小型路面掃雪機的結(jié)構(gòu)設(shè)計.

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1、- 大學泉城學院 畢業(yè)設(shè)計 題 目小型路面掃雪機的構(gòu)造設(shè)計 專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 機設(shè)07Q2 學 生馬傳磊 學 號 指導(dǎo)教師蔡冬梅 二〇一一年 五 月 二十 日 . z - . z - 1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

2、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及時的清理，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)部門的及時去除，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

3、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)。雖然它們整機性能穩(wěn)定，但是造價都很高，并且不適合學校、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

4、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構(gòu)造設(shè)計，并對主要零件進展設(shè)計計算校核。 (1)根據(jù)國外資料進展方案設(shè)計，進展比較優(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)計方案分析比較 2.1總體方案的幾種組合及比較 方案一:

5、利用吹風的方式，從鼓風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

6、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 根本構(gòu)造 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機兩種。行走裝置是來實現(xiàn)機器的前進，有手推式和自走式兩種;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

7、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。小型機械清雪機的構(gòu)造示意圖如下： 積雪 集雪裝置 拋雪裝置 動力機 傳動裝置 行 走 裝 置 圖2.1掃雪機的構(gòu)造示意圖 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,則雪排出的初速度為4m/s, 7.5×1

8、0kg×10N/kg×4m/s÷3600=833w 集雪攪龍在積雪的作用下阻力為20N,則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,則前進 消耗的功率為:200×10×0.2=400w 整機消耗的功率為:834w+1320w+400w=2554w 根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析以及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 風冷 四沖程柴油機 排量〔ml〕 211 發(fā)動機轉(zhuǎn)速〔r/min〕 3600/3000 燃油推薦 0號或10號柴油 機油容

9、量〔l〕 2.5 啟動方式 反沖手拉啟動 重量〔kg〕 26 外形尺寸〔mm〕 332×348×416 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。構(gòu)造簡圖如下： 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

10、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 則 P =KP=1.0×3.6KW=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

11、/min,選擇A型帶。 〔3〕 確定帶輪的基準直徑 d,d 1〕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 d=80×1.8=144mm 查表選擇大帶輪的基準直徑為140mm 〔4〕驗算帶速 V=3.14dn=3.14×0.08×60r/s=15m/s＜35m/s 〔5〕確定中心距a和帶的基準長度 L 根據(jù)公式 0.7〔d＋d〕＜a＜2〔d＋d〕得 154mm＜a＜440mm 初步確定中心距300mm, 基準長度L==949.3mm 取基準長度為 L=900mm 實際中心距則為 a=a＋=276mm 〔6

12、〕驗算主動輪上的包角 =180××57.3=167.5＞120 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=0.5kw 查表的 k=0.98, k=0.87. 于是 p=(1.64+0.5)×0.98×0.87=1.824 Z===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，

13、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=500×＋0.1×15 =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〕=2z〔f〕sin=2×2×122.3×sin=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

14、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 則 大鏈輪的齒數(shù) z=25×1.4=35＜120 符合要求 〔2〕 確定計算功率 因為鏈傳開工作平穩(wěn)，查表選擇傳動系數(shù)為 k=1.1 ,計算功率為 P=kp=1.1×0.4kw=0.44kw 〔3〕 初定中心距a,取定鏈節(jié)數(shù)l 初定中心距a=(30～50)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

15、選單排鏈，得k=1.0 所需傳遞的額定功率為 P===280w 選擇滾子鏈型號為12A， 節(jié)距p=19.06mm 〔5〕 確定鏈長和中心距 鏈長L=lp/1000=2.09m 中心距 a= [(l－)＋] =[(110－)+]mm =602.25mm a＞550mm 符合設(shè)計要求。 中心距的調(diào)整量應(yīng)該大于2p ＞2p=2×19.06=38.12mm 實際安裝中心距為 a=a－=602.25－38.12=564.13mm 〔6〕 求作用在軸上的力 鏈速 V===1.02m/s 工作拉力f=1000p/v=1000×

16、0.4/1.02=392.16N 鏈傳動的工作平穩(wěn)，取壓軸力系數(shù)為K=1.2 則軸上的壓力為 F=FK=392.16×1.2=470.6N 〔7〕 選擇潤滑的方式 根據(jù)鏈速為1.02m/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

17、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=2×25=50 按照齒面接觸強度計算 由設(shè)計計算公式進展試算 d≥2.32 (1)確定公式的各個計算數(shù)值。 1)試選載荷系數(shù)k=1.3 2)計算小齒輪的傳動轉(zhuǎn)矩 T== =9.5×10Nmm 3)選取齒寬系數(shù)＝１ 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) =60×40×1×〔2×8×300×15〕

18、 =1.73×10 7) 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 =2.106mm 5) 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；

19、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較。 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

20、彎曲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=3×25=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，并做到了構(gòu)造緊湊，防止浪費。 幾何尺寸計算 (1〕計算分度圓直徑 d=zm=2×25=50mm d=zm=75×2=150mm (2) 計算中心距 a===62.

21、5mm (3)計算齒輪的寬度 b=d=1×50=mm 3.4 軸的構(gòu)造設(shè)計計算和校核 軸的構(gòu)造設(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，則 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

22、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。其余長度則根據(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T P=P=3×0.8=2.4(kw) T=9.55×10=9.55×10×=11460(N)

23、 (2) 求作用在軸端的力 已得軸端的分度圓直徑為d=20mm f===1146N F=f=1146×=417.75N F=ftan=1146×tan3.18=63.67N 圓周力F,徑向力F和軸向力F的方向如以下圖 L =50㎜ L=750㎜ 〔3〕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=72N F=391N F=26N 彎矩M M=46340N.mm M=19582N.mm 總彎矩 M==50307N.mm 扭距T

24、 T=11470N 〔4〕 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： ( ) 3 2 1 2 1 5 . 0 1 ) ] [ ( 92 . 2 u KT Z d R R H E t f f s - = 〔1〕確定公式的各計算數(shù)值 1) 初選載荷系數(shù)：K=2.0 2〕小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩： T1=9550×833/2000

25、=3977.6 (N·MM) 3〕選取齒寬系數(shù)：ΦR=1/3 4)查得材料的彈性影響系數(shù)：ZE=189.8MPa 5)查得齒輪的接觸疲勞強度極限：σHlim1=σHlim2=550MPa. 6)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： N1=60n1jLh=60×2000×1×(8×365×10)=3.5×109 N2=N1/2=1.75×109 7)查得接觸疲勞壽命系數(shù)：KHN1=0.90，KHN2=0.95 8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力,取失效概率1％，平安系數(shù)S=1。 [σH]1= [σH]2= 〔2〕計算 1)計算小齒輪最小分度圓直徑 =

26、 =73.54(mm) 2)計算圓周速度υm 3)計算載荷系數(shù) 1×1.15×1×(1.5×1.25)=2.156 4)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=1.4 4)載荷系數(shù)K 5)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較 〔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

27、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) 2×40=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，并做到構(gòu)造緊湊，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) B≤R/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+

28、1.39=27.955 =63.4350+1.390=64.5250 根錐角 =26.565－1.39=25.175 =63.435－1.39=62.045 3.6 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

29、寸為440×230×325mm,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，學到了很多東西，積累了一定的工作經(jīng)歷，并把這幾年學到的專業(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，2002,1

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