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本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目 小型路面掃雪機(jī)的設(shè)計 系 別 專 業(yè) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 摘 要 雪是冬天的象征，瑞雪兆豐年，大雪紛飛，是世間美好而壯觀的景象，最快樂的就 屬孩子們，他們在雪地里打雪仗，堆雪人，玩的不亦樂乎?？墒茄τ趪襾碚f，不僅 僅只是美景而已，還是大自然帶來的災(zāi)害。雪天路面濕滑，行人走在路面時常摔倒，也 有很多車輛因為下雪發(fā)生交通事故，造成人員傷亡，家庭破裂。因此，掃雪機(jī)的發(fā)明， 對人們的安全起到了至關(guān)重要的作用。 本設(shè)計主題是在分析了國內(nèi)外各種掃雪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀后提出的，針對我國北方大量 降雪的城市。此設(shè)計的運(yùn)用范圍主要是那些大型路面掃雪車所不能觸及的街道。所以根 據(jù)街道路面的寬窄，雪的厚度、硬度等因素，設(shè)計一種小型的路面掃雪機(jī)。 此次設(shè)計方案采用吸塵器的設(shè)計原理，由柴油機(jī)提供動力，風(fēng)機(jī)葉輪在動力機(jī)的高 速驅(qū)動下，將空氣排出風(fēng)機(jī)，同時，使吸雪口的空氣不斷補(bǔ)充進(jìn)風(fēng)機(jī)，形成較高的壓強(qiáng) 差，從而將雪吸入箱體，達(dá)到除雪效果。 關(guān)鍵詞：掃雪機(jī)；吸塵器；壓力差 Abstract Snow is a symbol of winter, snow bumper harvest, heavy snow, how beautiful is spectacular. The most happiness to the children, they are in the snow snowball fights, a snowman, enjoy play. But snow for counties, also belong to natural disasters. Snow road surface is slippery, there are a lot of pedestrians on the road trip, and so there are a lot of vehicle a accidents, causing casualties, family apart. Therefore, the invention of the snow sweeper, played a crucial role in the safety of the people. This design theme is after analyzing the present development situation of domestic and foreign various snow blowers, according to a lot of snow in the north of China city. The application range of this design is mainly the large tractor road can’t hit the streets. So according to the street pavement width, factors such as the thickness, hardness, designing a small road snow blowers. The design adopts the design principle of vacuum cleaner, powered by diesel engines, driven by high speed blower impeller in the engine, the air exhaust fan, at the same time make the suction fan, air is added into the snow form high pressure difference, suction box to snow, snow removal effect. Keywords: Snow blower; The vacuum cleaner; The pressure difference 目 錄 1 緒論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1 選題的目的與意義 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 目前主要的除雪方法 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.3 目前掃雪機(jī)種類及存在問題 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.4 掃雪機(jī)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.5 小型路面掃雪機(jī)的結(jié)構(gòu)原理 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2 總體方案設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.1 雪的物理性質(zhì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.2 總體方案的設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.3 傳動方案的設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3 各系統(tǒng)的設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.1 原動機(jī)的選擇 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.2 車體的設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.3 掃雪機(jī)的設(shè)計參數(shù) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 4 掃雪機(jī)的設(shè)計計算與校核 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 4.1 帶傳動的計算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 4.2 減速器的設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 4.2.1 減速器的動力參數(shù)設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 4.2.2 高速級齒輪傳動的設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 4.2.3 低速級齒輪傳動的設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 4.3 鏈傳動 1 的設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 4.4 變速器的設(shè)計計算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 4.4.1 高檔位的齒輪傳動設(shè)計計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 4.4.2 低速檔齒輪傳動的設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28 4.5 鏈傳動 2 的設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 4.6 錐齒輪的設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30 4.7 軸的設(shè)計計算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 4.8 葉片軸的計算校核 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36 5 結(jié) 論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????38 參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????39 致 謝 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????40 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 1 1 緒論 1.1 選題的目的與意義 在北方的冬天，人們往往是天天盼雪，倘若這個冬天一場雪都沒下，就好像這個冬 天不完整。冬季的早晨，當(dāng)一覺醒來，看見一片白茫茫，就像詩里寫的那樣“忽如一夜 春風(fēng)來，千樹萬樹梨花開” ，這種景象是人間最美不過的畫面。人們通常都喜歡出門玩耍， 在雪地里拍照。然而也正是這種美景，給人們帶來了無限的痛苦。 大雪過后，道路濕滑，摩擦阻力變小，車輛通行時很容易發(fā)生交通事故，就連行人 也是時?；?，造成骨折。然而城市道路的清掃，大多是環(huán)衛(wèi)工人。他們在雪停的那一 瞬間，就扛起鐵鍬，掃帚趕到公路上開始工作，辛辛苦苦一整天卻清掃不了幾條街道。 因此，雪越下越厚，道路越來越難通行，導(dǎo)致事故頻繁發(fā)生。 人的力量是有限的，且工作效率低，現(xiàn)代社會，機(jī)械化代替了人工，解放了勞動力， 因此，為了更加方便快捷的清掃雪路，提高工作效率，設(shè)計出一種小型路面掃雪機(jī)是很 有必要的。機(jī)器可以代替人工，不僅工作效率高，且可以長時間持續(xù)工作，這樣路面清 掃速度快，事故發(fā)生也會減少。 1.2 目前主要的除雪方法 目前除雪采用的方法主要有：①傳統(tǒng)的人工除雪；②利用融雪劑來清除；③利用各 種除雪機(jī)器來除雪。 人工除雪工作效率低、浪費人力、作業(yè)成本高、占用路面的時間長且必須在白天工 作，有很多不安全因素，容易發(fā)生交通事故，給來往的車輛，行人帶來不便。 融雪劑除雪是一種依靠熱的作用或化學(xué)藥劑，使積雪融化的方法。主要用于機(jī)場、 廣場、停車場、城市道路等，可以起到除雪及防凍的作用，但是，同時也對周圍環(huán)境造 成危害。融雪劑的費用很高，且容易對道路和城市環(huán)境造成污染，損害人的身體健康。 而且，當(dāng)溫度過低時，將失去其原有的作用，也不利于保護(hù)車輛的輪胎。所以，這種除 雪方法的使用范圍有一定的限制。 機(jī)械掃雪是通過機(jī)械直接對雪進(jìn)行鏟除或清掃，主要分為犁式掃雪機(jī)和螺旋轉(zhuǎn)子掃 雪機(jī)兩大類?，F(xiàn)如今，傳統(tǒng)人工清雪法和融雪劑清雪法已經(jīng)不能滿足需要，所以需要性 能良好、自動化程度高的機(jī)械設(shè)備來替代。但目前掃雪機(jī)種類并不是很多，且設(shè)備還不 完善，存在著許多不足之處。 1.3 目前掃雪機(jī)種類及存在問題 目前市場上的掃雪機(jī)按其工作原理分為以下幾種： 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 2 一是推移式掃雪機(jī)：在大型車輛上（如推土機(jī)）安裝推雪鏟刀，掃雪犁等裝置，將 雪推走，留出人們行走的通道，然后再利用其它車輛將雪拉走。這種形式的掃雪機(jī)，清 理效率低，容易劃傷地面，且耗費時間。由于借助大型車輛，所以在路面的選擇上有一 定的局限性。 二是拋雪式掃雪機(jī)：市面上大多數(shù)掃雪機(jī)多為拋雪式，先利用攪龍收集積雪，再利 用拋雪泵將雪拋出。這種掃雪機(jī)清掃效率高，速度快，是使用最廣泛的一種。 三是吹雪式掃雪機(jī)：利用航空發(fā)動機(jī)來產(chǎn)生強(qiáng)大空氣流，再由噴口吹出來，從而清 除地面積雪。這種掃雪機(jī)運(yùn)行速度高，生產(chǎn)效率高，但同時成本也高，只能在機(jī)場、高 速路等寬曠地區(qū)使用，不適合小型產(chǎn)品的生產(chǎn)。 這幾種掃雪機(jī)大都是大型的設(shè)備，只適用于空曠無人的地區(qū)或者較寬的路面，在城 市的交通道路上并不適用，且這幾種掃雪機(jī)采用的是鏟刀或者攪龍，容易劃傷路面，且 對于凹凸不平的地面，起不到很好地清理效果。 1.4 掃雪機(jī)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 據(jù)了解，國外掃雪機(jī)發(fā)展已有很長的歷史，近幾十年來，發(fā)展尤為迅速，種類也逐 漸增多，各生產(chǎn)商在采用新技術(shù)的同時，還不斷提高產(chǎn)品的作業(yè)性能和操作性能，以便 適應(yīng)冬季掃雪的各種要求。最早的掃雪機(jī)是利用推土機(jī)，后來逐漸發(fā)展為犁式掃雪機(jī)。 早在 1943 年，日本就開始把 V 型犁式掃雪器裝載在卡車上，用來掃雪。經(jīng)過多年發(fā)展， 國外的犁式掃雪機(jī)已有較高的技術(shù)水平。 在國內(nèi)，掃雪機(jī)的研究較少，據(jù)資料顯示，國內(nèi)對掃雪機(jī)的真正研究和開發(fā)是在上 世紀(jì) 80 年代以后，隨著改革開放的發(fā)展，開始不斷新建道路，各種機(jī)動車層出不窮。掃 雪機(jī)也隨著時代發(fā)展的需求而出現(xiàn)，主要研究工作是在東北地區(qū)，那里下雪量大，需求 高。通過深入研究，國內(nèi)也生產(chǎn)出了幾種機(jī)器，在除雪作業(yè)中，起到一定的作用，但是， 工作效率低，成本高，對地面的保護(hù)能力差。 90 年代初，我國的沈大高速公路上引進(jìn)了德國產(chǎn)的“烏尼莫克道路綜合養(yǎng)護(hù)車” ，輔 助機(jī)械備有犁式除雪器。國內(nèi)犁式除雪機(jī)的研究也取得一定的成績，先后研制了一些成 功的產(chǎn)品，如西安公路研究所所研制的 L9280 型掃雪機(jī)，吉林交通科學(xué)研究所研制的 CL- 3.6，CL-3.5 型系列掃雪機(jī)，以及哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所研制的 CBX-216 綜合破冰機(jī)等。 犁式掃雪機(jī)只對沒凍的積雪清理效果好，并不能解決積雪久的路面。 旋轉(zhuǎn)式掃雪機(jī)的出現(xiàn)，使清理路面積雪變得簡單。旋轉(zhuǎn)式掃雪機(jī)一般具有切削、集 中、推移和拋投的功能，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多的特點。德國和日本是生產(chǎn)此類掃雪機(jī) 的主要國家，技術(shù)成熟，產(chǎn)品性能居世界領(lǐng)先水平。 在除雪工作中，掃雪機(jī)機(jī)身的大小和掃雪速度是影響交通的重要因素，機(jī)體過大， 會導(dǎo)致占道影響；速度過低，會影響車流量，造成交通堵塞。而適應(yīng)于企業(yè)單位、城市 干道和環(huán)衛(wèi)工人的小型掃雪機(jī)幾乎不常見，且發(fā)展緩慢。所以小型掃雪機(jī)的設(shè)計對于國 內(nèi)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展起到一定作用。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 3 1.5 小型路面掃雪機(jī)的結(jié)構(gòu)原理 掃雪機(jī)由車體和安裝在它上面的柴油機(jī)（動力機(jī)） 、變速箱、傳動裝置、吸雪器以及 清雪裝置組成。此次設(shè)計方案，采用吸塵器的原理，利用動力機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)，帶動風(fēng)機(jī) 葉輪的轉(zhuǎn)動，將葉輪中的空氣高速排出風(fēng)機(jī)，同時外界空氣從吸雪口不斷地補(bǔ)充進(jìn)風(fēng)機(jī)， 這樣箱體內(nèi)部與外界會形成較高的壓差，從而將雪吸入箱體。 收集到箱體后，再由拋雪裝置將雪拋出。拋雪葉輪利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心率將雪 拋出箱體。這樣在原動機(jī)的帶動下，掃雪車不斷前進(jìn)，就能實現(xiàn)掃雪的功能。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 4 2 總體方案設(shè)計 2.1 雪的物理性質(zhì) 由于溫度的改變，下雪時間的長短，雪的密度、硬度均不同，且由于路面有車輛行 駛，導(dǎo)致積雪的摩擦系數(shù)發(fā)生改變，所以在設(shè)計掃雪機(jī)之前，要先對道路上的積雪進(jìn)行 研究了解。 經(jīng)過多次調(diào)查取樣，新下的雪的密度在 0.1-0.15g/ 。不同道路，雪的性質(zhì)不同，????3 所以雪的密度，厚度是設(shè)計計算的重要參數(shù)。 2.2 總體方案的設(shè)計 方案一：利用摩托車，在車體前面安裝滾刀片，通過刀片軸的高速旋轉(zhuǎn)，碾壓積雪， 破除積雪，并在車體后接掃帚，將破除積雪掃到道路兩旁。由于是利用刀片來除雪，所 以對地面會有一定的損傷性，且遇凹凸不平的地面，不能很好地清理。 方案二：利用傳統(tǒng)掃雪裝置，在車身前面安裝攪龍或鏟刀，將積雪收集到集雪箱內(nèi)， 再通過車體內(nèi)的毛刷輪將收集的積雪散落到車體兩旁，從而清除出一條人行走的道路。 這種方案只會清理出一條很窄的道路，且清理的積雪需要環(huán)衛(wèi)工人再進(jìn)行整體清理，工 作效率低。 方案三：利用手推車的方式，采用吸塵器的原理，利用葉片輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力 差，積雪會隨吸入的空氣一同吸入箱體，并隨排除空氣一同排出機(jī)體，拋到道路兩側(cè)的 綠化帶內(nèi)。這種方案利用的是手推車，體積小，成本低，行走方便，適用于道路較窄的 地方。 大雪過后，及時清理積雪，會減少很多事故，所以本次設(shè)計主要是針對新鮮積雪， 所以掃雪機(jī)要求輕便，快捷，工作效率高，可以在積雪凍住或碾壓結(jié)實之前清理干凈。 根據(jù)對掃雪機(jī)的要求，還有公路保護(hù)的考慮，選擇第三種方案。 2.3 傳動方案的設(shè)計 發(fā)動機(jī)提供動力，通過帶傳動帶動中間軸的旋轉(zhuǎn)，從而帶動錐齒輪的轉(zhuǎn)動，錐齒輪 連接葉片輪，使葉片輪高速旋轉(zhuǎn)，將箱體內(nèi)的空氣高速排出風(fēng)機(jī)，與外界形成壓力差。 吸雪口處的雪會隨空氣一同進(jìn)入箱體，進(jìn)而再隨排出空氣一同排出機(jī)體。 行走裝置主要是由發(fā)動機(jī)提供動力，通過帶傳動連接減速器減速，從減速器出來， 通過鏈傳動連接變速器，改變行走速度，再通過鏈傳動帶動車輪軸，從而實現(xiàn)行走。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 5 主要傳動結(jié)構(gòu)如下： 帶傳動 錐齒輪 錐齒輪 葉片輪 發(fā)動機(jī) 帶傳動 減速器 鏈傳動 1 變速器 鏈傳動 2 車 輪 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 6 3 各系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 原動機(jī)的選擇 由于在戶外作業(yè)，電動機(jī)儲電量有限，所以選擇汽油機(jī)或柴油機(jī)來充當(dāng)發(fā)動機(jī)。但 因為汽油價格昂貴，考慮到成本問題，因此采用柴油機(jī)，其油損少，連續(xù)工作時間長， 更能適應(yīng)對掃雪機(jī)性能的要求。經(jīng)考慮機(jī)體的整體性能和使用壽命，這里選用 F 系列常 柴 186F 型單缸柴油機(jī)，其性能尺寸見表 3-1. 表 3-1 常柴 186F 型單缸柴油機(jī) 型式 單缸，四沖程，風(fēng)冷，立式 燃燒室型式 直噴 缸徑（mm） 86 行程（mm） 70 排量（L） 0.406 標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速（kw/r/min） 6.3/3600 標(biāo)定點燃油耗（g/kw·h） ≤280 怠速（r/min） ≤1300 壓縮比 19 啟動方式 反沖式手拉起動或電起動 凈重（kg） 47 外形尺寸（mm） 420×440×495 3.2 車體的設(shè)計 車體是固定連接機(jī)械部件，且具備行走功能。主要采用低碳鋼焊接而成，包括車架， 箱體等。車體前段為集雪器，中間為傳動裝置，后邊是柴油機(jī)座，各部分設(shè)計應(yīng)考慮如 何滿足簡單、實用、美觀、操作方便等要求，且車體的寬度不能超過集雪器的寬度。此 外，還要考慮實際生活，應(yīng)注意避免劃傷路面。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 7 集雪器采用低碳鋼焊接制成，拋雪口與集雪器相連，位于集雪器擋板的中間。風(fēng)機(jī) 葉輪在電動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的帶動下轉(zhuǎn)動，將集雪器內(nèi)空氣從拋雪口排出，因此箱體內(nèi)與外 界形成較高壓差，外界空氣會從吸雪口進(jìn)入箱體，中和壓強(qiáng)。由于主要清掃新鮮的積雪， 雪比較松軟，無需安裝螺旋滾輪粉碎，積雪進(jìn)入箱體后，會隨高速排出的空氣一同排出。 3.3 掃雪機(jī)的設(shè)計參數(shù) 根據(jù)任務(wù)要求，掃雪機(jī)每小時掃雪量為 1000 ，積雪密度為 150 ，積雪厚度為??2 ??????3 0.1m，因此每小時的掃雪量為： 1000 ×0.1m×150 =1.5× kg??2 ??????3 104 利用拋雪葉輪拋雪，拋出的距離為 2m，雪拋出的速度為 3m/s，所以拋雪消耗的功率 為： （公式 1）?????????=1.5×104????×10??????×2??÷3600??=83?? 成年人行走平均速度為 5-7km/h，所以車輪的轉(zhuǎn)速為 88r/min--124r/min，變速器的 輸出速度為 264r/min—372r/min，減速器的輸出速度為 744r/min，車體的大概尺寸為 1402mm×900mm×1317mm。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 8 4 掃雪機(jī)的設(shè)計計算與校核 4.1 帶傳動的計算 ⑴確定計算功率 ?????? 由表 3-1 可知，發(fā)動機(jī)功率 P=6.3KW，轉(zhuǎn)速 ，設(shè)每天工作 8 小時，那??1=3600???????? 么查得工作情況系數(shù) ，故????=1.1 （公式 2）??????=??????=1.1×6.3????=6.93???? ⑵選擇 V 帶的帶型 根據(jù) ，選擇 A 型帶。??????、 ??1 ⑶確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 并驗算帶速 v???? ①初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 。由表查得，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 。????1 ????1=90???? ②驗算帶速 v。 （公式 3） ??= ??????1??160×1000=??×90×360060×1000????=16.96???? 因為 5m/sv120° ⑹計算帶的根數(shù) z ①計算單根 V 帶的額定功率 。???? 由 和 ，查表得 。????1=90??????1=3600???????? ??0=1.64???? 根據(jù) ， 和 A 型帶，查表得 。??1=3600??????????=1.5 ???0=0.26???? 查表得 ， ，于是????=0.98????=0.89 （公式 7）????=（ ??0+???0） ??????????=(1.64+0.26)×0.98×0.89????=1.66???? ②計算 V 帶的根數(shù) z。 ??=??????????=6.931.66=4.2 取 4 根。 ⑺計算單根 V 帶的初拉力 ??0 由表得 Z 型帶的單位長度質(zhì)量 q=0.105kg/m，所以 ??0=500(2.5?????)?????????????? +????2=[500×(2.5?0.98)×6.930.98×4×16.96+0.105×16.962]??=109?? ⑻計算壓軸力 ???? （公式 8） ????=2????0sin??12=2×4×109×sin86°??=870?? ⑼主要設(shè)計結(jié)論 選用 A 型普通 V 帶 4 根，帶基準(zhǔn)長度 990mm。帶輪基準(zhǔn)直徑 ，????1=90???? ，中心距控制在 。單根帶初拉力 。????2=132???? ??=305.15~349.7??????0=109?? 4.2 減速器的設(shè)計 4.2.1 減速器的動力參數(shù)設(shè)計 采用二級圓柱直齒輪減速器，減速器的輸入軸速度 ，輸出軸速度??1=2400???????? ,總傳動比 。??3=1116???????? ??減 =??1??3=24001116=2.15 ⑴分配各級傳動比 取兩級齒輪減速器高速級的傳動比 ??1= 1.35??減 = 1.35×2.15=1.7 則低速級的傳動比 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 10 ??2=??減??1=2.151.7=1.26 ⑵傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)計算 皮帶的傳動效率 ，齒輪嚙合效率 ，滾動軸承效??帶 =0.95 ??齒 =0.97(齒輪 精度 為 8級 ) 率 ??承 =0.99 減速器高速軸： ??1=??0???帶 =6.3×0.95=5.985???? ??1=??0??帶 =36001.5=2400???????? ??1=9.55??1??1=9.55×5.985×1032400=23.8(?????) 減速器中間軸： ??2=??1???齒 ???承 =5.985×0.97×0.99=5.75???? ??2=??1??1=24001.7=1412???????? ??2=9.55??2??2=9.55×5.75×1031412=38.89(?????) 減速器低速軸： ??3=??2???齒 ???承 =5.75×0.97×0.99=5.52???? ??3=??2??2=14121.26=1121???????? ??3=9.55??3??3=9.55×5.52×1031121=47(?????) 4.2.2 高速級齒輪傳動的設(shè)計 ⑴選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ①按傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動，壓力角取為 20o。 ②變速器為一般工作機(jī)器，選用 8 級精度。 ③材料選擇。選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，齒面硬度 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，齒面硬度 240HBS。 ④選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù) ，取 。??1=24 ??2=????1=1.7×24=40.8??2=41 ⑵ 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 11 1) 由公式 ，試算小齒輪分度圓的直徑 ??1??≥32????????1??? ???+1?? ?(????????????[????] )2 ①試選 。??????=1.3 ②計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 ??1=9.55×106????1=9.55×106×5.9852400???????=2.38×104??????? ③查表選取齒寬系數(shù) ，區(qū)域系數(shù) ，材料的彈性影響系數(shù) 189.8MPa???=1 ????=2.5 ????= ④計算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù) ???? ????1=??????cos[??1cos??(??1+2????)]=??????cos[24×cos20°(24+2×1)]=29.841° ????2=??????cos[??2cos??(??2+2????)]=??????cos[41×cos20°(41+2×1)]=26.365° （公????=[??1(tan????1?tan??')+??2(tan????2?tan??')]2?? 式 9）=[24×(tan29.841°?tan20°)+41×(tan26.365°?tan20°)]2??=1.66 ????= 4?????3 = 4?1.663 =0.883 ⑤計算接觸疲勞許用應(yīng)力[ ]???? 查圖表得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為??????????1=600??????、 ??????????2=550?????? 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： ??1=60??1?????=60×2400×1×(8×300×15)=5.184×109 （公式 10）??2=??1??=5.184×10 91.7=3.049×109 查取接觸疲勞壽命系數(shù) ??????1=0.9、 ??????2=0.95 取失效概率為 1%、安全系數(shù) S=1，由公式得 （公式 [????]1=??????1??????????1?? =0.9×6001 ??????=540?????? 11） [????]2=??????2??????????2?? =0.95×5501 ??????=523?????? 取 中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即[????]1和 [????]2 [????]=[????]2=523?????? 試算小齒輪分度圓直徑 ??1??≥32????????1??? ???+1?? ?(????????????[??] )2 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 12 （公式 12） =32×1.3×2.38×1041 ×1.7+11.7×(2.5×189.8×0.883523 )2???? =39.805???? 2) 調(diào)整小齒輪分度圓直徑 計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 ①圓周速度 v。 ??= ????1????160×1000=??×39.805×240060×1000??/??=5??/?? ②齒寬 b。 ??=?????1??=1×39.805????=39.805???? 計算實際載荷系數(shù) ???? ①由表查得使用系數(shù) 。????=1 ②根據(jù) v=5m/s、8 級精度，查得動載系數(shù) 。????=1.18 ③齒輪的圓周力。 （公式 13）????1=2??1??1??=2×2.38×10 439.805??=1.1958×103?? ????????1??=1×1.1958×10339.805??/????=30.04??/????100??/???? 查表得齒間載荷分配系數(shù) 。??????=1.2 ④用插值法查得 8 級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，得齒向載荷分布系數(shù) 由此，得出實際載荷系數(shù)??????=1.450 （公式????=????????????????????=1×1.18×1.2×1.450=2.053 14） 按實際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑 （公式 ??1=??1??3??????????=39.805×32.0531.3=46.354???? 15） 及相應(yīng)的齒輪模數(shù) ??=??1??1=46.35424????=1.931???? ⑶按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 1)試算模數(shù)，即 （公式 16） ????≥32????????1?????????12 ?(????????????[????] ) 確定公式中的各參數(shù)值 ①試選 ??????=1.3 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 13 ②計算彎曲疲勞強(qiáng)度用重合度數(shù) ????=0.25+0.75????=0.25+0.751.66=0.7 ③計算 。 ????????????[?? ??] 查圖表得齒形系數(shù) ，應(yīng)力修正系數(shù) 。??????1=2.65、 ??????2=2.40 ??????1=1.58、 ??????2=1.68 小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為 。彎曲疲??????????1=500??????、 ??????????2=380?????? 勞壽命系數(shù) 。取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4。由公式得??????1=0.85， ??????2=0.88 （公式 17） [????]1=??????1??????????1?? =0.85×5001.4 ??????=303.57?????? [????]2=??????2??????????2?? =0.88×3801.4 =238.86?????? ??????1??????1[?? ??]1 = 2.65×1.58303.57=0.0138 ??????2??????2[?? ??]2 = 2.4×1.68238.86=0.0169 因為大齒輪的 大于小齒輪，所以取 ????????????[?? ??] ????????????[?? ??] = ??????2??????2[?? ??]2 =0.0169 試算模數(shù) ????≥32????????1?????????12 ?(????????????[????] )=32×1.3×2.38×104×0.6881×242 ×0.0169????=1.077???? 2)調(diào)整齒輪模數(shù) 計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 ①圓周速度 v。 ??1=??????1=1.077×24????=25.848???? ??= ????1??160×1000=??×25.848×240060×1000??/??=3.25??/?? ②齒寬 b。 ??=?????1=1×25.848????=25.848???? ③寬高比 。??? ?=(2????+???)????=(2×1+0.25)×1.077????=2.423???? 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 14 ???=25.8482.423=10.67 計算實際載荷系數(shù) 。???? ①根據(jù) v=3.25m/s，8 級精度，查得動載系數(shù) 。????=1.15 ②由 ????1=2??1??1=2×2.38×10425.848??=1.842×103?? ，????????1??=1×1.842×10 325.848??/????=71.26??/????100?????? 查表得齒間載荷分配系數(shù) 。??????=1.2 ③用插值法查得 ，結(jié)合 ，查得 。??????=1.443 ???=10.67 ??????=1.36 則載荷系數(shù)為 （公式 18）????=????????????????????=1×1.15×1.2×1.36=1.88 按實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù) （公式 19） ??=????3??????????=1.212×31.881.3????=1.44???? 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)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疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸 疲勞強(qiáng)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(qiáng)度算得的模數(shù) 1.44mm 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1.5mm，按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 ，算出小齒輪齒數(shù) 。??1=46.354???? ??1=??1??=46.3541.5=30.9 取 ，則大齒輪齒數(shù) ，取 , 互為質(zhì)數(shù)。??1=31 ??2=????1=1.7×31=52.7??2=53??1與 ??2 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度， 并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 ⑷幾何尺寸計算 計算分度圓直徑 ??1=??1??=31×1.5????=46.5???? ??2=??2??=53×1.5????=79.5???? 計算中心距 ??=(??1+??2)2=(46.5+79.5)2????=63???? 計算齒輪寬度 ??=?????1=1×46.5????=46.5???? 考慮不可避免的安裝誤差，為了保證設(shè)計齒寬 b 和節(jié)省材料，一般將小齒輪略微加 寬（5 10）mm ，即~ ??1=??+(5~10)????=46.5+(5~10)????=51.5~56.5???? 取 ，而使大齒輪的齒寬等于設(shè)計齒寬，即 。??1=53???? ??2=??=46.5???? ⑸圓整中心距后的強(qiáng)度校核 上述齒輪副的中心距不便于相關(guān)零件的設(shè)計制造。為此，可以通過調(diào)整傳動比，改 變齒數(shù)或變位法進(jìn)行圓整。采用變位法將中心距就近圓整至 a’=65mm。 齒輪變位后，齒輪副幾何尺寸發(fā)生變化。應(yīng)重新校核齒輪強(qiáng)度，以明確齒輪的工作 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 15 能力。 1)計算變位系數(shù)和 計算嚙合角、齒數(shù)和、變位系數(shù)和、中心距變動系數(shù)和齒頂高降低系數(shù)。 （公式 20）?? '=??????cos[(??cos??)??']=??????cos[(63×cos20°)65]=24.356° ??∑=??1+??2=31+53=84 ??∑ =?? 1+??2=(????????'?????????)??∑(2tan??)=(??????24.356°???????20°)×84(2×tan20°)=0.005 ??=(??'???)??=(65?63)1.5=1.3 ???=??∑???=0.005?1.3=?1.295 查圖表可知，當(dāng)前的變位系數(shù)和降低了齒輪強(qiáng)度，但重合度有所提高。 2) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 按前面類似做法，得出計算結(jié)果： ， ，????=1.91??1=2.38×10 4??????? ， ， 。???=1， ??1=46.5????， ??=1.7????=2.36????=189.8?????? 12 ????1=??????cos[31×cos20°(31+2×1)]=28.025°????2=??????cos[53×cos20°(53+2×1)]=25.107° ????=[31×(tan28.025°?tan20°)+53×(tan25.107°?tan20°)]2??=1.713 ????= 4?1.7133 =0.873 將計算所得結(jié)果代入公式，得到 ???? =2??????1?????13???+1?? ?????????????= 2×1.91×2.38×1041×46.53 ×1.7+11.7×2.36×189.8×0.873= 468.467??????[????] （公式 21） 齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求，并且齒面接觸應(yīng)力比標(biāo)準(zhǔn)齒輪有所下降。 3) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 按前面類似的做法，得出計算結(jié)果： ， ，????=1.85??1=2.38×10 4??????? ， ， ， ， ， ，??????1=2.54??????1=1.63??????2=2.34??????2=1.71 ????=0.25+0.75????=0.7???=1 ， 。將它們代入公式得到??1=31??=1.5???? ????1=2??????1??????1??????1?????????3??12 =2×1.85×2.38×104×2.54×1.63×0.71×1.53×312 ??????=79??????[????]1 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 16 ????2=2??????1??????2??????2?????????3??12 =2×1.85×2.38×104×2.34×1.71×0.71×1.53×312 ??????=76??????[????]2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求，并且小齒輪抵抗彎曲疲勞破壞的能力大于大齒輪。 ⑹主要設(shè)計結(jié)論 齒數(shù) 、 ，模數(shù) m=1.5mm，壓力角 ，中心距 a=145mm，齒寬??1=31??2=53 ??=20° 、 。小齒輪選用 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，大齒輪選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)） 。齒輪按??1=75??????2=68???? 8 級精度設(shè)計。 4.2.3 低速級齒輪傳動的設(shè)計 ⒈選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ⑴根據(jù)傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動，壓力角取為 20o。選用 7 級精度。 ⑵材料選擇。選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，齒面硬度 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，齒面硬度 240HBS。 ⑶選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù) ,取 。??1=30 ??2=????1=1.26×30=37.8??2=38 ⒉按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 ⑴確定計算分度圓直徑中的參數(shù) ①選 ，齒寬系數(shù) ，區(qū)域系數(shù) ，材料的彈性影響系數(shù)??????=1.3 ???=1 ????=2.5 。????=189.8?????? 12 ②計算接觸疲勞強(qiáng)度用的重合度系數(shù) 。????????1=??????cos[??1cos20°(??1+2????)]=??????cos[30×cos20°(30+2×1)]=28.242° ????2=??????cos[??2cos20°(??2+2????)]=??????cos[38×cos20°(38+2×1)]=26.785°?? ??=[??1(tan????1?tan??')+??2(tan????2?tan??')]2?? =[30×(tan28.242°?tan20°)+36×(tan26.785°?tan20°)]2??=1.679 ????= 4?????3 = 4?1.6793 =0.88 ③計算接觸疲勞許用應(yīng)力 查資料得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為 、??????????1=600?????? 。??????????2=550?????? 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： （公式 22）??1=60??1?????=60×1412×(8×300×15)=3.05×10 9 ??2=??1??=3.05×1091.26=2.42×109 查取接觸疲勞壽命系數(shù) 、 。??????1=0.90??????2=0.95 取失效概率為 1%、安全系數(shù) S=1，由公式得 [????]1=??????1??????????1?? =0.9×6001 ??????=540?????? 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2015 屆畢業(yè)設(shè)計 17 [????]2=??????2??????????2?? =0.95×5501 ??????=523?????? 取 和 中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即[????]1 [????]2 [????]=[????]2=523?????? ④小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 ??1=9.55×106????1=9.55×106×5.751412???????=3.89×104??????? 試算小齒輪分度圓直徑 （公式 23） ??1??≥32????????1??? ???+1?? ?(????????????[??] )2 =32×1.3×3.89×1041 ×1.26+11.26×(2.5×189.8×0.88523 )2???? =48.719???? ⑵調(diào)整小齒輪分度圓直徑 1) 計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 ①圓周速度 v。 ??= ????1????160×1000=??×48.719×141260×1000????=3.6??/?? ②齒寬 b。 ??=?????1??=1×48.719????=48.719???? 2) 計算實際載荷系數(shù) 。???? ①使用系數(shù) 。根據(jù) v=3.6m/s、7 級精度，查得動載系數(shù) 。????=1.5 ????=1.1 ②齒輪的圓周力。 ????1=2??1??1??=2×3.89×10448.719??=1.597×103?? ????????1??=1.5×1.597×10348.719??????=49.17??????100?????? 查表得齒間載荷分配系數(shù) 。??????=1 ③用插值法查得 ，結(jié)合 ，查圖得 。??????=1.415 ???=13.33 ??????=1.4 則載荷系數(shù)為 ????=????????????????????=1.5×1.08×1×1.4=2.268 3) 按實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù) ??=????3??