小型清雪车的总体设计和三维建模设小型清雪车的总体设计和三维建模设计

毕业设计

题目小型清雪车的总体设计和三维建模

学院

专业

姓名

学号

指导教师

年月日

毕业设计任务书

学院专业

姓名学号

设计题目小型清雪车的总体设计和三维建模

一、毕业设计的内容

我国的东北、华北和内蒙东北部的部分地区，冬季的积雪和积冰常常

造成严重的交通障碍，在有些路段如坡道、转弯、交叉路口、机场跑道等，

路面有积雪和积冰则影响更为严重，常常引发交通事故。

由于目前我国清雪方法比较原始，主要是人工法，基本上是人海战术,

不但浪费了较大的人力和物力，而且清雪的效率低，往往雪还没有被清

理完，就被来往的车辆压实，又增加了清雪难度。因此，本课题设计一种

清雪机，能在降雪后迅速、有效地清除积雪，保证道路通畅。主要设计任

务是完成小型清雪车的总体设计，并在结构设计中，进行主运动传动系，

变速机构，润滑与密封等的结构设计，使徨整个设计完整。完成该部分的

三维设计与二维装配图，零件图。编写设计说明书。

二、毕业设计的要求与数据

清雪机的作业部分可配有3.6KW的微型汽油机或电动机，行走速度由人根

据积雪厚度进行适时控制。清雪机的清雪幅度为0.8m。

三、毕业设计应完成的工作

1.毕业设计实习报告、5000字的英文翻译。

设计图纸一套，折合A0图纸3张;其中手工绘图不少于折合为图幅为A0

号的图纸一张。

3.编写设计计算说明书，字数不少于1.2万字。

四、毕业设计进程安排

序号设计各阶段名称日期

1参考文献杳阅（综述）、外文资料翻译寒假期间

方案研究，编与方案论证报告

2三月份

选取设计方案，进行设计计算

3四月份

毕业实习、三维建模，绘制二维工程图

4五月份

写设计说明书，准备答辩

5六月份

五、参考资料与文献查询方向、范围

查阅目前国内外关于小型清雪设备的现状和发展情况的论文和文献，以

与关于SolidEdge软件应用的书籍。主要有南京理工大学杜明清的硕士

论文小型螺杆式清雪车研究、大连铁道学院李晶的硕」一论文小型旋转式清

雪车的总体设计和三维绘图、QX700型庭院清雪机的研制、SolidEdge15

新增功能教程等。

设计开始日期年月日指导教师:

设计完成日期年月日系主任:

院长：

年月日

小型清雪车的总体设计和三维建模

OverallDesignandThree-dimensionalmodelingofMiniSnow-blower

专业:

学生:

指导教师:

机械工程学院

年月

中文摘要

本文在分析了目前国内外的主要除雪方法的基础上，提出一种适合中

国国情的小型机械旋转式清雪车的设计方案，并对其进行了理论分析和

实用结构设计分析，同时用SolidEdge软件绘制了三维实体造型效果图

和二维工程图，为国内生产该种清雪车提供了完整技术资料。

本文首先对道路上的压实积雪的物理机械性能进行分析研究，并查阅

参考了目前的国内外有关该设备的大量资料，在己有成果的基础二，进

行设计计算和机构创新，这些资料为本文设计计算提供了重要的理论依

据。在分析大型旋转式除雪机结构和设计理论的基础上，针对国内单位清

雪分块承担的特点，本文对小型螺旋旋转式清雪车进行了深入分析，并

进行了完善，设计了此种清雪设备。

通过对已有小型清雪设备的分析研究，表明现有设备能实现基本的集雪、

运雪和抛雪功能。但尚存在操作不方便，清雪效率不高等缺点。根据已有

的理论研究基础，针对目前已有机械的不足，本文设计了带有抛雪叶轮、

加有内置蜗杆传动和螺旋状集雪搅龙装置的清雪车，确定了其主要参数,

传动方案和结构形式。设计时充分考虑了各种因素，对其中的关键部件一

抛雪轮进行了有限元分析，并应用人机工程学原理，可对扶手高度进行

调节，使操作更加舒适方便。提出了一整套实用结构，使得该机型大小适

中，操作方便，外表美观。

本文在设计和绘图中，采用先进的工程软件SolidEdge进行三维实体造

型设计、二维工程组的绘制和有限元分析，为国内生产该种清雪车提供了

一整套技术资料。

关键词：小型清雪车三维造型与工程图有限元分析人机工程

ABSTRACT

Afte.analyzin.th.variou.mean.o.sncw-clearing,i.th.worl.a.pre

sent.th.projec.o..sor.o.min.snow-blowe.fi.fo.Chin.i.pu.forwar.i

.thi.paper.Base.o.th.theor.stud.an.applie.structura.design,th.t

hree-dimensiona.soli.mode.an.plana,drawin.hav.b.complete,wit.So

li.Edg.engineerin.software,whic.ca.offe.a.entir.technica.dat.an

.engineerin.drawing,fo.producin.factory.

Thi.pape.firs,analys.th.physica.an.mechanica.propertie.o.sno

.compactio.o.th.road.the.acces.t..Io.o.informatio.abou.thi.equi

pmen.a.horn.an.abroad.Desig.calculation,an.institutiona.innovati

o.i.base.o.th.resul.whic.ha.bee.researched.Al.thi.informatio.ha

.provide,a.importan.theoretica.basi.fo.th.desig.calculation,an.

institutiona.innovat.i.thi.paper.0.th.basi.o.analysi.structur.a

n.desig.theor.o.th.larg.rotar.Snowremovein.machine,ar.t.th.char

acteristi.o.snowremovein.i.th.nationa.company.Min.Snow-blowe.i.

deepl.reseache.an.consummate,i.thi.paper.Min.Snow-blowe.i.desig

ned.

Overpas.th.researc.an.analysi.o.min.Snow-blowe.nowadays,w.re

aliz.tha.th.equipmen.nowaday,ca.carr.ou.th.function,o.collectin

g,carryin.an.throwin.snow.Bu.ther.ar.som.disadvantages,fo..exam

pie.th.manipulatio.i.discommodiousness,th.officienc.o.sno.remov

in.i.low.Referin.t.th.foundatio.o.th.academi.researche.nowadays

.contraposin.th.deficienc.o.min.Snow-blowe..w.devis..typ.o.min.

Snow-blowe.whic.wit.impeller,wor.insid.an.twis.col1ec.equipment

.Mostl.parameters,blu.prin.o.driv.an.nodalit.o.structur.ar.ensu

red.Al.complication,ar.calculate.durin.design.Th.shrowin.ecuipm

en.i.finit.elemen.analysis,whic.i.pivota.par.i.min.Snow-blower.

Th.principiu.o.ergonomic.i.applie.too,th.heigh,o.handrai.ca.b.a

ccominodated.Manipulation,ge.mor.comfortable..complet.se.o.banau

si.structure,ar.brough.forward.Th.magnitud.o.thi.equipmen.i.mod

erate.Manipulatio.i.convenience.Appearanc.i.beautiful.

Durin.th.designin.an.ploting.th.three-dimensiona.soli.model,pla

na.drawin.an.finit.elemen.analysi.hav.bee.complete,wit.Soli.Edg

.engineerin.software..complet.se.o.dat.i.provide,fo.th.nationa.

companie.whic.manufactur.thi.min.Snow-blower.

KEYWORDS:Minisnow-blower,Experimentalverification,Finite

ElementAnalysis

,Ergonomics

小型清雪车的总体设计和三维建模设计

目录

第一章绪论......................................................1

1.1选题的意义............................................1

1.2国内外研究现状与发展趋势.............................2

1.3本文主要任务..........................................3

第二章小型清雪车的总体方案研究比较............................4

2.1总体方案的几种组合与比较.............................4

2.2小型清雪车工作原理简述...............................4

第三章小型清雪车的设计计算与校核..............................8

3.1带传动计算............................................8

3.2蜗杆传动计算.........................................9

3.3轴承寿命计算和润滑方式的选择.......................12

3.3.1寿命计算......................................12

3.3.2润滑方式的选择.................................14

3.4轴的校核.............................................14

第四章三维造型、人机工程学应用和有限元分析.................17

4.1三维造型.............................................17

4.1.1小型清雪车整体造型...........................17

4.1.2工作部分造型..................................17

4.1.3行走部分造型..................................18

4.2人机工程学的应用.....................................18

4.3有限元分析...........................................19

第五章结论....................................................22

5.1设计完成情况........................................22

5.2结论.................................................22

参考文献........................................................23

致谢........................................................24

第一章绪论

1.1选题的意义

中国有句古话叫做“瑞雪兆丰年”，冬季一场大雪能带来明年的好收

成。但是积雪给城市交通带来巨大的麻烦，尤其是在我国的东北，内蒙古

和新疆一带冬季道路积雪给车辆和行人带来极大不便，甚至造成车祸，

严重地影响了人们正常的生产和生活秩序：这已成为北方各个城市急需

解决的问题。

目前我国清雪方法比较原始，主要是依靠人力，用铁锹和扫把清理积

雪，这种方式不但浪费了较大的人力和物力，而且清雪的效率低，往往

不能与时清除积雪，而积雪被车辆压实后更加难以清除。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。

目前，各国普遍采用的除雪方法是机械除雪法和融雪法两种基本方

法。机械除雪法是通过机械对冰雪的直接作用而解除冰雪危害的一种方

法。

积雪按状态可分成三种类型：

(1)松散雪，即降雪不久且未经人员和车辆碾压的雪，质地松散；，体

积大，流动性好；

(2)压实雪，即降雪后经人踩和车压而形成的冰雪混合物，有不同程

度的硬层，不易清除；

(3)冰层，是积雪因阳光暴晒或车辆碾压融化成水后又冻结成冰，冰

层中除水分外还有大量尘土和泥沙，质地坚硬，和地面粘接牢固［3］。

1.2所以除雪机械包括除雪机和除冰机两种。根据工作原理的不同，除雪

机可分为推移式、抛雪式和吹雪式三种。推移式除雪机是将推雪铲刀，除

雪犁等装置安装在推土机或其它车辆上，将雪推走，开出通道，然后用

卡车将积雪运走。这种方法只能将积雪推到路边，不具备集雪能力，且只

适用于新鲜雪或破碎后的压实雪，效率较低，容易划伤地面。抛雪式除雪

机配有抛雪泵，将收集到的积雪抛到路边或送入运输车辆。其中以螺旋式

最为常见。吹雪式除雪机一般配备航空发动机，产生强人的高压空气流由

喷口吹除地面积雪。吹雪式除雪机运行速度较高，有很高的生产率，但它

只适用于新鲜雪，只能在机场、桥梁和高速路上应用，成本很高，不适合

开发小型产品［4h

1.3由以上两种主要除雪方法的对比与分析，我们得出结论，除雪应以

机械除雪为主。

1.4国内外研究现状与发展趋势

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。

1.5在国外，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。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排列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。俄罗斯和日本是生产

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，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。根据我国国情，国内应加强雪的力学性质研究，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、机电液一体化的方

向发展，同时注意提高安全性和舒适性［5］。

1.6简言之，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。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

产小型抛投式清雪机。所以对这种小型的清雪机的研究、设计和开发必然

有很大的现实意义。

1.7本文主要任务

根据目前已有的小型清雪设备设计一种新型适用于学校、社区、工厂

的小型清雪装置，能实现集雪、运雪抛雪功能。要进行合理的方案论证和

结构设计，对主要零件进行设计，并进行校核。对整机应用SolidEdge

软件进行三维建模和二维工程的绘制。设计完成应包含以下工作：

(1)根据国内外资料进行方案设计，进行比较优化，从中选出最优方

案。

(2)具体进行各个工作部分的设计，确定基本尺寸，安装方式，应用

SolidEdge建模。

(3)应用人机工程学原理进行优化设计，对主要部件进行有限元分析。

第二章小型清雪车的总体方案研究比较

2.1总体方案的儿种组合与比较

方案一：利用吹风的方式，从鼓风机里吹出的高速气流将积雪吹到路

边，吹雪式清雪车运行速度较高，有很高的生产率，但它只适用于新鲜

雪，对于压实的积雪或冰层无能为力，只能在机场、桥梁和高速路上应用,

成本很高，不适合开发小型产品。

2.2方案二：利用一个置于清雪车前部的铲子，随着清雪车的不断前进，

将积雪推至路的•边。推移式清雪车只能将积雪推到路边，不具备集雪能

力，且只适用于新鲜雪或破碎后的压实雪，效率较低，容易划伤地面。

2.3方案三：利用机械传动的方式，由集雪器先将积雪搅碎，并输送至一

个高速旋转的叶轮，将其抛到路边。螺旋转子式清雪车适用范围广，无论

是松散雪、压实雪清雪效果和效率要比前两方案好，而且这种方案设计，

设计出的产品体积小、成本低、操作方便灵活，适用于道路窄的地方。因

此选用第三种方案。

2.4小型清雪车工作原理简述

2.2.1基本结构

目前小型机械式清雪车主要由原动机、传动装置、集雪装置、抛雪装置、

行走系统和操作系统组成。原动机可以采用电机或发动机，目前人多采用

汽油机或柴油机；集雪装置用来收集积雪：主要采用推雪铲或螺旋状搅

龙；抛雪装置是将收集的积雪抛到路的一侧或收集装置中。主要的方式有

抛雪叶轮和鼓风机两种；行走装置是来实现机器的前进，有手推式和自走

式两种；操作装置主要控制设备的运转和行进方向。

2.2.2工作原理

工作时由原动机提供动力，经由蜗轮蜗杆传动或带传动将动力传递到

工作部分和行走系统。积雪由集雪装置收集到一个腔体内，再由抛雪装置

清除出机体，抛雪叶轮利用高速旋转时的离心力将积雪抛出；鼓风机利用

气流将积雪吹出。这样在人力推动（手推式）或原动机带动（自走式）下，清

雪车不断前进，就能实现连续的清除积雪。小型机械式清雪车结构示意图

如下：

介

图27小型旋转式清雪车结构示意图

2.3具体方案的确定

2.3.1原动机的选择

动力采用微型发动机，本课题的设计需求大约是每小时扫雪量为

1000mJ,以积雪平均密度为250kg/，积雪厚度以30cm计算，那么每小

时扫雪量为：

1.0X103m2X0.3mX250kg/加=7.5Xl（）"kg

在抛雪轮的作用下，设计最大抛雪高度为4m,那么排雪消耗的功率

为：

mgh/t=7.5XIO4kgX1ON/kgX4m3600s=833w

集雪搅龙在积雪的作用下阻力矩m=20Nm,那么集雪搅龙消耗的功率

为：

20NmX2X3,14X10r/s=1256w,其中10r/s是搅龙转速。

估计整机重量为200kg,与路面的摩擦系数取0.2,前进速度约为lm/s,

那么前进消耗的功率为：200kgX10N/kgX0.2Xlm/s=400w

整机消耗的功率为：833w+1256w+400w=2.49Kw

在这一设计要求下，对动力源选型，考虑到清雪车在工作时可能遇到

踏实的积雪，故选用功率稍大的发动机，以满足不同工作状况下需要。选

用无锡凯马动力有限公司生产的KM170F汽油机，详细参数如下：

型号KM170F

型式单缸立式四冲程风冷直喷式柴油机

缸径*行程mm70X55

活塞排量CC211

发动机转速r/min3600

功率Kw3.6

起动方式手拉起动/电起动

油箱容量L2.5

净重kg27

外形尺寸mm332X384X416

表2-1KM170F汽油机参数

2.3.2传动方式的选择

首先由一个带传动将动力由汽油机传出，向前通过一个蜗轮蜗杆传到

工作装置，向后通过一个蜗轮蜗杆传到行走系统。结构简图如下：

图2-2小型清雪车结构简图

1.搅.2.清雪铲3.抛雪.4.传动系.5.发动机

6.操作装.7.车.8.车架9.抛雪轮

2.3.3集雪装置设计

本设计采用带状螺旋集雪轮，这样的设计能对集雪有很好的破碎作用,

同时又不容易发生堵塞。基本结构如下：

图2-3带状螺旋集雪轮简图

以上形式的集雪装置把切雪、集雪、运雪三大功能于一身，具有很好

的效果。其中左边搅龙左旋，右边搅龙右旋，这样积雪所受的力指向两个

搅龙的中间部位，使积雪较容易的进入后面比清雪铲耍窄的抛雪室内。

第三章小型清雪车的设计计算与校核

3.1带传动计算

发动机输出功率P=3.6Kw,i=1.8

1.确定计算功率匕

由于载荷变动微小，因此取=1.0则=P=1.0X3.6Kw=3.6Kw

式中一一计算功率，单位为Kw；

K八一一工作情况系数；

P一—传递的额定功率。

2.选择带型

由匕尸3.6Kw,小带轮转速〃产3600r/niin,选择A型带。

3.确定带轮的基准直径和

1)初选小带轮的基准直径=80inm,

则大带轮的基准直径“二二L8X80=144mm查表取cj=140mm

2)验算带速

f

\=7rd</]n]=3.14X80mmX3600r/min=15.072m/s<35m/s,

4.确定中心距a和带的基准长度(

根据o.7(4a+42)V/<2(%+)得

初步确定a=300mm,

基准长1=24+d爪"山+4/2)+(4/2-4/2)2度

=948.4mm?次甄(3-1)

取Ld=900mm

实际中心距a=劭+以=275.81nm

2

5.验算主动轮上的包角生

%=180°(y)-57.5=167.49°>120°包角合适。

a

6.确定带的数z

5(")+△©)KaK乙

式(3-2)

取4=1.64；AV=0.5；K“=0.98；KL=0.87,则z=l.82

取z=2

式中Ka——考虑包角不同时的影响系数；

给一一考虑带的长度不同时的影响系数；

P。一一单根A带的基本额定功率；

7.计入传动比的影响时，单根A型带额定功率的增量。

8.确定带的预紧力量

”=500%4竽-1)+*2公

式(3-3)ZV°

带入数据计算得尸。=115.33N

9.计算带传动作用在轴上的力工

F/2z770cosp/2=2z770cos(乃/2—a/2)

=2X2X115.33NXsin(167.49°/2)

=458.59N

式中z——带的根数；

Fo——单根带是预紧力；

%——主带轮上的包角。

3.2蜗杆传动计算

本设计中工作部分和行走部分都用到蜗杆传动，现以工作部分为例,

展示蜗杆传动的计算过程

计算参数：分配的输入功率P=1.6Kw,寿命=10000小时，

传动比=8,输入转速=2000r/mino

1.根据GB/T10085T988的推荐,采用阿基米德蜗杆(ZA)°

3.2.选择材料

4.考虑到蜗杆传递的功率不大，速度中等，故蜗杆采用45钢；但希望效

率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45〜55HRC。

蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSnlOPl,金属模铸造。为了降低成本，仅齿圈用

青铜制造，而轮芯用HT200o

5.按齿面接触疲劳强度进行设计

根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校

核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距

J肛(咨2

公

式(3-1)k]

1）确定作用在蜗轮上的转矩心

按=6,估取效率=0.9,则

T、=9.55x1（）6

〃2

=9.55x106—1

“I"12

1.6/Cvvx0.9

=9.55xl06

2000〃min/8

=34380Nmm

2）确定载荷系数K

因工作载荷稳定，故取载荷分布不均匀系数=1,选取使用系数=1.15,

由于转速不高，冲击不大，可动载荷系数=1.05；则

K=K/}KAKV=1X1.15X1.05=1.21

3）确定弹性影响系数Z£

因为选择铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故=160Mo

4）确定接触系数

先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值/a=0.35,取二2.9。

5）确定许用接触应力口〃]

根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSnlOPl,金属模铸造。蜗杆螺旋齿面硬度

大于45HBC,查得蜗轮的基本许用应力=268M。

?000

应力循环次数N=60拉丛=60xlx-------x10000=2.4xl07

8

8

寿命系数y^^二68963

则口〃]=KHN[ah]=0.8963X268MPt=240MP(l。

6)计算中心距

a>Jl.21x34380x(-——X^~)2mm=53Tlmm

V240

6.取中心距a=63mm,因i=8,取模数m=2,蜗杆分度圆直径=22.4mm,

7.这时/a=0.355,查得接触系数=2.8<,因此以上结果可用。

8.蜗杆与蜗轮的主要参数和尺寸计算

1)蜗杆

轴向齿距几二乃田二3.14X2=6.28mm；

直径系数q=10;

齿根圆直径％।=4-2(/TM+C)=22.4-2(1X2+0.25X2)=17.4mm；

分度圆导程角7=28°10'43〃；

蜗杆轴向齿厚:力〃=3.14m二

2)蜗轮

蜗轮齿数Z2=51；变位系数々=+0.400；

验算传动比，=&=&=8.5

Z16

这时传动比误差为

是允许的。

蜗轮分度圆直径么=mz2=2X51=102mm；

蜗轮喉圆直径da2=4+2e2=102+2X2X(1+0.400)=107.6mm；

蜗轮齿根圆直径42=4-2%=102-2X2(1-0.400+0.25)=98.6mm；

蜗轮咽喉母圆半zi2=63--107.6=9.2,径

5.校核齿根弯曲疲劳强度

公式

出*z,,=-—=----------=74.465用

力里齿~cos/(cos28.18)'数

根据=+0.400,=74.465,查得齿形系数=2.12。

螺旋角系数〃=i乙=1一生用=0.7987

许用弯曲应力片]二口/"，

查得ZCuSnlOPl制造的蜗轮的基本许用弯曲应力上j二56MPa。

寿命系数KFN=0.702

[o-f]=56X0.702=39.340MPa

1.53x1.21x34380

<y.-=----------------------x2.12x0n.7987=23.584MPa<■ICT..I

「22.4x102x2

弯曲强度是满足的。

6.精度等级公差和表面粗糙度的确定

3.3考虑到所设计的蜗杆是动力传动，从GB/T10089—1988圆柱蜗杆、蜗

轮精度等级中选择7级精度，表面粗糙度取1.6。

3.4轴承寿命计算和润滑方式的选择

3.4.1寿命计算

输入功率P=3.6KW,带传动效率=0.97,传动比退1.8

由于轴1上的一对深沟球轴承转速最高，故要对其进行寿命计算，设

计寿命。所受的径向力为带轮作用在轴上的力=458.59N。

T=9.55X106-=9.55X106叱[少=6674.3N

n3600/[

为.8

回国2T2x16674.3.....

圆周力£=—=---------=231.59N

d2144

图3-1

图3-2

1.求两轴承受到的径向载荷和

将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面（图3-1）和水平面（图3-2）

两个平面力系，带轮安装于两轴承的中心位置。其中

F45859

脑一产3N

“前言F二2爸31”59二115.8N

则

工1=Jb2rh,+=2,十=256.88^

22

Fr2=ylFr2r+Fr2H=256.8N

轴向上没有受力，所以

2.求轴承的当量动载荷和

因为

2=0V4=0Ve?

式中、为判断系数，其值大于0。

则对轴承1X,=1r,=o

对轴承2x2=ir2=o

3.验算轴承寿命

由于轻微冲击，取=1.1

[=〃X/“+X%)=256.88N

P2=fp(X2Fr2^Y2Fa2)=256.SSN

由于=,所以两个轴承的寿命一样。只需计算其中一个，深沟球轴

承=,查得深沟球轴承的基本额定动载荷019.5kN,则轴承寿命为:

7

Lh=—（―/=———x（U吗5=1.5xlO/z>L；,=10000/?

60/?々60x2000256.88

故满足要求。

3.4.2润滑方式的选择

在本设计所应用的轴承中，蜗杆传动箱体内的圆锥滚子轴承30203和

圆锥滚子轴承302c6采用油润滑。对于其它轴承由于转速不高，故采用脂

润滑。其中传动轴一轴1（见小型清雪车装配图）上的两个深沟球轴承60206

的转速最高，因此只计算此对轴承的dn值。

一般用滚动轴承的dn值（d为滚动轴承的内径，单位为mm；n为轴承

转速，单位为r/min）来选择轴承的润滑方式。查得深沟球轴承60206的

内径d=30mm,轴1的转速n=2000r/min,适用于深沟球轴承脂润滑的dn

值界限是16o

44

对于此对轴承dn=30mmX2000r/min=6xl0<16xl0o

故可以采用脂润滑。

3.5轴的校核

由于工作装置中蜗杆轴（见小型清雪车装配图）直径最小，而且跨度最大,

因此要进行必要的校核计算。

由发动机传向工作部分的功率P=3Kw,效率=0.8,转速n=2000r/min。

1.求蜗杆轴上的功率和转距

P2=P/Z=3KWX0.8=2.4Kw

T、=9.55xl06^-=9.55xl06xZ-=11460M加

n2000

2.求作用在蜗杆上的力

已知蜗杆的分度圆直径4=22.4mm

27^11460

而==51L6/V

422.4

tana”,tan20r,...

F,=F-------=511.6x------------=]18O6.5N

tcos/cos3.18L

c

Fa=/;tan/=511.6xtan3.18=28.4^

圆周力、径向力和轴向力的方向如下图所示:

图3-3蜗杆受力示意图

其中L]=50mm,L2=465mm0

3.初步确定轴的最小直径

轴的材料是45钢，调质处理。取=112,于是得

3

4nin=A)=112x2」=119机〃?

V2000

4.轴上直径最小的地方是左端安装轴承处，其直径为17nimo

5.求轴上载荷

从轴的结构图上可以看出蜗杆部分中间位置是最危险的截面，计算其

和列于下表。

载荷水平面H垂直面V

支反力F^NH\-462N//而2=50N小尸169N£W，2=18N

弯矩MAf//=23100NmmA/V1=8450NmmMV2=8132Nmm

=IO。？+84502=24597Nmm

总弯矩历2二J231(X)2+81322=24490

扭矩TT2=11460N

表3-1

5.按弯扭合成应力校核轴的强度

取。二0.6,轴上的计算应力

+(见/_^245972+(0.6x11460)2

=1.45Mpa

~W—0.1x70'

轴的材料为45钢，调质处理，查得二60MPa。

因此V,故安全。

第四章三维造型、人机工程学应用和有限元分析

4.1三维造型

4.1.1小型清雪车整体造型

图47

图4-2

4.1.3行走部分造型

图4-3

4.2人机工程学的应用

根据人机学原理，人要在各种环境中，使用工具、操作机器。人和机

器与周围的环境句构成了一个系统，人机学就是从系统论的观点来研究

人（操作者和使用者）一机器（包括人操作和使用的机器工具，设备儿工

程系统）一环境（人操作和机器工作的环境）所组成的系统，组成二要素

与其相互关系。它研究的重点是人，从人的生理和心理特征来考虑，使系

统中的三要素相协调，以便促进人的身心健康，提高人的工作效率。

图4-4

4.3在本设计中，由于人的身高不同，所以在操作本清雪车时，对

扶手的高度要求也不一样，因此要考虑扶手要能调节，而且结构不能太

复杂。本设计中采用一种简单易行的办法对扶手进行调节。如上图所示。

通过扶手末端和车架相连，调节高度时，先松开螺栓，进行调节到合适

的高度，再拧紧螺栓，这种方法简洁方便，而且成本低。成年人的身高大

约从1.5m到2m不等。可调节的最大高度从1.2m到0.8m,方便一般人的

操作。

4.4有限元分析

SolidEdge是十分实用的三维设计软件，应用此软件可以对零件进行有限

元分析，并导出分析报告。方便设计人员而设计的零件进行校核检验。本

设计中对抛雪轮进行了有限元分析•，并导出分析报告，结果如下：

1.材料属性

钢

材料名称

质量密度7833.000kg/n/3

杨氏模量199947953.000kPa

泊松比.290

热膨胀系数.0000/c

导热率.032kW/m-C

屈服强度262000.766kPa

极限强度358527.364kPa

2.载荷和约束

信息载荷1

载荷集名称

载荷类型力

载荷元素数量8

载荷值250000.000mN

受约束面的数

1

量

3.研究属性Tetrahedral单元网

网格类型格

元素数量8,747

节点数量18,013

求解器类型Nastran

4.应力结

果范围值XYZ

类型

1.166e+001

最小值50.00mm.00mm-25.00mm

VonMiseskPa

应力2.028e+005

最大值4.42mm32.42mm-34.54mm

kPa

图4-5

5.位移结

果范围值XYZ

类型

0.00e+000

最小值-8.96mm1.50mm103.68mm

mm

所得位移

3.72e+000

最大值-16.67mm8.54mm39.08nun

mm

♦件名等物

分析奥史府力

爻海的Hi!

日期RT年6月6E2334

图4一6

6.安全系数

1.292

安全系数值

竽件名参劭台轮

材料名彩钢

分⑥黄熨应力

显不的Von5”应力

EW如*6月68230

kPa

iso«xm

142«<O5

l22e<D5j

101t<05

81UXO4

6C6t-