装置，集雪和排雪机构的设计；结构尺寸的设计，功率的计算及其汽油发动机的选择；主要零部件的设计及校核，各部分运动传动的合理配合等3.2 预期目标：设计完成并草拟出电动路面除雪机的三维 SolidWorks 总装配图，计算设计传动与集雪排雪的时间配合，并设计出相应的传动机构。各处零部件校核成功并符合要求，做出机械二维装配图、主要零件图及设计说明等相关材料。3.3 可行性分析：该电动路面除雪机主要是根据我国现有的手扶除雪机的设计思路，构思出了我的电动路面除雪机的设计思路，根据这个思路，我的脑海里已经具备了除雪机的雏形。有了整体思路的指引，然后再各个方面攻坚克难，我认为该电动路面除雪机的设计会通过一步步的努力走向成功。可能我各方面专业基础不是特别扎实，在各个问题上完成起来会很艰难，所以我会尽更大的努力去完成这个设计，这个设计的可行性还是很高的。四 课题需要重点研究的关键的问题及解决的思路3.1 本课题需要研究的难点问题3.1.1 出现的主要问题：（1)除雪机比较笨重，推动比较费力。 （2)集雪的收集量与排雪量相协调（3)整机利用率低，成本高3。（4)集雪速度需要与人正常行走的速度相协调（5)整机的稳定性3.2 本课题研究问题的解决思路车体发动机 传动装置集雪器积雪抛雪筒（1)采用螺旋式除雪结构。（2)对集雪单元进行分析优化。（3)分析并确定传动关系 （4)动力输入参数进行计算（5)传动单元的设计（核心零件的校核）（6)集雪单元的设计（核心零件的校核）（7)绘制三维图五 完成本课题需要的工作条件及解决的办法（1）查阅有关资料选择相关参数及材料,设计组合式除雪装置。（2）设计完各零部件后，通过传递关系进行组合。（3）运用 Solid works 软件和 Auto CAD 软件，绘制三维图。（4）运用三维设计软件完成机构各零部件的三维建模并进行运动仿真六 工作方案及进度计划工作方案：第一周：查阅相关资料、熟悉本次设计课题内容。第二-三周：根据查阅相关的资料，确定本课题研究的核心方向，并撰写开题报告。第四九周：分析和明确传递关系，对每个单元进行设计，并对核心零件校核。第十周：改进设计的不足，修改不合理的地方，完善设计及作图的要求，绘制三维图。第十一周：撰写毕业论文，修改设计中存在的问题。第十三-十四周：编写答辩提纲，准备答辩。七 参考文献1李静. 新型组合式滚刷除雪机研究与设计D.长安大学,2013. 2杨阳. 除雪机组合除雪装置的设计D.东北石油大学,2012.3刘继德. 多功能清雪车清雪装置研究D.吉林大学,2008.4杨有为.军用机场除雪车工作装置设计方案研究D.哈尔滨工业大学硕士毕业论文.2010.7 5郭荣春，周进.除雪机械的现状和发展方向分析J.山东交通科技.2010 (6):61-63. 6胡天明.俄罗斯清雪车的性能分析与探讨J.交通科技与经济.2008 (2):66-67. 7王振.国内除雪除冰机械现状自议J.工程机械.2002(7): 46-47 8郭子仪，罗茂盛，范振华.道路除雪化冰技术研究J.交通科技.2011 (5):71-73. 9吴春笃等.大功率微波快速除雪车的研制J.农业装备与车辆工程.2008 (11):8-10. 10汪小平.浅析机械制造技术的创新发展J.中国科技博览.2011 (32).619-620. 11张启君，夏磐夫.国内外除雪机械的探讨J.筑路机械与施工机械化,2005 (11):1-5 学生签名 刘贝 2015 年 11 月 12 日指导教师审阅意见指导教师签名 年 月 日 电动路面除雪机的设计学生姓名 学 号 所属学院 专 业 班 级 指导老师 日 期 16 届毕业设计前 言我 国 北 方 冬 季 时 间 长 降 雪 量 大 ， 如 果 不 及 时 清 除 积 雪 ， 将 严 重 影 响 交 通 安 全 ， 给 人 们 日 常生 活 带 来 诸 多 不 便 。 多 功 能 清 雪 车 的 研 制 ， 有 重 要 的 实 用 价 值 ， 对 国 民 经 济 的 发 展 有 重 要 意 义 。除 雪 机 清 雪 能 力 的 强 弱 很 大 程 度 上 取 决 于 清 雪 装 置 性 能 的 好 坏 ， 所 以 深 入 研 究 清 雪 装 置 的结 构 和 性 能 是 非 常 必 要 的 。 用 于 清 除 浮 雪 的 装 置 主 要 为 螺 旋 集 雪 装 置 ， 一 般 与 高 速 旋 转 的 风 机 、抛 雪 筒 联 合 使 用 。 雪 被 螺 旋 集 雪 装 置 收 集 并 通 过 风 机 旋 转 带 动 从 抛 雪 筒 抛 到 路 边 或 者 运 雪 车 上 ，节 省 了 收 集 雪 的 时 间 ， 清 雪 效 率 较 高 。本 文 基 于 对 积 雪 的 物 理 机 械 特 性 分 析 ， 提 出 机 械 式 除 雪 的 几 种 方 案 ， 并 针 对 除 雪 机 构 中 的螺 旋 集 雪 机 构 的 工 作 原 理 进 行 分 析 ， 在 理 论 分 析 的 基 础 上 得 出 结 论 。关 键 词 ： 除 雪 机 ； 螺 旋 集 雪 ； 手 扶 目 录1 概述 11.1 电动路面除雪机设计的目的和意义 .11.2 国内外研究现状 11.3 电动路面除雪机的结构及原理 31.4 本章小结 32 总体方案设计 32.1 设计车体 .32.2 动力系统设计 .32.3 传动系统设计 .32.4 本章小结 .53 各系统设计 53.1 电动机的选用 .53.2 集雪器的设计 .53.3 抛雪器的设计 .63.4 抛雪器性能参数的分析计算 .83.5 机器性能参数计算 .93.6 本章小结 .94 校核 94.1 链轮校核 94.2 键的校核 124.3 轴承校核 124.4 轴的校核 13总 结 .16致 谢 .17参 考 文 献 18工程概况本设计针对大型设备清理占路面积大、影响交通，窄小街道、小区、机关大院、公园等小道大面积场所清雪费工费力的情况，经过实地调查咨询及严格思考，进行小型电动路面除雪设备结构设计。该设计结合吉林大学、大连铁道学院多功能除雪车科研项目、德国凯驰的扬雪机图片信息，对离心扬雪式清雪车的设计理论进行分析，得出相应结论，在此基础上扬雪式清雪车进行总体结构设计、动力学分析、传动系统设计及应用 Solid works 实体绘图。计11 概述1.1 电动路面除雪机设计的目的和意义（1）及时清除积雪的必要性我国北方地区冬季较长，每年都会有较大降雪过程，部分地区还会形成雪灾，给社会生产生活带来很大影响，特别是近年来随着国民经济与社会的快速展,高速公路和高等级公路里程与日俱增，冬季道路积给人们出行带来了诸多不便，尤其在大雪和雨夹雪天气，大部分高速公路出于安全考虑常采取限速行驶甚至不 得不关闭数天，严重影响交通并制约经济发展，城市道路的清雪问题已经越来越引起各级政府部门的关注和重视，我认为如何快速高效清除道路积雪、保障道路和社区群众的正常出行、提高行车安全、行走方便成为目前冬季道路养护的主要问题。所以，过多的降雪常常来不及得到及时有效的清除，给城市交通和人民生活带来了许多不便。因此，寻找一种既有较高效率，成本又比较低的清雪方法就成为当务之急。（2）主要除雪方法目前清雪采用的主要方式有：传统的人工清雪技术；在道路上撒施化学物质融化冰雪；靠各种清雪机械清除积雪。人工清雪功效低、浪费人力、作业成本高、占有路面时间长且必须在白天工作，不安全因素多，易发生交通事故，给过往车辆、行人带来极大不便。融雪剂清雪是一种靠热作用或撒布化学药剂使冰雪融化的方法。主要用于冬季机场、公路、广场、停车场、铁路、城市街道等，起到清雪及防冻作用，但同时也对城市环境产生了不可忽视的危害，融雪剂所需费用较高，易对道路和周围环境造成污染，而且气温过低时将失去作用，也不利于保护车轮胎，因此，这种方法的使用范围受到一定影响。清雪机械是通过机械对雪的直接作用进行推扫或铲除，主要分为犁式除雪机械和螺旋转子机械两大类，二者之和占发达家清雪机械总数的 80%以上。现今，传统人工清雪法和污染较大的融雪剂清雪法已经不能满足需要，迫切需要性能良好、自动化程度较高以及方便灵活的机械来替代。即雪后需要效率高、省时、省力的浮雪清除设备。用于清除浮雪的装置主要为螺旋集雪装置，一般与高速旋转的风机、抛雪筒联合使用。雪被螺旋集雪装置收集并通过风机旋转带动从抛雪筒抛到路边或者运雪车上，节省了收集雪的时间，清雪效率很高。但目前我国螺旋集雪装置的清雪效率和发达国家相比还有一定差距，需要深入研究并进一步提高。本文研究的主要目的是通过对螺旋集雪装置结构性能的研究，分析影响其集雪性能的结构参数，设计一种小型手扶抛扬式清雪车，进一步优化结构以实现螺旋集雪装置快速高效的清雪作业，用于单位、家庭或社区道路、庭院积计2雪的清除，从而减少因积雪引起的经济损失和安全问题。通过本题目设计，也能够进一步理解机械设计 、 内燃机原理 、 工程机械等专业课程知识，掌握专用机械设计的原理和方法。1.2 国内外研究现状在我国大多数公路在冬季受到降雪的影响，大部分公路一年的降雪期能达到十多天，东北、西北的一些地区，其降雪期甚至能达到 3 到 4 个月，积雪厚度能达到几百毫米。我国除雪机械正在向小型化、高速度的方向发展。在除雪作业中，除雪机机身的大小及除雪速度是影响交通的两个重要因素，车身过大和行驶速度过低，除雪机都会占道影响交通。目前国内公路管理部门虽然在一定程度上改善了除雪方式，从原始人工除雪方式到机械除雪方式，除雪效果和除雪效率得到加强，但是除雪设备老旧，技术落后，有的甚至是临时改装的除雪设备，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、浪费人力、作业成本高、占有路面时间长,且不安全因素多,易发生交通事故,不能适应高速公路清除冰雪的要求。因此现在一些公路管理部门的除雪设备已经无法满足要求。除雪设备急需改善。国内的除雪车研究起步较欧美发达国家晚，是从改革开放以后才慢慢开始的。现在各个公路开始使用专用的除雪车进行除雪，除雪效果和除雪效率令人满意。但相比于欧美发达国家而言，我国的除雪车的种类和数量偏少，除雪车没有形成完整系列，同时除雪车的技术水平也远远落后发达国家。近几年来，一部分公路管理部门开始慢慢引进国外先进的除雪车，虽然在一定程度上保障了道路的通畅，但是除雪车有较强的地域性，国外的除雪车也是根据国外的环境气候、路面状况、社会经济等方面来设计的，因此除雪的综合经济效益不是很理想。同时国外的先进除雪车价格昂贵，这也无形之中增加了除雪成本。因此迫切需要开发出符合我国地域特性的除雪车。我国除雪车在制造工艺、技术、智能化等方面与欧美发达国家相比，还有一定的差距。目前国内很多公路管理部门直接引进国外先进的除雪车，比如引进一辆德国产的Jetbroom 除雪车要 60 万欧元，其价格昂贵，且使用成本和维护成本也偏高，因此远远超过了除雪预算成本。因此开发出符合我国地域特性的先进除雪车成为必需。在国外除雪车技术较国内成熟，种类、规格都很齐全，除雪车能形成一个完整系列。除雪时，能根据实际的路面情况，选择相应的除雪车，除雪效果很好，在一定程度上推动了国民经济的发展，创造了较大的社会效益。目前除雪主要以机械除雪为主过一些车辆底盘改装而成的，拆卸和安装都很方便，能达到“即装即用”的效果，不仅实现了车辆的多用途，而且还提高了车辆的经济性。美国的公路一般采用美国 S内 部 有 加 强 肋 板 。 总 机 长 约 1820mm， 宽 约 820mm， 高 约1150mm， 重 约 102kg， 轮 子 直 径 选 为 300mm， 可 见 方 案 2 具 有 方 案 1 优 越 的 除 雪 性 能 ， 还具 备 轻 便 的 优 点 ， 的 确 优 于 方 案 1。（2） 传动系统的设计传 动 系 统 选 用 第 三 方 案 ， 由 于 电 动 机 转 速 960r/min， 车 由 人 推 动 ， 基 于 人 行 走 速 度 限 制 ，而 通 常 带 传 动 传 动 比 要 求 不 得 大 于 7， 通 常 选 择 3 到 4 越 小 越 好 ， 齿 轮 传 动 传 动 比 范 围 同 带传 动 ， 这 样 总 体 就 要 降 速 ， 传 动 比 达 到 50 左 右 。 带 传 动 的 参 数 设 计 见 表 2-1、 表 2-2表 2-1 带 传 动 尺 寸 参 数带型 普通 A 型带 弹性滑动率计5直径轴间距带速 V额定功率 p1带根数 z80mmA=476.5mmV=8.37m/s1.01kw5大带轮基准直径基准长度小带轮包角 a额定功率增量单根带的预紧力 F0)1(2ddi1318mm169.460.24kw99.66N表 2-2 带 传 动 的 参 数带 型 普 通 V 带 设 计 功 率 5.5KW传 动 比 i带 基 准 长 度带 速小 带 轮 包 角带 的 根 数单 根 V 带 预 紧 力21180mmV=8.37m/sa=169.46Z=6F0=107.85N小 带 轮 基 准 直 径大 带 轮 基 准 直 径单 根 带 轮 传 递 功 率额 定 功 率 增 量带 轮 基 准 宽 度80156.8P=1.01kw p=0.24B=11.0链传动 2 的设计过程与链传动 1 相同，传动比 i=4，截距 P=9.525，型号 06B，大链轮分度圆直径 d2=254.74mm，齿顶圆直径 da2=260mm，齿根圆直径 df2=248.39；小链轮分度圆直径d1=63.92mm，齿顶圆直径 da1=68，齿根圆直径 df1=57.57mm。考虑到缓冲、减震、过载保护、原动机等对传动装置的要求，采用单排滚子链(链号为 O6B)传动和带( 普通 v 带 A 型)传动。在有转子机构的机型中，因为多了转子传动装置比较复杂，设计时应考虑到集雪器和抛雪器相互牵制，必要时可设计圆锥减速器或蜗轮蜗杆以满足传动的要求。应该注意的是，设计时要合理安排传动路线，考虑调整重心的位置，尽量使重心位于轮子略前方附近。汽油机应置于整机中央位置，通过传动装置带动集雪螺旋和抛雪转子旋转，实现预定功能。计62.4 本章小结本章主要研究制定了小型电动路面机的总体设计方案, 在此基础上对清雪机的车体、动力系统和传动系统进行设计并得出结论。3 各系统设计3.1 电动机的选用考虑到本机对动力源的要求，这里采用型号 1.1-6 三相异步电动机。3.2 集雪器的设计(1)集雪器结构设计集雪器亦配置在整机前方，左右对称旋向相反，是对路面积雪的切削元件和将积雪向中央集拢的传送工具，使雪从集雪器中部流入抛雪转子。它由三部分组成:双向螺旋轴(集雪螺旋)、轴承结构、挡板及推雪板等。双向螺旋轴是一根安装两段反向螺旋的轴，安装在挡板中形成半封闭，由原动机通过传动装置带动高速旋转。螺旋轴的结构见图 3-2。图 3-1 不 带 叶 轮 的 螺 旋 轴螺旋集雪器的工作原理是，雪在螺旋叶片推力作用下受挤压到一定程度，当集雪螺旋旋转时，在雪层上切割出一条雪带，并沿轴向移动至转子前方。螺旋集雪器的带式刀片一般双向对称式，在螺旋中部留有一定空间，以减小雪流入转子时的阻力。在无转子结构的机型中，集雪螺旋集切雪、集雪、抛雪三大功能于一体，因此多采用图 3-3 结构 ;在有转子结构的机型中，集雪螺旋只完成切雪、集雪功能，由抛雪转子完成抛雪功能，故多采用图 3-1 结构。jN= ZVdZVnghg10cosin+lrnVhgS260si（ 3-1） 其中 L 为螺旋沿轴向长度，60V/n 考虑清雪机自行速度时雪进入集雪器每秒转过的弧长，V清雪机自行速度（m/s）,n 螺旋轴转数。经螺旋轴推移并挤压的雪，将对螺旋叶片产生阻力。实际计7计算时，可设雪对单位面积上的压力与雪的变形阻力 f 相平衡。并假设雪为连续流体媒介，各方向变化速度相同且均匀。则除雪生产率 Q= lhV。那么集雪器所耗功率为 fQnDssi60cosin1N2j （ 3-2）公式中 D 为螺旋直径，其它符号如前所述。注:雪的变形阻力 f(即雪的抗压强度)可由实验求出，它和积雪的密度和抗压强度有关。为增加集雪能力，同时也为了加工更加方便，集雪螺旋轴采用一条薄钢板焊在轴上。除雪宽度要求不小于 500 毫米，这里可取 600 毫米左右;螺旋最大直径通常约为它的一半左右; 在整个除雪宽度上应至少存在一个螺距; 由螺旋直径和螺距可确定螺旋角的值(确定后可观察螺旋角的值是否合理，如不合理可适当的调整螺旋直径和螺距的值，直到合理为止)。除此之外，集雪螺旋的转速 N必须满足生产率的要求，换言之巧必须满足 n4x60lhV 带入数据计算后， n 要求大于 152.6r/n。总之，集雪螺旋转数越大，集雪能力越强，但转速也不宜过大，所以综合结构、功率、集雪能力等方面的要求适当选取 n 的值。根据结构选取螺旋，螺距为 500 毫米，轴径为 30 毫米，钢板宽50 毫米，厚 5 毫米，以及其它参数的值。如图 3-2 所示，集雪器的挡板底部安有支撑板，以防集雪螺旋划伤地面及保护集雪螺旋免受车体重的压力。计8图 3-2 带 支 撑 板 的 集 雪 机 构3.3 抛雪器的设计无转子机构抛雪器的设计，小型机型通常没有转子机构，抛雪器只起对雪的导向作用，此时抛雪器简称为抛雪筒。如图 3-3 所示，为减小雪在其中运动时的阻力，抛雪筒的直筒部分与集雪器的上挡板制成一个零件，连接处以圆角光滑过渡，且材料选用高光洁度、高韧性的玻璃钢。抛雪筒处于集雪器中部，方向应与挡板的半封闭圆筒相切，这个方向雪可以得到充分的初速度后从此抛出。抛雪筒轴线应处于集雪螺旋轴螺旋面中部，这样雪在离开集雪器进入抛雪筒时可少受阻力。为提高抛雪距离，抛雪筒出口处有椭圆状的光滑开口以保证雪在离开抛雪筒转弯时少受阻力。根据力学原理，相同的初速度只有在 45 度斜上抛时抛的距离最远，故扬雪角取 45 度最合理。速度只有在 45 度斜上抛时抛的距离最远，故扬雪角取 45 度最合理。工作原理：如图 3-3 所示工作时，雪随着机体的前进和集雪器的自身旋转被粉碎并从左右向中间集中，加上车体向前运动是雪迅速到达抛雪口时便被抛出。图 3-3 挡 雪 板 -抛 雪 器计9图 3-4 抛 雪 转 子 计 算 简 图抛雪转子的计算见图 3-4，主要参数有叶片卸载角、叶片外径 R、和工作长度、转子抛雪生产能力和最大抛雪距离。转子壳体内表面上的雪抛出速度，等于叶片顶部的圆周速度。其它雪块沿径向移动，从转子抛出的绝对速度等于其出口时的径向速度和叶片顶部的圆周速度的矢量和。转子卸载角然 x，指从叶片顶端开始抛雪到两叶片间存雪完全抛完(即雪块从 A 点运动到 A点时间内，叶片转过的角度。按雪块为无粘合力的散状小颗粒的最有利输送条件，来确定 x marctn142m）（ 3-3）3.4 抛雪器性能参数的分析计算（1）无转子机构抛雪器的参数分析计算雪由集雪器进入抛雪筒时的速度，雪的圆周速度可近似地认为是雪进入抛雪筒时的速度。 tgnSt60260nDVoy（3-4 ）可见 V oy与 ，n, S 有关。（2）雪离开抛雪筒时的速度雪块以速度心脱离集雪螺旋经过抛雪器出口时的速度为 u0，则计1021020)(ugHVoy（3-5 ）公式中， H。为抛雪筒出口到集雪器中心轴的垂直距离， 为雪经过抛时因与筒壁摩擦和冲击而产生的能量损失系数。雪属于轻飘物，在计算时，最大抛雪距离是指排除风力的影响。经转子抛出的雪由于受到机械对其的加密作用，呈团状或颗粒状。在空气流体中运动，因速度不是很快，运动阻力可以认为主要是流体粘滞性引起且阻力的量值和速度的一次方呈正比，设阻力 F=m.g.c.u，c 为阻力系数。以抛雪筒出口为原点，采用直角坐标。在 X、Y 、Z 坐标中，按牛顿定律：（3-6 ）gcteu1cosx0（3-7 ）ctgcygsin20以抛雪筒出口时计，当 t=0， ， 。 ， 其中 为抛雪筒扬雪0x0u0ossin角，则公式的解为 。o45公式中 e 为自然对数底。系数 c 的取值由实验确定。但一般在无大量实验数据情况下，将清雪机处理后的雪团和颗粒认为是类球体，而按斯托克斯阻力定律来计算，即球体在粘滞流体以一定速度运动时，所受到的阻力 f 是：f=6au式中 a 为雪块半径； 为空气粘滞系数。 的数值系空气的内在属性。在零度以下时，可取值为 0.00016 泊。设 F=f，即 m=6au，解之有: c=4.521ar，显然 cg 值较小。因而可将公式展成级数，有下列近似关系： （3-8 ） 200cos2costgutux（3-9 ） sin31sin1sin0200 ugttty令公式中的 y= 0，并将式中第三项略去，解得到达地面时间是：计11（3-10 ）gutsin20t 带入 x 的表达式，求出最大抛雪距离为：（3-11 ）gcuuxsin12sin00ma空气对雪块运动有较大阻力，使实际抛雪距离大大小于理论值。实践证明，转子的圆周速度越高，这一差异越大。顺风抛雪可以提高抛雪距离，当风速不大时，也可逆风抛雪。由文献可知:考虑到风速对抛雪距离的影响，可采用经验公式 单位 m 计算有风时的抛雪距VfxX1.0ma离 X。式中: 无风时的抛雪距离单位 m，称风速单位 m/s。max3.5 机器性能参数计算消耗功率的计算 抛雪器消耗的功率由公式知： （3-12 ）ffRVrQN11cos带入数据: =1.54kwfN由公式（3-13 ）fwfsN41带入数据： kwNs601.3（2）性能分析机器的除雪生产率是 。由 即生产率等于雪层厚度。sm/1024.3-vhQ13.6 本章小结（1）本章主要研究制定了小型手扶式清雪车的各系统设计方案。计12（2）在此基础上对清雪车的几个主要部件(如集雪器、抛雪器等) 的结构和关键性能参数进行分析，确定主体设计方向。（3）经过实地考察和设计计算，最终确定车体尺寸 。mm1582014 校核4.1 链轮校核轴 上 的 链 轮 校 核 ， 轮 的 输 入 功 率 是 2.88KW， 齿 轮 的 转 速 ， 齿 轮 材 料 为in/120rn40Cr，调质处理，硬度 241HB286HB，平均取为 260HB。Z1=78，Z2= 78,b=20，m=2.5 =195mm1d接触疲劳极限：由机械零件设计手册第 12 章得知 MPalH1502im精度等级选取 6 级精度使用系数 KA：由机械零件设计手册表 12.9 得 KA=1.5动转系数 KV：由机械零件设计手册图 12.9 得 KV=1.2齿间载荷分配系数 HaK（4-1 ）79.182.3812.3-8121 Z（4-2 ）6.079.4a由此得：2211.3.8HKZ齿向载荷分布系数 H231()0HbABCbd（4-3 ）计13=1.17+0.160.12+0.6110-320=1.17A=1.17， B=0.16，C=0.61载荷系数 K： AVHKK(4-4)=1.51.21.361.17=2.86弹性系数 ：EZMPa8.19节点区域系数 ZH：由机械零件设计手册 4 图 12.16 ZH=2.2接触最小安全系数 ：由机械零件设计手册4表 12.14 =1.05limHS limHS总工作时间： =530080.5=6000hht预期使用寿命为 10 年，每年 300 天，单班制，工作时间占 50%。应力循环系数 由机械零件设计手册表 12.151N估计 107 107 则指数 m=8.78（ 4-5）7max1121 109.560ninihivll TtrN原 估 计 应 力 循 环 次 数 正 确 。接 触 寿 命 系 数 ZN 由 机 械 零 件 设 计 手 册 图 12.18 ZN1=ZN2=1.18lim1270. 95HH MPaS(4-6)许 用 接 触 应 力 ：计14验 算 ： 12HEKTuZbd(4-7)=223.42MPa =798MPaH 被 校 核 轮 安 全 。重 合 度 系 数 ： ： 0.75.2Y(4-8)Y179=0.66齿 间 载 荷 分 配 系 数 ： 由 机 械 零 件 设 计 手 册 表 12.10 知FK.5.6FKY(4-9)齿 间 载 荷 分 布 系 数 ： FK查 机 械 零 件 设 计 手 册 图 12.14 得 =1.4F载 荷 系 数 K： AVFKK(4-10)=1.51.21.511.4=3.80齿形系数 ：查机械零件设计手册12.21， =2.8。FYFY应力修正系数 Ysa1：查机械零件设计手册 12.22 ，Ysa1=1.56 ，Ysa2=1.72。计15弯曲疲劳极限：由机械零件设计手册图 12.23c ， =600MPa。mFli弯曲最小安全系数 由机械零件设计手册表 12.14 =1.25。limFS liS应 力 循 环 次 数 N1 由 机 械 零 件 设 计 手 册 表 12.15 估 计 ， 3106 N1 1010则 指 数 m=49.91 49.1121max60()nihllihiTtrt(4-11)49.49.149.1608(205203)= 6.91107原 估 计 应 力 循 环 正 确 轴 承 寿 命 系 数 YN： 由 机 械 零 件 设 计 手 册 图 12.24 ， YN1=0.95， YN2=0.97。尺 寸 系 数 YX： 由 机 械 零 件 设 计 手 册 图 12.25， YX=1.0许 用 弯 曲 应 力 ：Flim112n70.951 32NXFFHMPaS(4-12)验 算 ： 112aSKTYbd3.802.8560.95=14139MPaFPa传 动 无 严 重 过 载 ， 故 不 作 静 强 度 校 核 。4.2 键的校核车 轮 轴 上 带 动 车 轮 的 普 通 平 键 。 轴 径 40mm， 传 动 转 矩 为 1.87910 6Nmm， 整 个 车 轮的 宽 度 B50mm， 载 荷 稳 定 。(1)选 择 键 的 类 型 ： 选 A 型 普 通 平 键计16(2)确 定 键 的 尺 寸 ： 查 的 可 选 键 的 尺 寸 为 34810lhb(3)挤 压 强 度 ： 取 ， 则 工 件 表 面 的 挤 压 应 力 为2hk（ 4-13）8.1920dkiTp， 所 以 此 处 用 键 连 接 可 以 满 足 强 度 要 求 。MPap2018.194.3 轴承校核选用轴承代号如轴承参数下表 5-1：选纵向丝杠左侧深沟球轴承 6004 进行校核，轴径 d=25，轴承预期使用寿命 ，可靠度为 50%。脂润滑。hLh50校 核 步 骤 ： （ 4-14）04.1250rCF查 机 械 零 件 设 计 手 册 第 18 章 表 18.7 得 e=0.081=0.18e （ 4-15）4.250rF表 5-1 轴 承 参 数X， Y 冲 击 载 荷 ， 据 机 械 零 件 设 计 手 册 查 表 132 可 得 ： X=0.50， Y=2.0轴承代号 基本尺寸 mm 基本额定负载 KW 极限转速 r/min60046000d D B 20 42 1210 26 8C Cr9.38 5.024.58 1.98脂润滑 油润滑15000 1900020000 28000计17tancos211atrFdTt系 数 由 机 械 零 件 设 计 手 册 查 表 13-3 可 得df 1.df当 量 动 载 荷（ 4-16）NyFxfPrd275.4208.5.01计 算 额 定 动 载 荷（ 4-17）nLPChr2961703 基 本 额 定 动 载 荷 。NCrr 29611720则 选 用 该 轴 承 可 以 满 足 寿 命 要 求 。4.4 轴的校核轴上的功率为 P=2.88kw，转速 n=1200r/min转矩 2.8950950901PTNmn（4-18 ）(1)求垂直面的支承反力 (4-19)(4-20)(4-21)计18(4-22)NLFrv02.391(4-23)rv5.2(2)求水平面的支承反力（图 c）(4-24)NFtH46.12521(3)绘垂直面的弯矩图（图 b）(4-25)mLFMav5.832(4-26)Nvd4.601(4)绘水平面的弯矩图（图 c）(4-27)mLFMHa05.1932求轴传递的转矩（图 f）(4-29)NdTt 96.102求危险截面的当量弯矩(4-30)6.01a(4-31)8.49.6.0T(
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