【毕业论文】小型手扶式清雪车设计【2014年汽车机械专业答辩资料】

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -I- 摘 要 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。 清雪车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，并针对离心扬雪式除雪机构，分别对除雪机构中的螺旋集雪机构和离心排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 ： 清雪车 ； 螺旋集雪 ； 离心扬雪 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -II- Abstract Winter lasts for a long time in the cold areas of northern China.A great amount of snow falls there each year.Therefore,if the accumulated snow cannot be removed and cleaned in time,it will severely affect the safety of the transportation and bring out a lot of inconveniences to the peoples daily life.The manufacture of the multi-functional snow-moving machine will be found of important and practical value in forming good transportation and hygiene environment in winter. The snow clearing capacity of the snow-remover depends on the properties of snow clearing device,so it is necessary to study the structure and properties of snow clearing device deeply. The device mainly used for clearing floating snow is spiral snow collection,which is generally used with highspeed rotating fan and snow throwing cylinder.Snow is collected by spiral snow collection and threw to roadside or snow truck through snow throwing cylinder driven by rotating fan,which can save time,and the efficiency is high. The thesis works out a basic project on the multifunctional now-moving machine through the study of the physics mechanical haracters of the snow.It lays great emphasis on the study of Community throwing snow machine. Keywords: Snow-Remove Machine；Helix-Collect snow；Community throwing snow. 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -III- 目 录 摘 要 . I Abstract . II 目 录 . III 第 1 章 绪论 . 1 1.1 选题的意义 . 1 1.2 扬雪机国内外的发展 . 2 1.3 小型手扶式清雪车简介 . 4 1.4 小型手扶式清雪车的结构及原理 . 4 1.5 本章小结 . 5 第 2 章 总体方案设计 . 6 2.1 设计车体 . 6 2.2 动力系统设计 . 6 2.3 传动系统设计 . 7 2.3.1 传动方案的设计 . 7 2.3.2 传动系统的设计 . 8 2.4 本章小结 . 10 第 3 章 各系统设计 . 11 3.1 原动机的选用 . 11 3.2 变速箱的设计 . 11 3.3 集雪器的设计 . 12 3.4 抛雪器的设计 . 14 3.5 抛雪器性能参数的分析计算 . 16 3.6 机器性能参数计算 . 19 3.7 本章小结 . 20 第 4 章 三维造型设计和二维工程图的绘制 . 21 4.1 ProE 简介 . 21 4.2 proIE 参数设计的优点 . 21 4.3 ProIE 零件的 3D 实体建模 . 22 4.4 pro-E 导件的装配组合 . 25 4.5 二维工程图的绘制 . 27 4.6 本章小结 . 27 第 5 章 校 核 . 28 5.1 齿轮校核 . 28 5.2 键的校核 . 31 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -IV- 5.3 轴承校核 . 32 5.4 轴的校核 . 33 第 6 章 应用前景分析 . 36 6.1 技术经济分析 . 36 6.2 成本核算 . 36 致 谢 . 39 参考文献 . 40 结 论 . 41 附录 1 译文 . 42 附录 2 英文参考资料 . 44 全套 资料 ， 扣扣 414951605 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -1- 第 1 章 绪论 1.1 选题的意义 (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发展，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 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -2- 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 扬雪机国内外的发展 据了解，国内外的研究概况及发展趋势 利用机械清雪是把人从繁重的扫雪工作中解放出来的一种 最好的途径，并大大提高了清雪效率和速度。因此，科学工作者一直在探索如何研制出安全、可靠和实用的清雪机械。近几十年来，国外除雪车发展非常迅速，种类越来越多，各生产厂商在采用新技术、新材料、新工艺的同时，不断提高产品的作业性能和操作性能，以适应冬季除雪提出的更高要求，增强产品的竞争力。最初的清雪机械是采用推土机或装载机，利用其推土板和装载斗将积雪集中在一起，这后来发展成犁式除雪机。早在 1943 年日本就开始把 V 型犁式除雪器装在载重卡车上用于除雪，经过多年的发展，国外犁式除雪机已具有较高的技术水平，如俄罗斯新产品 KO 一 812 一 2 型犁式除雪机便是其中的优秀产品之一。 国内小型清雪车真正的研制和开发是从 80 年代以后，随着改革开放的不断深入，道路的不断升级与新建，各种机动车辆猛增而开始的，这些研究单位集中在中国的东北地区，先后有十几种样机被生产出来，在除雪作业中发挥了一定作用。但国内的除雪机械目前还存在一些问题，如作业速度低，整机利用率低、成本高，避让功能不理想，对路面保护能力差。当路面凹凸不平时，除雪机作业会对路面造成损坏。虽然除雪机对路面的破坏程度目前还没有一个衡量标准，但国内的除雪机械在路面的仿形能力、对路面保护等方 面，与国外相比还存在一定的差距。为此，各国均投入一定的人力、物力、财力研制、开发性能优越的除雪机械，并大量推广机械除雪以代替人工除雪，加快机械化的进程。尽管中国的北方地区的冬季降雪期可达 3 4 个月，但有关资料表明冬季实际降雪次数并不太多，最多也仅为十几次而已，如果除 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -3- 雪车的除雪功能单一，这就大大提高了除雪作业的成本，增加了公路养护部门的负担。此外雪车的避让功能不理想。在除雪过程中，常常因遇路障而使主机或者除雪装置损坏，国内现有的犁式除雪机械，大部分在回避路障方面的能力较差。 90 年代初我国的沈大高速公路上也引 进了德国产的乌尼莫克道路综合养护车，辅机备有犁式除雪器。国内犁式除雪机的研究也取得一定的成绩，先后研制了一些成功的产品，如西安公路研究所研制的 L9280 型除雪机，吉林交通科学研究所研制的 CL 一 3.6， CL 一 3.5 型系列除雪机，以及哈尔滨林业机械研究所研制的 CBX 一 216 综合破冰除雪机等。犁式除雪机出现以后，又出现了将用合成材料制成的指向圆周不同方向的棒装在滚筒上作为清雪专用器械，但只对没冻的积雪效果好，直到后来出现了连续快速的大型旋转式清雪机后，清理积雪的工作才变得简单。 旋转式除雪机一般具有切削、集中、推 移和抛投的功能，具有结构复杂、功能多的特点。德国和日本是生产旋转式除雪机的主要国家，技术成熟，其产品性能居世界领先水平。 国内己研制成功的旋转式除雪机主要有吉林工业大学等单位研制的 CX一 30 型除雪机，哈尔滨林业机械研究所研制的 CBX 一 216 型城市道路破冰机，吉林交通科学研究所研制的 CBX 一 1600 型除雪机等等。除雪机在国外已经发展了几十年，特别是在瑞典、芬兰等北欧国家已经相当成熟。中国除雪机械的研制起步较晚，建立道路气象系统，除雪机械应向小型化、高速度的方向发展，向多功能、机一电一液一体化的方向发展，同时注 意提高安全性和舒适性，打破专利封锁、加强技术合作。也只有这样我国才能加快发展速度，缩短与世界先进水平之间的差距。 与其它类型的除雪机械相比，抛雪式除雪机一般具有对积雪的切削、集中、推移和抛投功能，其应用较广，是一种现代化、高效率的除雪机械。自80 年代起，逐渐在北美，北欧和日本北海道地区得到广泛的应用。在我国大型清雪车在部分地区还可以见到，但大部分是推移式的，先进的抛投式少之又少，且是进口产品，价格昂贵，维修不便。 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，机身过大，除雪机占道影响交通 ；速度过低，影响车流通畅，同时狭窄路面的除雪也要求机身体积不宜过大。而相应的适用于中国国情的企事业单位清雪、城市次干道以下各级道路清雪和环卫人员用的小型产品更是几乎见不到。国内有关这方面的研究很少，据了解目前国内没有厂家在生产小型抛 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -4- 投式清雪机。所以对这种小型的除雪机的研究、设计和开发必然有很大的现实意义。根据哈尔滨花园邨宾馆新引进的扬雪车的用后调查，德国 凯驰（ karcher） 手推机依然很重，这就使推车人很费力。雪车转向不是十分灵便，拐角处依然操作不便。为了快速、高效、方便地清理及不妨碍交通，今后的除雪机械必 然要向小型化、高速度而又更人性化的方向发展。 1.3 小型手扶式清雪车简介 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，进行小型手扶清雪设备结构设计。 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（ Karcher） 的扬雪机图片信息、及哈尔滨花园邨宾馆的实机参照，对离心扬雪式清雪车的设计理论进行分析，得出相应结论，在此基础上对离心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 ProE 实体绘图。 1.4 小型手扶式清雪车的结构及原理 清雪车由车体和安装在它上面的汽油机 (原动机 )、变速箱、传动装置、集雪器以及安装在集雪器上的抛雪器组成。小车以一定速度行走时，积雪从前方不断进入集雪器中，集雪器由反向安装的双向螺旋轴、推雪板和挡板组成，由于螺旋轴的高速旋转，积雪被切碎并通过双向螺旋的横向位移迅速集中于集雪器中部抛雪转子室的入口处，随车体的前进而进入转子室，在转子叶片的带动下，不断沿抛雪筒抛到预定位置。所以要合理的设计计算集雪器、抛雪器等的参数。螺旋转子式 (抛投式除雪机中最常见的一种 )除雪机是 利用前部安装的螺旋式铣削集雪器进行切削，然后将切削下的雪屑靠两端反向安装的集雪螺旋输送并集中于推雪板中部的转子抛雪器的入口处，由于除雪机向前运动使积雪不断增加，在压差的作用下，雪屑被连续送入高速旋转的抛雪转子室内 (有些螺旋转子式除雪机没有转子结构，只有抛雪筒 )，在转子叶片的带动下，被不断沿抛雪筒抛出。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -5- 1.5 本章小结 本章主要针对小型手扶式清雪车的国内外发展情况，自身的结构及工作原理等情况进行系统的分析与概括 ,通过我国实际情况来说明此次毕业设计的可行性。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -6- 第 2 章 总体方案设计 2.1 设计车体 车体的作用是固定连接集雪器、汽油机等零部件，并具备行走功能。其主体采用 IOmm 的低碳钢板焊制而成，并包括扶手，车轮等附件。车体前段连接集雪器，中间固定汽油机座，各部分设计应考虑如何满足简单、实用、美观、操纵灵便等要求，并且车体的宽度不应超过集雪器的宽度。除此之外，考虑到实际应用，还应注意避免划伤路面、减小自重、过载保护等问题。 2.2 动力系统设计 本车原动机选用汽油发动机，因其油损少，连续作业时间长，噪音低，更适合机关大院、居民区及人口流动较大的地方使用。考虑到本机器的整体性能及使用寿命等参数 ，选用国产江动系列汽油发动机，经性能比较，初步选用型号 JF168 的发动机。其尺寸、性能参数见表 2-1。 表 2-1 江动牌系列微型发动机 JF168 型 型式 单缸 四冲程 最大输出功率转速（ kw/rmn） 5.5/3600 外形尺寸（ mm） 387 330 360 启动方式 反冲式手拉起动 /电起动 润滑方式 无铅汽油 点火方式 晶体管点火 耗油量（ ml） 270 缸径 /行径（ mm） 6845/2.681.77 净重（ kg） 15 主要特点 该机输出方式灵活，配套用途广泛。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -7- 2.3 传动系统设计 2.3.1 传动方案的设计 传动方案一 发动机 链传动 中间轴 链传动 集雪器 考虑到车身突然遇到障碍物影响传动系统，甚至使集雪螺旋因受过大阻力，仍要继续旋转被破坏，所以传动系统中考虑有带传动做过载保护。 传动方案二 发动机 带传动 中间轴 链传动 集雪器 本方案中尽管有过载保护，但是车整体单向受力并且积雪效率不如变速高，当雪较大时，车行驶速度应该低些；挡雪量较小时，车可以行驶快些，当清雪不彻底时，就要发回重新清扫一遍，所以考虑第三方案，加变速箱。 传动方案三 车的传动路线如下 所示： 发动机 带传动 中间轴 锥齿轮 锥齿轮 集雪器 链传动 变速箱 链传动 车轮 图 2-1 传动路线图 与前两种机型相比，车体体积适中，结构也比较简单。车体上部安装汽油机 :车体前面连接集雪器 :后面有推手 ；内部有加强肋板。总机长约 1820mm， 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -8- 宽约 820mm，高约 1150mm，重约 102kg，轮子直径选为 300mm，可见机型3 具有机型 2 优越的除雪性能，还具备机型 1 轻便的优点，的确优于其它机型。 2.3.2 传动系统的设计 传动系统选用第三方案，由于发动机 转速 2500r/min,车由人推动，基于人行走速度限制，车轮转速要求在 50 转 /min 左右 ,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。 总体传动方案： (2)带传动的参数设计见表 2-2、表 2-3 表 2-2 带传动尺寸参数 带型 普通 A 型带 弹性滑动率 =0.02 直径 80mm 大带轮基准直径 )1(12 dd did 轴间距 A=476.5mm 基准长度 1318mm 带速 V V=8.37m/s 小带轮包角 a 169.46。 额定功率p1 1.01kw 额定功率增量 p1 0.24kw 带根数 z 5 单根带的预紧力F0 99.66N 发动机 带传动 锥齿轮 锥齿轮 集雪器 链传动 变速箱 链传动 车轮 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -9- 表 2-3 带传动的参数 (2)链传动的参数设计见表 2-4 表 2-4 链传动参数 链型 08B 截距 12.7 传动比 4 链节数 256 小链轮齿数 25 大链轮齿数 100 小链轮分度圆直径 101.33 大轮分度圆直径 404.32 小链轮齿顶圆直径 108.37 齿顶圆直径 412.26 (3)链传动 2 的设计参数 设计过程与链 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带型 普通 V 带 设计功率 5.5KW 传动比 i 2 小带轮基准直径 80 带基准长度 1180mm 大带轮基准直径 156.8 带速 V=8.37m/s 单根带轮传递功率 P=1.01kw 小带轮包角 a=169.46 额定功率增量 p=0.24 带的根数 Z=6 带轮基准宽度 B=11.0 单根 V 带预紧力 F0=107.85N 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -10- 转子旋转，实现预定功能。 (4)锥齿轮的设计 由于系统总体有传动比要求，此处锥齿轮传动分别取 1:1、 1:2,经计算总结得锥齿轮参数如下表 2-5： 表 2- 锥齿轮参数 参数 名称 齿轮 1 齿轮 2 齿轮 3 轮 4 齿数 Z 20 20 20 40 模数 m 3 3 注：啮合时两齿轮轴线垂直放置 2.4 本章小结 本章主要研究制定了小型手扶式清雪机的总体设计方案 , 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。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -11- 第 3 章 各系统设计 3.1 原动机的选用 考虑到本机对动力源的要求，这里采用江动牌系列微型发动机中的JF168 型，其尺寸、性能参数见表 2-1。 3.2 变速箱的设计 类型 :二级变速一级换向 结构设计 :齿轮、轴及轴承组和设计 :小齿轮、大齿轮和低速轴分开制造，利用平键作周向固定。轴上零件利用轴肩、轴套和轴承作轴向固 定。两轴均采用深沟球轴承，承受轴向载荷的作用。轴承利用齿轮浸入油池溅起的稀油润滑。结构见图变速箱装配图。 输入轴设为花键轴，其上有一二联滑块，当拨快作用在其上时，其与输出轴上齿轮分别啮合，从而实现换挡换向功能。输出轴端一端通过链传动与发动机相连，另一端通过另一链传动与车轮相连，其上有三个直齿轮，两端齿轮靠轴肩和套筒定位，另一个齿轮轴肩和弹性挡圈定位。箱体壁上装一齿轮轴 陏轮，当其于二联滑块啮合并且同时与输出轴的输出端啮合时，实现换向功能。具体位置见图 3-1。 图 3-1 变速箱下箱体结构 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -12- 3.3 集雪器 的设计 (1)集雪器结构设计 集雪器亦称为螺旋集雪器，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， 3-3。 图 3-2 带叶轮的螺旋轴 图 3-3 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 3-2 结 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -13- 构。 jN = ZV dZV n g hdZg 110co ss in +lrnVhgSl 2602s in dr 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= l h V。那么集雪器所耗功率为 fQnVDs s i n60co ss i n1N 2j 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 Nj 必须满足生产率的要求，换言之巧必须满足 nj4x60lhV 带入数据计算后， nj 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nj 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 3-4 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。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -14- 图 3-4 带支撑板的集雪机构 3.4 抛雪器的设计 1.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。 2.有转子机构抛雪器的设计 与无转子机构的抛雪器相比，这种抛雪器在结构上多了抛雪转子，相应的集雪器推雪板上在与抛雪器相对处增加了转子室。因此，这种抛雪器较为复杂，但它的抛雪功能更优越。 工作原理 :如图 3-6 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，然后由于高速旋转着的转子产生内 外气流速度 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -15- 压力差以及车体的继续前进双重作用而进入转子壳体的风扇室内，并迅速充满转子室。抛雪转子旋转产生离心力使雪沿转子径向叶片端部移动，并被推压到转子室内的圆弧表面，随转子叶片作旋转运动到达抛雪口时便被抛出。 图 3-5 挡雪板 -抛雪器 图 3-6 带转子叶片的集雪 -抛雪器 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -16- 图 3-7 抛雪转子计算简图 抛雪转子的计算见图 3-7，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 (生产率 )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 (弧度 ) 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 m ar ct a n1 1142m ）（ 3.5 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 (l)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。 tgnStgS 602 260n2DV oy ， 可见 Voy 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 u。，则 21020 )1(2u gHV oy 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。 (3)抛雪距离的计算 抛雪距离是清雪机的主要性能指标， u。值的大小很大程度上决定了清雪机抛雪距离。当抛雪速度一定时 ，抛雪距离与雪的压实程度、雪的自然加密度、清雪生产率、转子抛出的雪流密度、转子外径及雪的物理机械性能等因素有关。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -17- 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： 以抛雪筒出口时计，当 t=0， x。 =y。 =O， .x =u。 cos， .y =u。 sin其中为抛雪筒扬雪角，则公式的解为 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=6 au 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 mgu=6 au，解之有 : c=4.5 21 ar ，显然 cg 值较小。因而可将公式 (2.13)展成级数，有下列近似关系： 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： 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -18- t 带入 x 的表达式，求出最大抛雪距离为： 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 X=Xmax (1 土 0.1Vf)单位 m 计算有风时的抛雪距离 X。式中 :Xmax 无风时的抛雪距离单位 m，称风速单位 sm 。 2.有转子机构抛雪器的参数分析计算 (l)抛雪转子所需功率 公式中各符号的意义是 V0 雪块进入转子叶片时的速度 Vor、 Vot 分别为 V0 的沿叶片径向和圆周切向的分速度 : V1 雪块离开转子叶片时的速度 ； V0、 V1 分别为 K 的沿叶片径向和圆周切向的分速度 ； R0、 R1 分别为速度 V0、 V1，为 K 处到转子中心的距离 ； 0、 1 速度 V0、 V1 与圆周分速 度之间的夹角 ； 转子轴旋转的角速度 ； 设 m 为每秒通过抛雪转子雪的质量，则 m=r.Q， Q=Q 为每秒通过抛雪转子的流量，那么单位时间内雪的动量矩变化为 : 这动量矩的变化应等于施加与转子轴上的驱动力矩。因此抛雪转子需用的功率 : 由于集雪螺旋所带起雪的速度方向近于是转子叶片的径向， 0= 2 因此转子需功率为 : 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -19- 考虑雪进入转子时，雪对叶片的冲击和摩擦等使功率有损失，设 f 为抛转子功率，则实际抛雪转子消耗的功率为 : (2)速度及距离的计算 雪块离开抛雪转子叶片时的速度 (即速度 K)就是雪进入 抛雪筒时的速度。在抛雪速度和距离的设计计算中，这是唯一不同于无转子机构抛雪器的地方。 值得注意的是，由于雪受气温影响很大，在严冬季节雪呈松散颗粒状，初冬和初春气温在零度左右降雪，气温在零度以上时雪的粒度很大，扫雪最困难，易堵塞转子体，扫雪效率显著降低。 3.6 机器性能参数计算 1.消耗功率的计算 (1)集雪器消耗的功率 由公式 fQnVDs s i n60co ss i n1N 2j 知：带入数据 :Nj =1.753kw (2)抛雪器消耗的功率 由公式知 : 带入数据 :Nf=1.54kw 2性能分 析 机器的除雪生产率是 2.24x10 2 m3 /s。由 Q=hlv 即生产率等于雪层厚度。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -20- 3.7 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。 （ 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 1820mm X 820mm X 1155mm。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -21- 第 4 章 三维造型设计和二维工程图的绘制 4.1 ProE 简介 Pro E 自 1988 年问世以来， 10 年间已成为全世界及中国地区最普及的3DCAD/CAM 系统。 Pro/ENG 创 EER 在今日俨然成为世界 3DCAD/CAM 系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、航天、家电、玩具等行业。 Pro 尼 NG 州 EER 可谓是个全方位的 3D 产品开发软件，它支持同步设计，可让使用者同时完成工业设计、机械设计、功能模拟、加工制造、缩短产品开发的时间与流程。 Pro 压 NGINEER 主要的功能是进行参数化的造型设计，提供的功能包 括造型设计、曲面设计、建立工程图、零件组合、简单的有限元素分析、模具设计、电路设计、装配零件设计、加工制造、逆向工程等等。 4.2 proIE 参数设计的优点 Pro 尼 NG 取 EER 独特的参数化设计概念，采用单一数据库的设计，有支持同步设计的功能，它包括了下面的几个优点。 (1) 3D 实体模型 (Solidmodel) 3D 实体模型可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表现出来，而且借助于其系统参数 (systempters)，还可随时计算出产品的真实性。这样在产品设计过程中，可以减少许多人为计算时间。 (2) 单一数据库 (singleda1Labase) Pro/ENG 取 EER 可随时由 3D 实体模型产生 ZD 工程图，而且自动标示工程图尺寸。不论在 3D 还是 ZD 图形上作尺寸修正，其相关的 ZD 图形或3D 实体模型均自动修改，同时组合、制造等相关设计也会自动修改，这样可确保数据的正确性，并避免反复修正的耗时性。 (3)以特征作为设计的单位任 eature 一 baseddesign) Pro/ENG 创 EER 以特征作为产品几何构建及数据存取的基础，这些特征的名称都是一般机械设计上常用的名称，如外壳 (Shen)、圆角 (Round)、倒角(Chamfer)、拔模斜度 (Draft)等均被视为零件设计的基本特征，除了充分掌握 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -22- 设计思想之外，还在设计过程中导入实际的制造思想。 (4) 参数式设计 (Petricdesign)配合单一数据库，所有设计过程中所使用的尺寸 (参数 )都存在数据库中，修改 CAD 模型及工程图不再是一件难事，设计者只需更改 3D 零件伊 art)的尺寸，则 ZD 工程图 (Drawing)、 3D 组合(Assembly)、模具 (Mold)等就会相应地变化。 4.3 ProIE 零件的 3D 实体建模 旋转式清雪车通常由下述零部件组成 :车体、轮子 、汽油机、集雪器 (由挡板、推雪板、集雪螺旋等零件装配而成、抛雪器 (由转子、抛雪筒等零件装配而成 )、变速箱直齿轮减速器由上下箱体、直齿轮、轴承、轴套、键、轴承盖等零件装配而成、带轮、链轮、中间轴等。其中以机器的锥齿轮、集雪螺旋、车体底盘等实体造型较为复杂。下面分别介绍它们的建模过程。 (1). 锥齿轮的建模过程 :Create、 Datum、 Plane 建立基准平面 Create、Protrusion、 Revofve 旋转生成锥齿轮立体雏形 Create、 Datum、 Curve、FromEquation 通过渐开 线方程生成锥齿轮齿形曲线一通过该曲线，建立锥齿轮一个齿廓 Pattem 阵列生成全部锥齿轮齿廓 CreateCutExtrude 切割生成锥齿轮轴孔一 CreateCutExtrude 切割生成锥齿轮键槽孔一 CreateChamfer建立倒角特征一完成。 图 4-1 直齿锥齿轮 （ 2） .清雪螺旋右旋的绘制 草绘 1 画圆 拉伸成中轴 草绘轴上圆孔 拉伸圆孔 草绘螺 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -23- 旋 拉伸成单叶螺旋 阵列成三叶螺旋 绘制连接杆阵列成三杆 添加中轴面 DTM2 阵列连接杆 上色 模型见下图： （ 3） 、清雪螺旋左旋的绘制过程同上，模型见下图： 图 4-2 螺旋右旋 图 4-3 螺旋左旋 （ 4）叶轮的绘制 草绘轴圆面 拉伸成中空轴 草绘叶片 拉伸实体 阵列成四叶 草绘键槽 拉伸键槽实体 上色 模型见下图： 图 4-4 叶轮 （ 5）挡雪板绘制 草绘槽型面 拉伸实体 壳特征 草绘壳上轴孔 拉伸成孔 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -24- 添加面 DTM1 草绘叶轮外壁并拉伸 添加面 DTM2 草绘雪筒并拉伸 上色 模型见下图： 图 4-5 挡雪板 （ 6） 清雪螺旋的 轴的绘制 草绘轴最大阶梯并拉伸 草绘螺旋轴段并拉伸 草绘轴承轴段并拉伸 草绘销孔拉伸 添加面 DTM1 镜像螺旋轴段 镜像销孔 上色 模型见下图： 图 4-6 螺旋的轴 （ 7）车体底盘的绘制 草绘外框并拉伸 壳体命令 草绘底盘边缘并拉伸 草绘输入、输出轴轴承座并拉伸 轴承座打孔 阵列孔 草绘挡杆座并拉伸 草绘锥齿轮轴轴承座 拉伸 打螺纹孔 阵列螺纹孔 草绘变速箱座突台 拉伸 草绘链轮口并拉伸 倒圆角 上色 模型见下图： 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -25- 图 4-7 车体底盘 4.4 pro-E 导件的装配组合 进行产品设计时，若所有零件的三维模型都已建立完成，则可以进一步通过指定零件之间的配合关系 (ConstraintType)来进行零件的组合，并且装配后也可将零件再分解开来，以查看组合产品的零件分解情况。零件的配合关系的种类如下 : 1.Mate:两平面相密合，且两平面呈反向 (即两平面的垂直方向为反向 )。 2.Mateoffset:两平面面对面，中间间隔一段距离 (Offset)。 3.Align:两平面互相对齐或使两圆弧或圆的中心线成一直线。当两平面互相对齐时，两平面为同向 (即两平面的垂 直方向为相向 )。 4.Align Offset:两平面对齐后隔开一段距离。 5.Insert:轴与孔的配合。 6.Orient:两平面互相平行，且两平面的正法线方向同向。 7.Coordsys:利用坐标系组合。 8.Tangent:两曲面以相切方式组合。 9.Pntons 价两曲面上某一点相接。 10.EdgeS 派两曲面上某一边相接。 组合后，如果想将所有零件分解开来，选择 view/ExPlode 即可。如要恢复原始的、未分解开的组合件，则选 view/UnexPlode 命令。如果要更改零件分开的距离，选择 Modify ModE exld 命令即可。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -26- 图 4-8 车体变速箱装配体 图 4-9 变速箱内部结构 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -27- 4.5 二维工程图的绘制 图 4-10 变速箱工程 工程图与零件或组合件之间相互关联，任何其中之一有更改，另一个也自动更改。 Pro -E 工程图主要的类型有五种 :投影视图 (Projeetion)、辅助视图(Auxiliary)、三维参考视图 (Generai)、细节放大视图 (Detailed)和旋转剖视图(Revolved)。当 3D 零件或组合件完成后，便可以利用这些零件或组合件来产生各种 ZD 工程而投影 视图、辅助视图及三维视图又有四种类型 :全视图伊ullView)、半视图 (Halfview)、断裂视图 (BrokenView)和局部视图 partialview)，各类型均可制作为剖面 (Seetion)或非剖面 (NO Xsee)视图。图 4.5.1 就是由此绘制的变速箱二维工程图的主体。 4.6 本章小结 针对第一方案型样机的不足，本文相继介绍了带有抛雪转子型清雪车和带式集雪螺旋装置的方案三两种清雪车，确定了传动方案和结构形式。特别是方案 3 机，由于设计时充分考虑了各种因素，并对关键部件如集雪器和抛雪器等进行了优化设计 ，简要地介绍了当今最流行的 3DCAD/CAM 系统 ProE及其特点。通过举例的方法简单讲解了用该软件建摸、组装及绘制工程图的方法步骤。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -28- 第 5 章 校 核 5.1 齿轮校核 主轴 上的 齿轮 校 核 。齿 轮的 输入 功 率 是 2.88KW ， 齿轮 的转 速1n =1200r/min，齿轮材料为 40Cr，调质处理，硬度 241HB 286HB,平均取为260HB。 Z1=78， Z2= 78,b=20， m=2.51d=195mm 接触疲劳极 限：由机械零件设计手册 4第 12 章得知 Hlim1=1200MPa Hlim2=1150MPa 初步计算的许用接触应力 H H1 0.9 Hlim1=0.9 1200=1080MPa H 0.9 Hlim2=0.9 1150=1035MPa 精度等级选取 6 级精度 使用系数 KA：由机械零件设计手册 4表 12.9 得 KA=1.5 动转系数 KV：由机械零件设计手册 4图 12.9 得 KV=1.2 齿间载荷分配系数 KH 1T=9550000 p/1n=95.5 510 2.88/1200=0.23 510 Nmm 5112 2 0 . 2 3 1 0 2 3 5 . 9195tTFNd 121 1 1 11 . 8 8 3 . 2 ( ) 1 . 8 8 3 . 2 ( ) 1 . 7 97 8 7 8a ZZ 4 4 1 . 7 9 0 . 8 633aZ 由此得 ：2211 1 . 3 60 . 8 6HK Z 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -29- 齿向载荷分布系数 KH 231( ) 1 0H bK A B C bd =1.17+0.16 0.12+0.61 10-3 20 =1.17 A=1.17， B=0.16， C=0.61 载荷系数 K： A V H HK K K K K =1.5 1.2 1.36 1.17 =2.86 弹性系数 ZE： 1 8 9 .8EZ M P a 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 SHlim：由机械零件设计手册 4表 12.14 SHlim=1.05 总工作时间 ： th=5 300 8 0.5=6000h 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 Nl 由机械零件设计手册 4表 12.15 估计 107 Nl 107 则指数 m=8.78 Nl1=2lN=Nv1=71 m a x6 0 ( ) 5 . 7 9 1 0n nii h iiTr n tT 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 4图 12.18 ZN1=ZN2=1.18 l i m 112l i m7 1 0 1 . 1 8 7 9 81 . 0 5HNHH HZ M P aS 许用接触应力 H： 验算：1212 1H E HKT uZ Z Zb d u 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -30- 22 3 . 2 2 3 0 0 0 1 . 6 7 11 8 9 . 8 2 . 2 0 . 8 62 0 1 9 5 1 . 6 7 =223.42MPa H=798MPa 被校核齿轮安全。 重合度系数： Y ： 0 .7 50 .2 5Y 0.750.251.79 =0.66 齿间载荷分配系数 KF： 由 机械零件设计手册 4表 12.10 知 11 1 . 5 10 . 6 6FK Y 齿间载荷分布系数 KF： 查 机械零件设计手册 4图 12.14 得 KF=1.4 载荷系数 K： A V F FK K K K K =1.5 1.2 1.51 1.4 =3.80 齿形系数 YF： 查 机械零件设计手册 412.21 YF=2.8 应力修正系数 Ysa： 查 机械零件设计手册 412.22 Ysa1=1.56 Ysa2=1.72 弯曲疲劳极限： 由 机械零件设计手册 4图 12.23c Flim=600MPa 弯曲最小安全系数 SFlim 由 机 械零件设计手册 4表 12.14 SFlim=1.25 应力循环次数 Nl 由 机械零件设计手册 4表 12.15 估计， 3 106 Nl 1010 则指数 m=49.91 4 9 . 9 1 11 2 11 m a x6 0 ( )n ihl l i hi hTtN N N r n t 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -31- 4 9 . 9 1 4 9 . 9 1 4 9 . 9 16 0 1 1 2 0 0 4 8 0 0 ( 1 0 . 2 0 . 5 0 . 5 0 . 2 0 . 3 ) =6.91 107 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 4图 12.24 YN1=0.95，YN2=0.97 尺寸系数 YX： 由机械零件设计手册 4图 12.25 YX=1.0 许用弯曲应力 F： l i m 1 112m i n7 1 0 0 . 9 5 1 5 3 91 . 2 5NXFF FH Y Y M P aS 验算 ：11 2 1 112F F F a S aKT Y Y Yb d m 2 3 . 8 2 3 0 0 0 2 . 8 1 . 5 6 0 . 6 62 0 1 9 5 2 . 5 =1 4 5 1 5 3 9M P a F M P a 传动无严重过载，故不作静强度校核。 5.2 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 1.879106 N mm，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 2)确定键的尺寸：查的可选键的尺寸为 b h l 12x8x80 3)挤压强度：取 k=h/2 l=L-b,则工件表面的挤压应力为 8.355803.340 25/92.4955020002000p xxxxd k l T 1 . 8 4 1 2 0 2 0 0 ,pp M P a M P a 故 连 接 能 满 足 挤 压 强 度 要 求 。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -32- ,2 0 01 2 08.3 5 5 ap lM P 所以此处用键连接不满足强度要求，需用花键连结。 5.3 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 6305 进行校核 轴径 d=25mm，轴承预期使用寿命 hL =5000h，可靠度为 50%。脂润滑。 校核步骤： 00 4 2 . 5 0 . 0 0 411200aaFFC r C r 查 机械零件设计手册 第 18 章表 18.7 得 e=0.081 4 2 . 5 2 4 2 . 8aarFFF r F =0.18e 表 5-1 轴承参数 轴承代号 基本尺寸 mm 基本额定负载 KN 极限转速 r/min d D B C Cr 脂润滑 油润滑 61905 25 42 9 5.65 3.68 14000 18000 16005 25 47 8 6.48 4.18 13000 17000 6005 25 47 12 7.75 4.95 13000 17000 6205 25 52 15 10.8 4.95 12000 16000 6305 25 62 17 17.2 11.2 10000 14000 6405 25 80 21 29.5 21.2 8500 11000 X， Y 冲击载荷 据 5 机 械 零 件 设 计 手 册 查表 13 2 可得： X=0.50， Y=2.0 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -33- 331 . 1()166705 0 0 0 1 4 8 0 522716670ddd r ahfff X F Y FLnP 5r系 数 机 械 零 件 设 计 手 册 查 表 13-3 可 得当 量 动 载 荷 P= =1.1 （ 0 . 5 0 2 4 2 . 8 + 2 . 0 4 2 . 5 ） =227N 计 算 额 定 动 载 荷 C = =29 61N 基本额定动载荷 rC 17200N rC 2961N 则选用该轴承可以满足寿命要求。 5.4 轴的校核 校核主轴。 轴上的功率为 P=2.88kw，转速 n=1200r/min 转矩 2 . 8 89 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0 2 2 9 2 01200PT N m mn 作用在齿轮上的力 Ft， Fr 齿轮分度圆直径 d=195mm 112 2 2 2 9 2 0 2 3 5 . 0 8195tTFNd t a n 2 3 5 . 0 8 t a n 2 0 7 6 . 6rtF F N 在水平面 H 上： 0BM 故有 2202 3 5 . 0 8 4 3 4 3 . 5 76 0 1 7 2t B C N H B Dt B CNHBDF L F LFLFNL 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -34- 弯矩 M： 1 9 1 . 5 1 6 0 1 1 4 9 0 . 6HM N m m 在垂直面 V 上： 0BM 故有：227 6 . 6 6 00 1 9 . 8 16 0 1 7 2r B Cr B C N V B D N V BDFLF L F L F NL 则有：12 7 6 . 6 1 9 . 8 1 5 6 . 7 9N V r N VF F F N 11 5 6 . 7 9 6 0 3 4 0 7 . 3 7V N V B CM F L N m m 22 1 9 . 8 1 1 7 2 3 4 0 7 . 3 2V N V C DM F L N m m 总弯矩： 12 2 2 21 1 1 4 9 0 . 6 3 4 0 7 . 3 7 1 1 9 8 5 . 1 6HVM M M N m m 22 2 2 22 1 1 4 9 0 . 6 3 4 0 7 . 3 2 1 1 9 8 5 . 1 4HVM M M N m m 作出轴的弯矩图扭矩图如下图 5 1 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面（即危险截面 C）的强度，根据 5 机 械 零 件 设 计 手 册 式（ 15-5）及上表中的数值，并取 0.6 ，轴的计算应力： 22 22133() 5 7 6 8 . 4 5 ( 0 . 6 2 2 9 2 0 ) 1 1 . 50 . 1 3 6c a a aMT M P M PW 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，已知 1 60 aMP ，因此 1ca ，故安全。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -35- FABCDM HM 2M 166 172TNH1FrFtFNV1 FNV2FNH1F NH2FtFrFNV1FNV2TF NH2= =水 平 面 H 的 弯 矩垂 直 面 V 的 弯 矩合成的弯矩扭矩M V 1 M V 2 3407N mm22920N mm=11985N mm11490N mm 图 51 弯矩图扭矩图 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -36- 第 6 章 应用前景分析 6.1 技术经济分析 市场竞争规律要求产品不仅应具有高性能，而且要有低价格，从而给新技术的设计提出了越来越高的要求，因此， 提高技术经济价值可以从以下四个方面着手： 1 进一步改善和简化设计，减少零件数目，提高标准化、通 用化程度； 2 采用廉价材料； 3 改善毛坯、零件加工、装配等工艺性，合理选择精度、公差和配合以及其他技术条件； 4 改善生产、经营管理制度。 技术和经济在人类进行物质生产，交换活动中始终并存，是不可分割的两个方面。两者相互促进又相互制约。技术具有强烈的应用性和明显的经济目的性，没有应用价值和经济效益的技术是没有生命力的。而经济的发展必须依赖于一定的技术手段，世界上不存在没有技术基础的经济发展。技术与经济的这种特性使得它们之间有着密切而不可分割的联系，所以有必要对设计方案进行经济技术分析。对工程技术进行经济性评价 ，其核心内容是经济效果的评价。为了确保经济决策的正确性和科学性，研究经济效果评价的指标和方法是十分必要的。经济效果评价的指标和方法是多种多样的，它们从不同程度反映工程技术方案的经济性，这些指标主要可以分为三大类：第一类是以时间作为计量单位的时间型指标，如投资回收期，贷款偿还期等；第二类是以货币单位计量的价值型指标，如净现值，费用现值等；第三类是反映资源利用效率型指标，如投资利润率，内部收益率等。 6.2 成本核算 本篇设计的小型灵便式清雪车机身净重 150kg，本车的 3/4 为铸铁， 1/4为普通钢材。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -37- 表 71 原材料成本 序 号 名 称 单 价 每台所用量 每台成本 1 普通碳素结 构钢 3200(元 /吨 ) 100(kg） 320(元 ) 2 铸铁 HT200 2500(元 /吨 ) 70(kg） 175(元 ) 3 不锈钢 14000(元 /吨 ) 5(kg） 70(元 ) 4 铁皮 5(元 /平方米 ) 0(平方米 ) 0(元 ) 综述上表原材料总成本大约为 P1=565 元 表 72 外购件成本 序 号 名 称 单 价 每台所用量 每台成本 1 发动机 750(元 /台 ) 1(台 ) 750(元 ) 2 V 带 10(元 /根 ) 5(根 ) 50(元 ) 3 轴承 15(元 /个 ) 14(个 ) 190(元 ) 4 螺栓 0.8(元 /个 ) 80(个 ) 64(元 ) 综述上表外购件总成本大约为 P2 =1154 元 表 73 工时成本 序号 工种 工时费 (元 /时 ) 工时 (时 ) 每台成本 (元 ) 1 车 20 5 100 2 铣 30 3 90 3 磨 50 1 50 4 镗 80 0.5 40 5 铸造 80 24 1920 由表 7 3 可得工时总费用大约为 P3=1300 元，所有的电费和水费大约 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -38- 为 P4=360 元有销售和管 理人员的工资和运输费用大约为 P5=1000 元。 故成本为 565+1154+1300+1=4080 元 外购件除去增值税后得： 78941.17P=?=990 元 设增值税率为 17%，所以所有成本大约 P= 4080+990=5070 元， 地税的税率为 5%所以要交的地税为 5070 5%=253.5 元。 故总的成本为 P=5070+253.5=5323.5 元。 小 型 手 扶 式 清 雪 车 每 台 的 价 格 大 约 为 25000 元 ， 利 润 为25000-5323.5=19676.5 元。要上交的企业所得税率为 33%，则要上交的企业所得税为 19676.5 33%=6493.3 元。每台机器企业的净利润为19676.5-6493.3=13183.2 元。 预计企业的生产能力为每年生产 50 台车床车，则企业的年利润为13183.2 50=659160 元。所以利润肯定在 20% 30%以上，而且该机的生产属于批量生产，成本会相应降低，所以该机的生产是有利润的。 该清雪车总体设计是一项比较复杂的系统工程。它涉及到多种学科技术知识，要求设计者充分掌握有关市场、技术、经济、设计、制造和使用等 多方面资料。一个理智的总体设计方案，需要经过性能指标分析、功能分析、可行方案选择、功能及性能指标分配、总体优化决策等多个设计环节才能获得，而且设计过程中始终贯穿着各种技术经济问题的提出，分析和解决，能够带来最大经济效益的方案。 清雪车总体设计是应用系统总体技术。从整体目标出发，统一分析产品的性能要求及各机组成单元组合方案，实现机电液一体化产品整体设计的过程。因此，这一过程也是始终贯穿着技术经济分析与决策过程。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -39- 致 谢 值此毕业论文定稿之际，不由感慨万千，虽只是寥寥数万字，但却倾注了许多人的操劳 与心血。在这里首先要感谢我的导师丁柏群，正是他在论文选题、课题研究及论文撰写过程中，给予的细心指导与点拨，才有了我今天的成绩。丁老师渊博的知识、严谨的治学态度、敏锐的科研洞察力、豁达的性格都给了我深深的影响，我将永远铭记在心并受益终身，能成为丁老师的学生，也将是我一生的荣幸。感谢我的导师，在论文写作及答辩准备阶段给予的无私帮助和日夜的指导，他兢兢业业的工作精神、一丝不苟的科学态度、以诚待人的品格令我十分敬佩。 同时，还要感谢教育和帮助过我的各位老师，郭新华教授、李长威讲师、于洪超老师，正是你们的辛勤工作，才 使我在基础知识和画图能力方面有了长足的进步。在即将毕业之时，请允许我献上对各位老师最诚挚的感激和谢意 !没有他们默默的支持和帮助，我无法在有限的时间内完成毕设计的研究和毕业论文的撰写工作。在此，向他们表达我深深的谢意 ! 感谢在百忙中阅读和评审本文的各位老师、专家。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -40- 参考文献 1 濮良贵 . 纪名刚 . 机械设计 M. 北京 : 高等教育出版社 . 2001. 2 成大先 . 机械设计手册 M. 北京 : 化学工业出版社 . 2004. 3 吉林工学院 . 金属切削机床设计 M. 上海 : 上海科学技术出版社 . 1979. 4 蔡春源 . 机械零件设计手册 S. 北京 : 冶金出版社 . 1996. 5 张新义 . 经济型数控机床 M. 北京 : 机械工业出版社 . 1993. 6 机床设计手册编写组 . 机床设计手册 S. 北京 : 机械工业出版社 . 1980. 7 孙恒 . 机械原理（第五版） M. 北京 : 高等教育出版社 . 1996. 8 侯博文 . 离心扬雪式杨雪机构的研究 D. 长春 : 长春理工大学 . 2008. 9 刘继德 . 多功能清雪车清雪装置研究 D. 长春 : 吉林大学 . 2008. 10 李文峰 . 多功能清雪车碾压滚工作机理及参数优化研究 D. 长春 : 吉林大学 . 2009. 11 齐晓杰 . 楔韧振动式道路冰雪清除机理和除雪机械研究 D. 哈尔滨 : 哈尔滨理 工大学 . 2007. 11 张汝鹏 . 卧式螺旋滚扫型清雪车结构与性能优化研究 D. 长春 : 吉林大学 . 2009. 13 王国安 . 清雪车抛雪离心风机特性与结构优化研究 D. 长春 : 吉林大学 . 1983. 14 张恒奇 . 转子式扫雪机工作装置动力特性的初步讨论 . 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -41- 结 论 本次设计总计大该有零件 70 左右，经过这两个月的毕业设计实践，使我对专业知识有了更深层次的理解，对基础知识有了更深的巩固，对 WORD、PREO、 CAD 软件有了进一步了解和熟练应用。本次设计针对国内除雪的特点，在分析国内外相关资料的基础上，提出一种小型手扶式清雪车的工作原理。针对在具体了解与实际观察中发现的不足，如抛雪筒直径太小、车体轮子直径小行走困难等，设计出增加了抛雪转子结构和带有带式集雪螺旋两种机型的总体设计和尺寸确定。采用工程软件 Auto-CAD，绘制了小型手扶式清雪车二维工程图 并应用工程软件 Pro-ENGINEER 建立了相应的三维实体模型。通过对小型手扶式清雪车的进一步研究，为以后生产出适合中国国情的清雪机奠定基础。 总之，这次毕业设计将会如期完成，并能达到预期效果。利用毕业前的这段时间充分学习巩固专业知识，与老师沟通，与同学交流，顺利完成本科毕业设计。由于设计者知识能力有限，目前只能做到如此，还希望以后学习期间能进一步完善该设计，为国家为人民做些实实在在的东西，减轻我国一方的劳动力，也为“利国利民”出份力。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -42- 附录 1 译文 本文依托“多功能清雪车研发”项目，设计了以 装载机为牵引主机的多功能清雪车，针对不同类型积雪清除方法及其属具结构特点，以除雪属具技术参数的分析、计算为基础，设计了不同除雪属具及属具组合形式以达到清除不同类型道路积雪、一机多用的目的，全文研究工作总结如下： （ 1）分析阐述雪的物理性能，包括：密度及分类、硬度、抗切强度及摩擦性质等。通过分析路面与积雪相互作用的关系，为清雪车设计与关键参数计算奠定基础。 （ 2）在阐述清雪常用的方法及清雪车的主要分类的基础上，分析介绍了以装载机为牵引主机的多功能清雪车的主机参数和工作装置，对各个工作装置的功用进行论述说明，并 进行了整机牵引平衡和功率平衡的分析计算。 （ 3）设计螺旋集雪扬雪清雪装置以清除路面浮雪，阐述了螺旋集雪扬雪清雪装置的具体结构。对螺旋集雪扬雪清雪装置的螺旋集雪装置功率、集雪螺旋转速、离心抛雪装置功率及转速、抛雪距离等主要技术参数进行了分析计算。 （ 4）结合所依托的“多功能清雪车研发”项目，说明螺旋集雪装置的安装及工作方式，介绍螺旋集雪器结构和工作原理，给出螺旋集雪器的设计技术参数要求以及装载机的性能参数；分析螺旋叶片形式及其展开方式，研究雪的物理力学性质，为之后的相关分析计算奠定理论基础。 （ 5）在雪颗粒的 运动力学分析基础上，分析了螺旋集雪器各参数与工作性能之间的关系，初步确定螺旋集雪器的螺旋外径、螺距和螺旋角，建立螺旋集雪器清雪效率和螺旋集雪功耗的数学模型；根据压力、排量和功率选择螺旋集雪马达型号，由此确定螺旋轴直径以及螺旋集雪器的转速；对螺旋集雪器的振动特性进行模态分析，分析螺旋集雪器在此转速下发生共振的可能性。 （ 6）对螺旋集雪器集雪功耗和清雪效率进行数值分析。借助 MATLAB的 Simulink 工具箱搭建系统框图，根据相关技术参数并参考相关文献确定模型基本参数，分析螺旋叶片外径 D、螺旋轴直径 d、螺旋螺距 s 等螺旋结构参数以及螺旋集雪器转速 n、清雪车行进速度 V 等工艺参数对集雪功耗及清雪效率的影响。数值分析结果表明：螺旋叶片外径 D、螺旋轴直径 d、螺旋螺距 s 对螺旋集雪功耗影响很小，在考虑参数对集雪功耗的影响时基本上可 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -43- 以忽略不计；螺旋叶片外径 D、螺旋螺距 s 对螺旋集雪器清雪效率影响很大，清雪效率随螺旋叶片外径 D 和螺距 s 的增大而增大，螺旋轴直径 d 对螺旋集雪器清雪效率的影响不大；螺旋集雪器转速 n 对集雪功耗和螺旋集雪器清雪效率的影响都很大，转速增大，螺旋集雪器集雪功耗增大，清雪效率增加；清雪车行进速度 V 对螺旋集雪功耗影响很 大，螺旋集雪功耗随行进速度的增大而显著增大。 （ 7）结合数值仿真结果对螺旋集雪器进行结构优化。以螺旋集雪器集雪功耗最小、清雪效率最高为目标函数，以刚度限制、功率限制以及螺旋外径 D、螺距 s、转速 n、螺旋角的限定条件为约束条件，应用遗传算法对螺旋集雪器结构参数进行优化分析，优化结果为：螺旋外径 D =0.6m，螺距 s =0.5m。 清雪车是用于清除道路积雪，保障交通通畅、行车安全的冬季道路养护专用机械设备。我国东北、西北的大部分地区冬季持续低温，积雪数月不化的路面湿滑成为堵塞交通甚至引发恶性事故的重要因素。特别 近年来，随着高速公路建设的飞速发展，公路和城市道路清雪的重要性显得尤为重要。现有国内清雪机械的生产研发不能满足市场的需要，而国外进口的清雪设备价格昂贵，服务和配件的供应周期长、费用高，不能完全适应我国的路况。因此设计制造适应我国多雪地区的高效清雪车具有现实意义和经济效益。 清雪车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。目前许多国家都采用机械化“实时除雪”技术。所谓机械化“实时除雪”技术就是使用浮雪清雪机械在降雪过程中实施清雪，降雪过程也就是清雪过程，雪 停后清雪工作也基本完成。针对“实时除雪”这一概念，就需要效率高、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，清雪效率较高。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，提高清雪效率。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -44- 附录 2 英文参考资料 The research was performed with the research project“the design of multifunction snow remover”.According to the clearance method of difference type snow,the multifunction snow remover was designed with the loader for traction host,which had multi operation tools.The operation tools was designed and assembled based on the analysis and computation of its parameters for the purpose of clearing difference type snow.The dissertation main includes the following: (1)The physical properties values of the snow,which included densit classification,hardness,anti-shear strength,friction property were analysis.The interactional relations between road and snow were analyzed,which is the foundation of the design of multifunction snow remover and the key parameters computation. (2) More comprehensive classification methods of the snow removers were provided.The classification methods were summarized referring to as many as relative materials.The parameters of loader and the tools of multifunction snow remover were analyzed and introduced.The functions of the snow tools were introduced detailed.The traction and power balance of the whole machine were computed and analyzed. (3) To clear fresh snow,the equipment of spiral snow collection and centrifugal snow cast was designed,and its structure was introduced.The power and rotate speed of spiral snow collection,the power and rotate speed of centrifugal snow cast,the distance of cast,et al,were computed and analyzed. (4)Combining with the project,the installation style and working system of spiral snow collection are illustrated,and the structure and working principle are introduced,then the design technical parameters of spiral snow collection and performance parameter of loader are given；the spiral blade is chose and its expansion form is illustrated,which lay a function for subsequent related analysis and calculation；the physical characteristics of snow is studied,lay a theoretical foundation for the mechanical analysis of snow later. (5)Base on the mechanical analysis and velocity analysis of snow,the 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -45- relationship between various parameters of the spiral snow collection and the working properties was studied,and the helical vane,the pitch of helical vane and helix angle are determined preliminarily.The mathematical models of efficiency of cleaning snow and consumed power of the spiral snow collection were established.According to the press,displacement and power to choose the type of motor for snow plough, and the diameter of helical axis and the rotational speed of the spiral snow collection is determined.In order to avoiding sympathetic vibration,modal analysis of the spiral snow collection is made,the conclusion of which shows that resonance will not occurs to the spiral snow collection in the determined rotational speed. (6)According to the mathematics models established,by means of the tool box of Simulink of MATLAB,the system block diagrams are builded.Then according to the related technique parameters and the references and literatures,mathematical models of efficiency of cleaning snow and consumed power of the spiral snowcollection were simulated.Which analyzed the influence on the efficiency of cleaning snow and consumed power of the spiral snow collection of the structure parameters such as the helical vane D,the diameter of helical axis d,the pitch of helical vane s and technology parameters such as rotational speed of the spiral snow-collected n device and the marching speed of the snow-removing V.The conclusion of simulation shows that the influence of the structure parameters on the consumed power of the spiral snow-collected device is littile,which can be ignored,but the influence on the efficiency of cleaning snow of helical vane of the spiral snow collection D and the pitch of helical vane s of the spiral snow collection is great,along with the augment of the helical vane of the spiral snow collection D,the efficiency of cleaning snow of the spiral snow collection rises；along with the augment of the pitch of helical vane s of the spiral snow collection,the efficiency of cleaning snow of the spiral snow collection rises.And the influence of the diameter of helica