手推式鏟雪車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
手推式鏟雪車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),手推式鏟雪車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),手推式,雪車(chē),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
手推式鏟雪車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
我國(guó)北方地區(qū)年降雪量比較大，并且周期長(zhǎng)，導(dǎo)致高速公路及鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路積雪量過(guò)大，導(dǎo)致交通事故屢見(jiàn)不鮮，同時(shí)，在很大程度上給人們帶來(lái)了不便。除此之外，在生活領(lǐng)域中也造成了很大的困擾。在我國(guó)對(duì)大型鏟雪車(chē)的研究日趨成熟，但是大型鏟雪車(chē)也有許多不便，諸如大型鏟雪車(chē)對(duì)于邊角的積雪的處理不是很好，同時(shí)也不能很好的鏟除已結(jié)冰的積雪，因此研究設(shè)計(jì)手推式鏟雪車(chē)具有很好的實(shí)用價(jià)值。
本文先通過(guò)研究積雪的物理性質(zhì)，分析其機(jī)械性能和分析對(duì)比國(guó)內(nèi)外對(duì)于鏟雪車(chē)的研究現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出以汽油機(jī)帶動(dòng)，蛟龍機(jī)構(gòu)破冰除雪的機(jī)構(gòu)，很好的實(shí)現(xiàn)了破冰和初雪這兩大問(wèn)題。
本文的主要內(nèi)容是對(duì)手推式鏟雪車(chē)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析是通過(guò)UG和SolidWorks三維繪圖軟件及AUTOCAD二維繪圖軟件結(jié)合設(shè)計(jì)的。同時(shí)，本次設(shè)計(jì)的材料將為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)此類(lèi)鏟雪車(chē)提供必要的技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：鏟雪；手推式；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
Abstract
In northern China ,the annual snowfall is relatively large, and the period is very long, resulting in excessive snow on the expressway and township roads, leading to traffic acdients, at the same time, it brings great inconvenience to people. In our country, the large snow blower’s technology has achieved higher result. But it also have many drawback. For example, it can’t cleaning completely in the corner. In addition, it also prove the function about break the ice and so on. So, the research on the design of hand push type plow has practical value.
In this paper. Through the research on mechanical properties of snow, comparative analysis of domestic and foreign research status for the snowplow. This design is provided by the gasoline engine and this project use the curved hit the ice. Therefore, clear goals and the best results is cleaning snow is achieved.
This paper analyzes the structure design and motion of the plow, the structure design and the movement through the drawing software UG and Solidworks 3D graphics software and AUTOCAD combined with two-dimensional design, and this design will provide the necessary reference for the domestic production of such a plow.
Key words：Hit the ice; Hand-push; Structure design;
III
目錄
Abstract II
目錄 I
1 緒論 1
1.1 選題意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外鏟雪車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3 除雪工具的分類(lèi) 5
1.4 設(shè)計(jì)的任務(wù) 5
2 路面積雪特性的研究 6
3 小型手推式鏟雪車(chē)設(shè)計(jì)方案 8
3.1 總體方案及其比較 8
3.2 小型手推式鏟雪車(chē)的工作原理 8
3.3 小型手推式鏟雪車(chē)基本結(jié)構(gòu)的確定 10
4 小型鏟雪車(chē)的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 12
4.1 鏈傳動(dòng)的計(jì)算 12
4.2 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核 16
4.3 蝸輪蝸桿減速裝置設(shè)計(jì) 20
4.4 攪龍軸的設(shè)計(jì) 25
4.5 攪龍葉片的設(shè)計(jì) 26
4.6 拋雪葉輪簡(jiǎn)述 27
4.7 二維CAD裝配圖 27
5 小型手推式鏟雪車(chē)的三維造型 29
5.1 主要部件的裝配圖 29
5.2 小型手推式鏟雪車(chē)的總體造型 31
6 環(huán)保評(píng)估 32
結(jié)論 33
參考文獻(xiàn) 34
致謝 62
1 緒論
1.1 選題意義
我國(guó)北方的許多地方，一般有3~5月的降雪期，在此期間，積雪和冰經(jīng)常會(huì)造成很?chē)?yán)重的事故，尤其在一些比較特殊的路段，路面上的積雪和積冰的影響甚為嚴(yán)重，經(jīng)常會(huì)引發(fā)許多的交通事故。因此，設(shè)計(jì)制造一種新型的鏟雪機(jī)械很是必要。
國(guó)內(nèi)一些研究所和道路養(yǎng)護(hù)部門(mén)在這方面也做過(guò)一些工作 ,如吉林交通科學(xué)研究所曾成功研制SY -20型撒鹽機(jī)，使用效果良好。但使用融解法除雪，除所需費(fèi)用較高外,還容易對(duì)環(huán)境造成污染，故這種方法的使用范圍受到了一定限制[1]。
機(jī)械法的主要原理是通過(guò)機(jī)械對(duì)冰雪的直接作用導(dǎo)致其分解來(lái)解決冰雪的危害,這種方法是人類(lèi)最原始的一種除雪方法 ,同時(shí)也是迄今為止使用最廣的除雪方法之一。當(dāng)下，對(duì)于改造和研制性能比原始機(jī)械優(yōu)越的鏟雪設(shè)備已成為各降雪周期長(zhǎng)的國(guó)家的一個(gè)重要議題。
目前，在我國(guó)，較窄的路面和日常生活中所用的除雪方式主要是人力通過(guò)傳統(tǒng)工具，如鐵鍬、掃帚來(lái)進(jìn)行的，此種方法效率低下，很浪費(fèi)時(shí)間。所以，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)針對(duì)較窄的路面和日常生活所需要的鏟雪設(shè)備，以便提高較窄路面的清掃效率，以便有效降低交通事故的發(fā)生概率，同時(shí)，也為人們的生活提供諸多便利，除此之外，也能為鏟雪的環(huán)衛(wèi)部門(mén)減輕一定的壓力。
1.2 國(guó)內(nèi)外鏟雪車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)外鏟雪車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，俄羅斯、日本是生產(chǎn)旋切式除雪機(jī)的主要國(guó)家，且技術(shù)較成熟，生產(chǎn)的產(chǎn)品性能也是出于世界領(lǐng)先水平行列。日本生產(chǎn)的高速行走旋切式除雪機(jī)，作業(yè)速度為70KM/h，該除雪機(jī)采用四輪驅(qū)動(dòng)方式，利用盤(pán)式制動(dòng)，全長(zhǎng)為7 790 mm,機(jī)寬2 490 mm,最大除雪寬度2 490mm,發(fā)動(dòng)機(jī)功率220 kW ,最大除雪速度70 km /h,最大除雪量3000t/h，其性能均優(yōu)于同型機(jī)械。而俄羅斯現(xiàn)在的3Д403 型清雪車(chē)（如圖3）居于世界領(lǐng)先地位，其功能多樣化，具有除雪、清除垃圾、沙石等多種功能，能夠廣應(yīng)用[2]。
3Д403 型清雪車(chē)具有以下特點(diǎn)：
1)機(jī)動(dòng)性強(qiáng), 適應(yīng)范圍大。該清雪車(chē)可對(duì)機(jī)場(chǎng)、高速公路、城市公路及人行道進(jìn)行清雪及拋撒物料。行駛速度一般為50～60 km/ h,作業(yè)速度為25～30 km/h,拋撒寬度為4.0～10.6 m。
2)工作效率高, 特別適用于平坦的高速公路、寬廣的機(jī)場(chǎng)新雪的清除,更顯出其高效的優(yōu)越性。
3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 制造方便, 成本低
此外，還有德國(guó)施密特（SCHMIDT）、瑞士波雄（BOSCHUNG）、美國(guó)豪士卡（OSHKOSH）和雪挪拉（Snoway）以及丹麥依波克（Epoke）等廠商制作的多功能鏟雪車(chē)均處于世界領(lǐng)先地位[3]。上述廠商都擁有完整的產(chǎn)品體系，因發(fā)展過(guò)程、市場(chǎng)及研發(fā)重點(diǎn)的不同，各廠商的除雪機(jī)械產(chǎn)品又各有優(yōu)勢(shì)和特色。
1. 犁裝置 2. 底盤(pán) 3. 電氣裝置4. 液壓系統(tǒng) 5. 刷子裝置 6. 撒砂裝置
圖1.1 3Д403 型清雪車(chē)構(gòu)造
當(dāng)今，國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾方面[4]：
(1) 綜合的除排雪系統(tǒng)
要將除雪與排雪結(jié)合起來(lái),除下的積雪堆在路側(cè)會(huì)占道并影響視野。所以一方面要在道路結(jié)構(gòu)上充分確保堆雪帶的空間;另一方面要有效地利用(排)雪溝。此外建立道路立體交叉特殊部的除排雪系統(tǒng)也是很必要的。
(2) 安全性
在對(duì)于人行道除雪這樣的作業(yè)時(shí),行人的安全至關(guān)重要,因此除雪機(jī)械的安全性非常重要。
(3) 信息化
只有根據(jù)氣象及路面狀況,才能靈活高效地使用除雪機(jī)械,確保24小時(shí)除雪體制。因此,有必要建立一個(gè)能將氣象信息、道路管理者、鏟雪車(chē)有機(jī)結(jié)合的信息網(wǎng)絡(luò)化的冬季道路管理保障體系。為了便于行車(chē),該網(wǎng)絡(luò)還能為一般道路使用者提供除雪狀況和氣象信息。
1.2.2 國(guó)內(nèi)除雪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)鏟雪機(jī)械發(fā)展較晚,在80年代以后，改革開(kāi)放的不斷發(fā)展下，道路的改造和新建，一些研究單位也開(kāi)始研制相關(guān)的鏟雪車(chē)。隨著這幾年我國(guó)的一系列經(jīng)濟(jì)政策，我國(guó)在除雪機(jī)的發(fā)展上已經(jīng)卓有成效?，F(xiàn)在主要制造的企業(yè)主要有中聯(lián)重科，吉林公路機(jī)械，恒潤(rùn)高科，沈陽(yáng)山河，常林股份等。其代表的機(jī)器主要有中聯(lián)重科（ZLJ5250TCXZE3/ZLJ5251 TCXZE4）多功能鏟雪車(chē)（如圖1）、沈陽(yáng)山河PX2000旋轉(zhuǎn)拋雪式除雪機(jī)、常林股份956除雪機(jī)（如圖2）、恒潤(rùn)高科HHR5160TCX3EQ除雪撒布車(chē)[4]。
圖1.2.1 中聯(lián)重科 圖1.2.2 常林股份956
中聯(lián)重科ZLJ5250TCXZE3/ZLJ5251 TCXZE4多功能鏟雪車(chē)是一款集推雪、高速掃雪、固體撒布、預(yù)濕撒布、刮冰等多種功能于一體的綜合鏟雪車(chē)。 該車(chē)功率大、效率高， 在2011年初湖南和貴州等地山區(qū)公路抗擊冰雪災(zāi)害的工作中發(fā)揮了巨大作用[4]。
沈陽(yáng)山河PX2000旋轉(zhuǎn)拋雪式除雪機(jī)是為擁有各種裝載機(jī)的用戶(hù)研制的，主要用于清除自然積雪、路邊堆積雪以及積雪的裝車(chē)作業(yè)，該機(jī)采用獨(dú)立動(dòng)力系統(tǒng)，采用電氣控制，安裝簡(jiǎn)單、操縱方便，可以安裝在裝載機(jī)、拖拉機(jī)、拖車(chē)等車(chē)輛的底盤(pán)上[4]。
常林股份956除雪機(jī)的鏟刃板采用高炭耐磨合金鋼，經(jīng)過(guò)中頻淬火處理， 具有超強(qiáng)的耐磨特性；推雪板工作裝置可左右偏轉(zhuǎn)±35° ，可越過(guò)最小50mm高的障礙物（自動(dòng)越障），輕松實(shí)現(xiàn)堆雪作業(yè)，具有操作簡(jiǎn)單、機(jī)構(gòu)可靠的特點(diǎn)[4]。
恒潤(rùn)高科HHR5160TCX3EQ除雪撒布車(chē)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)交通、高速公路、市政、環(huán)衛(wèi)等部門(mén)相關(guān)作業(yè)的需求而研發(fā)設(shè)計(jì)的，主要用于清除路面冰雪，保障車(chē)輛、 飛機(jī)和行人安全，能夠迅速有效地清除道路上的積雪和冰，可以布置在各類(lèi)載貨底盤(pán)和自卸車(chē)底盤(pán)上，規(guī)格齊全、融雪撒布方便、可靠精確，操作簡(jiǎn)單、 靈活、高效；裝拆便捷，無(wú)需清雪作業(yè)時(shí)可以便捷地拆掉專(zhuān)用裝置而從事運(yùn)輸作業(yè)；清除作業(yè)范圍廣、效率高、效果好[4]。
但是與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，除雪機(jī)械仍存在著一些不足[5]：
作業(yè)速度低
目前國(guó)外犁式除雪機(jī)最大除雪速度可 50 km /h,旋切式除雪機(jī)最大速度達(dá) 70 km /h。吉林省交通科學(xué)研究所研制的 CBX-1600型除雪機(jī)，是國(guó)內(nèi)技術(shù)水平較高的除雪機(jī)械，但其最大除雪速度僅為2.15km/h,與國(guó)外同級(jí)別的除雪機(jī)械相比，作業(yè)速度較低。
整機(jī)利用率低，成本高
盡管中國(guó)的北方地區(qū)冬季降雪期可達(dá) 3～ 5個(gè)月 ,但據(jù)統(tǒng)計(jì)冬季降雪次數(shù)并不太多 ,最多也只是十幾次而已 ,如果除雪機(jī)功能單一 ,只能用來(lái)除雪 ,那么機(jī)器一年里大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài) ,這就大大提高了除雪作業(yè)的成本 ,增加了公路養(yǎng)護(hù)部門(mén)的負(fù)擔(dān)。
避讓功能不理想
在除雪過(guò)程中 ,常常因遇路障而使主機(jī)或者除雪裝置損壞 ,國(guó)內(nèi)已有的犁式除雪機(jī)械 ,大部分回避路障的能力較差。吉林省交通科學(xué)研究所與磐石縣公路管理段聯(lián)合開(kāi)發(fā)的 CL-2.4型公路除雪器 ,安裝了避讓裝置和防止過(guò)度避讓鎖鏈 ,可以保證在除雪作業(yè)過(guò)程中避讓路障 ,防止主機(jī)或除雪器的損壞 ,還可同時(shí)防止過(guò)度避讓鎖鏈 ,因過(guò)度避讓使避讓回位彈簧損壞。
對(duì)路面保護(hù)能力差。
當(dāng)路面凹凸不平時(shí)，除雪機(jī)作業(yè)時(shí)會(huì)對(duì)路面造成破壞，雖然除雪機(jī)對(duì)路面的損壞程度目前還沒(méi)有一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，但國(guó)內(nèi)的除雪機(jī)械在路面仿形能力、對(duì)路面保護(hù)等方面，與國(guó)外相比還存在一定差距。
現(xiàn)在我國(guó)除雪機(jī)械總的發(fā)展方向是[16]：
加強(qiáng)雪的力學(xué)性質(zhì)研究，建立道路氣象系統(tǒng)
為設(shè)計(jì)出更好的除雪機(jī)，需要對(duì)雪的力學(xué)性質(zhì)做一個(gè)全面的分析，同時(shí)也應(yīng)該建立道路氣象信息系統(tǒng)，對(duì)道路氣象系統(tǒng)做出更好的預(yù)測(cè)和判斷，以便靈活的、高效的使用除雪機(jī)械。
向小型化、高速度的方向發(fā)展
在除雪作業(yè)中，除雪機(jī)機(jī)身的大小及除雪速度是影響交通的兩個(gè)重要因素，機(jī)身過(guò)大，除雪機(jī)占道影響交通；速度過(guò)低，影響車(chē)流通暢，同時(shí)狹窄路面的除雪也要求機(jī)身體積不宜過(guò)大。為了不妨礙交通，今后中國(guó)的除雪機(jī)械要向小型化、高速度的方向發(fā)展。
向多功能、機(jī) - 電 -液一體化的方向發(fā)展
為了提高機(jī)器的使用率 ,除雪機(jī)械應(yīng)向一機(jī)多用的方向發(fā)展。中國(guó)的除雪機(jī)械應(yīng)該向兼用型的方向發(fā)展 ,可在冬季降雪時(shí)進(jìn)行除雪作業(yè) ,其余時(shí)間可進(jìn)行灑水、清掃等多種路面養(yǎng)護(hù)作業(yè)及其它作業(yè)。除雪機(jī)械應(yīng)盡量采用機(jī) - 電 -液新技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 ,提高除雪機(jī)械的科技含量。
要注意提高安全性、舒適性
部分除雪設(shè)備的駕駛室內(nèi)沒(méi)有增溫系統(tǒng)，駕駛員在工作狀態(tài)時(shí)處于寒冷的狀態(tài)，而且有些除雪設(shè)備在使用過(guò)程中需要不斷的調(diào)試，可靠性不高。因此，提高除雪機(jī)械的自動(dòng)化功能，加強(qiáng)除雪設(shè)備的安全性是今后發(fā)展的趨勢(shì)。
打破專(zhuān)利封鎖，加強(qiáng)技術(shù)合作
集中人力、物力優(yōu)勢(shì) ,聯(lián)合開(kāi)發(fā)除雪機(jī)械 ,盡早研制出高速度、高性能的除雪設(shè)備 ,減少人力除雪 ,實(shí)現(xiàn)除雪自動(dòng)化。這樣既可以大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度 ,把人們從惡劣勞動(dòng)環(huán)境中解脫出來(lái) ,又可以提高國(guó)內(nèi)城市建設(shè)機(jī)械化水平。
1.3 除雪工具的分類(lèi)
目前，各國(guó)采用的除雪的基本方法主要有兩種，分別是機(jī)械法和化學(xué)法。其中機(jī)械法是直接利用機(jī)械設(shè)備來(lái)除雪，它有兩種形式，一種是除雪機(jī)，一種是除冰機(jī)
就鏟雪車(chē)的工作原理來(lái)說(shuō)，可將鏟雪車(chē)分為推移式鏟雪車(chē)、拋雪式鏟雪車(chē)和吹雪式鏟雪車(chē)；就工作方法的不同，也可將鏟雪車(chē)分為拋雪式鏟雪車(chē)和傳送式鏟雪車(chē)；
1.4 設(shè)計(jì)的任務(wù)
本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一臺(tái)手推式鏟雪車(chē)，其工作原理是鏟雪車(chē)在工人的推動(dòng)下，由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，將路面上的雪收集到儲(chǔ)雪桶中，再有螺旋拋雪葉輪將其拋向道路兩側(cè)，完成鏟雪任務(wù)。這次設(shè)計(jì)的要求主要有以下四點(diǎn)：
(1) 查閱相關(guān)資料，完成對(duì)積雪的機(jī)械性能的認(rèn)知；
(2) 查閱相關(guān)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)并確定可行的方案；
(3) 詳細(xì)設(shè)計(jì)各個(gè)工作機(jī)構(gòu)，并確定其相關(guān)尺寸及圖紙；
（4）繪制鏟雪車(chē)的零件圖和裝配圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
42
2 路面積雪特性的研究
只有充分的掌握積雪的物理性質(zhì)和機(jī)械性質(zhì)才能更好的設(shè)計(jì)該設(shè)備，這些性質(zhì)主要有：機(jī)械設(shè)備在除雪過(guò)程所受阻力、所用功率等。其物理性質(zhì)主要包含、、。
2.1.1 積雪的密度
在鏟雪車(chē)的設(shè)計(jì)過(guò)程中和使用工程中，雪的密度有至關(guān)重要的影響，其變化幅度為：0.019~0.89g/cm3。在眾多學(xué)者的研究下得出結(jié)論：
(1) 降雪時(shí)間變長(zhǎng)，雪的密度將變得越大，其兩者關(guān)系如下表2.1所示；
表2.1 學(xué)的密度與時(shí)間的關(guān)系表
(2)隨降落過(guò)程的時(shí)間延長(zhǎng)而增大的，同上表2.1所示；
(3)隨降落時(shí)環(huán)境溫度的不同而不同，其關(guān)系如下表2.2所示；
降雪時(shí)的氣溫／ o C
新降下的雪的密度／g．cm-3
最小值
最大值
平均值
表2.2 雪的密度與環(huán)境溫度的關(guān)系
2.1.2 積雪的硬度
積雪的硬度也是抗壓強(qiáng)度，其表示方法是在單位面積上的阻力大小。其抗壓強(qiáng)度有如下特征：
(1) 與雪的密度呈正比。
(2) 與溫度呈反比。
2.1.3 積雪的摩擦系數(shù)
本設(shè)備在鏟雪工作中所受的摩擦系數(shù)主要有內(nèi)摩擦系數(shù)、外摩擦系數(shù)、輪胎的附著系數(shù)。在本次設(shè)計(jì)中主要考慮輪胎與冰雪路面的附著系數(shù)。
3 小型手推式鏟雪車(chē)設(shè)計(jì)方案
3.1 總體方案及其比較
方案一:利用類(lèi)似于吹雪式鏟雪車(chē)的原理，即使用高速旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將積雪吹像路的兩邊，但只適用于剛下的雪，對(duì)踩實(shí)的雪不能有效的清理，且生產(chǎn)成本較高。
方案二:利用推土機(jī)的前部的鏟子將雪推向一邊，但這種方法對(duì)于窄路不適用，且對(duì)路面有一定的損傷，違背設(shè)計(jì)初衷。
方案三:采用新型機(jī)械設(shè)備除雪。其除雪設(shè)備鏟雪步驟如下：
第一步，利用特定設(shè)備將踩實(shí)的積雪變得松弛；第二步，松弛的雪被螺旋機(jī)構(gòu)輸送到儲(chǔ)雪桶中；第三步，將雪拋向路的側(cè)邊。此種方案，可以對(duì)松弛的雪或踩實(shí)的雪做到很好的鏟雪效果。而且也能適用于較窄路面，符合設(shè)計(jì)初衷。
綜上，選用第三種方案。
3.2 小型手推式鏟雪車(chē)的工作原理
3.2.1 基本結(jié)構(gòu)
小型手推式鏟雪車(chē)主要包括六大主體結(jié)構(gòu)，中心主體結(jié)構(gòu)是傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和集雪結(jié)構(gòu)。其他結(jié)構(gòu)有原動(dòng)機(jī)、拋雪裝置、操作裝置、行走裝置；其中原動(dòng)機(jī)采用的是汽油機(jī)；螺旋狀的攪龍葉片是集雪裝置的主要結(jié)構(gòu)；拋雪裝置主要是經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的葉輪將雪拋出；行走裝置為人工手推式；操作裝置主要指扶手。
3.2.2 工作原理
工作原理如圖3.1所示，為：在人工的推動(dòng)下車(chē)體向前進(jìn)，鏟雪機(jī)構(gòu)主要由原動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)過(guò)鏈傳動(dòng)或帶傳動(dòng)將其動(dòng)力輸送給傳動(dòng)軸，通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)各個(gè)工作機(jī)構(gòu)的工作，最后將其輸送到攪龍軸上，帶動(dòng)蛟龍葉片的運(yùn)轉(zhuǎn)，完成鏟雪的任務(wù)。其動(dòng)力傳遞過(guò)程為：發(fā)動(dòng)機(jī)→傳動(dòng)軸→渦輪蝸桿減速器→驅(qū)動(dòng)軸→攪龍。
圖3.1 小型機(jī)械鏟雪車(chē)的結(jié)構(gòu)示意圖
1. 攪龍 2. 清雪鏟3. 拋雪筒 4. 傳動(dòng)系統(tǒng) 5. 發(fā)動(dòng)機(jī)
6. 操作裝置 7. 車(chē)輪 8. 車(chē)架9. 拋雪輪
圖3.2 鏟雪車(chē)結(jié)構(gòu)圖
3.3 小型手推式鏟雪車(chē)基本結(jié)構(gòu)的確定
3.3.1 原動(dòng)機(jī)的選擇
因?yàn)殓P雪車(chē)主要在較窄路面工作，所以宜選用體積較為小的汽油機(jī)作為動(dòng)力輸入。
本次設(shè)計(jì)的參數(shù)為：?jiǎn)挝粫r(shí)間掃雪量，積雪密度和厚度分別是 、，因此單位時(shí)間的掃雪量為： kg (3.1)
本裝置的設(shè)計(jì)要求為揚(yáng)程，排雪的初始速度為，則計(jì)算得在排雪工作過(guò)程：
(3.2)
集雪裝置為攪龍葉片，在運(yùn)行過(guò)程中將受到雪的阻力，用表示，則為，，故集雪過(guò)程中攪龍所消耗的功率為：
(3.3)
鏟雪車(chē)工作時(shí)的自重，路面摩擦系數(shù)，移動(dòng)速度，故移動(dòng)時(shí)消耗功率為： (3.4)
由上算得鏟雪車(chē)消耗的總功率為：
(3.5)
通過(guò)上述設(shè)計(jì)，且按照設(shè)計(jì)要求需清理踩實(shí)的積雪，故所需的汽油機(jī)：
3.3.2 傳動(dòng)方式的選擇
鏟雪車(chē)的動(dòng)力由汽油機(jī)提供，經(jīng)由鏈或帶傳動(dòng)將動(dòng)力輸出給傳動(dòng)軸，但由于鏟雪車(chē)在工作時(shí)處于潮濕環(huán)境，如果選用帶傳動(dòng)將會(huì)出現(xiàn)彈性打滑和整體打滑，所以選用鏈傳動(dòng)較為合理。再把傳動(dòng)軸與渦輪蝸桿減速器相連接，將動(dòng)力傳達(dá)到渦輪蝸桿減速器上，緊接著傳達(dá)到攪龍軸上。
3.3.3 集雪裝置的設(shè)計(jì)
因積雪是從集雪桶的中心經(jīng)由彎管排向道路的側(cè)邊，故需先設(shè)計(jì)攪龍葉片將雪匯集到儲(chǔ)雪桶中部，所以將轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成由聯(lián)軸器鏈接的兩個(gè)旋向相反的螺旋軸。其中攪龍機(jī)構(gòu)將設(shè)計(jì)為帶狀螺旋葉片，這樣設(shè)計(jì)的好處在于有效的緩解儲(chǔ)雪桶的壓力，減輕發(fā)生堵塞的情況。攪龍軸和葉片的示意圖如下所示：
3.3 攪龍軸和攪龍葉片的基本結(jié)構(gòu)
上述集雪裝置有很好的破、集、拋這三大功用。其中，攪龍機(jī)構(gòu)的旋向設(shè)計(jì)為左邊，，這樣將有效的將兩邊的積雪運(yùn)送到中心，然后將雪拋出。
4 小型鏟雪車(chē)的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核
4.1 鏈傳動(dòng)的計(jì)算
4.1.1 傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)步驟
鏈傳動(dòng)叫帶傳動(dòng)來(lái)說(shuō)有很明顯的優(yōu)勢(shì)，即它受到的壓軸力較小，過(guò)載能力較強(qiáng)，無(wú)彈性打滑及整體打滑，具有良好的傳動(dòng)效率，對(duì)于封閉鏈傳動(dòng)一般在，適應(yīng)極端的環(huán)境等。參照本次設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)所處的環(huán)境選擇鏈傳動(dòng)較為合適?，F(xiàn)對(duì)鏈傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如下：
1、選擇鏈輪的齒數(shù) 和確定傳動(dòng)比i
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》所學(xué)，當(dāng)小鏈輪齒數(shù)少，可減小外廓的尺寸，但齒數(shù)過(guò)少，會(huì)增加運(yùn)動(dòng)的不均勻性和動(dòng)載荷；鏈條在進(jìn)入和退出嚙合時(shí)，鏈節(jié)間的相對(duì)轉(zhuǎn)角會(huì)增大；鏈傳動(dòng)的圓周力增大，從整體上加速鉸鏈和鏈輪的磨損[5]。故鏈輪的齒數(shù)不應(yīng)該過(guò)少，一般選取大于。同時(shí)，若其承受較大的沖擊載荷且處于高速傳動(dòng)中，則應(yīng)將齒數(shù)選擇大于，初次之外，還應(yīng)對(duì)鏈輪輪齒進(jìn)行淬硬處理。但也不能選擇過(guò)大的齒數(shù)，一般要選擇小于114一下的系列。
對(duì)于傳動(dòng)比的選擇，應(yīng)保證，若，鏈條與鏈輪之間的嚙合數(shù)將減少，使得嚙合輪齒加速磨損，同時(shí)也會(huì)發(fā)生跳齒、脫鏈。
綜上所述，現(xiàn)選擇,則大鏈輪齒數(shù)為：
(4.1)
符合設(shè)計(jì)要求
2、計(jì)算當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率
因?yàn)殒渹鲃?dòng)屬于平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)且屬于中等沖擊，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》知，由表9-13知，，則計(jì)算功率為：
(4.2)
式中：——工況系數(shù)；
——主動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù)；
——多排鏈系數(shù)；
P——傳遞的功率，。
3、確定鏈條的型號(hào)和節(jié)距p
結(jié)合上述計(jì)算綜上查得
4、 計(jì)算鏈的節(jié)數(shù)和中心距 ：
初選中心距：
=35p (一般選取應(yīng)在（30—50)p之間) (4.3)
則鏈節(jié)數(shù)Lp0為：
(4.4)
為防止使用過(guò)渡鏈節(jié)，先將其圓整為L(zhǎng)P0=100
故最大中心距為： (4.5)
得：㎜
其中，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-7查得f1=0.24974。但考慮到實(shí)際尺寸，選取鏈節(jié)數(shù)為L(zhǎng) p =94節(jié)。則中心距為：
=233.38mm (4.6) 得 ≈234㎜
考慮，，。
5、計(jì)算鏈速v,并確定其潤(rùn)滑方式
鏈的平均速度為：
(4.7)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知v<12~15m/s，所以符合設(shè)計(jì)要求
由上述所選參數(shù)及查得《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-14和結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)情況現(xiàn)采用定期人工潤(rùn)滑的潤(rùn)滑方式。
6、計(jì)算壓軸力Fp
有效圓周力為 N (4.8)
鏈輪選擇，其查表知
則壓軸力為：
N （4.9）
其中：：有效圓周力；
：壓軸力系數(shù)；
4.1.2 鏈輪基本數(shù)據(jù)計(jì)算
由上述設(shè)計(jì)并結(jié)合《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得滾子鏈的重要參數(shù)如下表：
1、小鏈輪的主要尺寸
分度圓的直徑為：
（4.10）
齒頂圓直徑分別為：
（4.11）
（4.12）
齒根圓的直徑為df1為：
（4.13）
材料選取：15，對(duì)其進(jìn)行滲碳、淬火、回火，使。
2、大鏈輪的主要尺寸
分度圓的直徑為：
（4.14）
齒頂圓直徑分別為：
（4.15）
（4.16）
齒根圓的直徑為df2為：
（4.17）
材料選?。骸?
4.1.3 鏈輪基本運(yùn)動(dòng)的分析
本次設(shè)計(jì)中采用SolidWorks motion做運(yùn)動(dòng)分析，主要分析大鏈輪和小鏈輪之間的運(yùn)動(dòng)，具體數(shù)據(jù)展現(xiàn)在角位移圖中，有角位移圖知從動(dòng)鏈輪是隨著主動(dòng)鏈輪的線性運(yùn)動(dòng)。
大鏈輪與小鏈輪之間的角位移曲線如下：
圖6.1 大鏈輪與小鏈輪之間的數(shù)據(jù)分析
圖6.2 大鏈輪與小鏈輪之間的角位移圖
4.2 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核
地位，它的存在為其他作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)零件提供了支撐位置。除此之外，它還可以傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
本次設(shè)計(jì)中軸是主要的傳動(dòng)部件，汽油機(jī)的動(dòng)力是通過(guò)鏈傳動(dòng)傳動(dòng)到傳動(dòng)軸上的，以此帶動(dòng)傳動(dòng)軸上其他零件的運(yùn)轉(zhuǎn)，并將動(dòng)力傳動(dòng)到攪龍軸上。
本次設(shè)計(jì)主要包括外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算。
現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程如下：
由上設(shè)計(jì)知，汽油機(jī)軸的轉(zhuǎn)速為2500r/min
其輸入功率P1=P=2.2kW （4.18）
轉(zhuǎn)矩： （4.19） 材料選擇：由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1查得選用45，對(duì)其進(jìn)行正火、回火熱處理。
4.2.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、求輸出軸上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
由前述原動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)知，選用，則：
（4.20）
又知： （4.21） 所以 （4.22）
2、求作用在鏈輪上的力：
由于鏈輪分度圓直徑，則圓周力為：
（4.23）
3、初步確定出軸的最小直徑
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3知，現(xiàn)取=112，則 （4.24）
圓整后取軸直徑=12mm。
4、根據(jù)軸向的定位要求以確定各段直徑及長(zhǎng)度
各軸段的直徑和長(zhǎng)度見(jiàn)下圖4.1
圖4.1軸的各段直徑和長(zhǎng)度
5、軸承的選擇
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇，對(duì)于和軸承選擇。
4.2.2 軸的校核
傳動(dòng)軸的，故對(duì)其校核。由之前設(shè)計(jì)知，從動(dòng)鏈的效率，轉(zhuǎn)速為。
1、求軸上的功率p和轉(zhuǎn)矩T
由前述計(jì)算得，
2、求作用在軸端的力
已得軸端分度圓直徑為d=30mm 故： 圓周力 ==1.082kN （4.25）
徑向力Fr=f=1082.2×= 3.9449kN （4.26）
軸向力F=ftan=1082.2×tan3.18=0.0601kN （4.27）
且L =50mm，L=75mm；
3、求軸上的載荷
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》知：
（4.28）
（4.29）
（4.30） （4.31） 又知：
（4.32）
由上述計(jì)算可知，危險(xiǎn)截面在軸端，故需對(duì)其進(jìn)行校核計(jì)算，如下：
載荷
水平面（H）
垂直面（V）
F
F
表4.1 M，M，M的值
4、使用彎矩應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
取=0.6，軸上的應(yīng)力計(jì)算
===14.8034Mpa （4.33）
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選取45號(hào)鋼作為軸的材料，正火、回火處理，同時(shí)查的，由上知 ＜，故合格。
4.3 蝸輪蝸桿減速裝置設(shè)計(jì)
在前述設(shè)計(jì)中選用的動(dòng)力輸出是汽油機(jī)，所以通過(guò)減速器降低轉(zhuǎn)速，以便配合攪龍軸的運(yùn)轉(zhuǎn)，且攪龍軸和傳動(dòng)軸的安放方式為相互垂直，故綜合選取渦輪蝸桿減速器。
4.3.1 選擇材料
本次設(shè)計(jì)中，蝸桿傳動(dòng)的功率較小且速度一般，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得蝸桿應(yīng)采用45鋼制造；并對(duì)齒面進(jìn)行淬火處理。選取作為渦輪的材料。
4.3.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》知，蝸桿副一般會(huì)發(fā)生齒面膠合或點(diǎn)蝕，并對(duì)蝸輪副齒根進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度校核[5]。
1、確定作用在渦輪上轉(zhuǎn)矩
（4.34）
2、確定載荷系數(shù)K
已知載荷分?jǐn)?shù)（因?yàn)楣ぷ鬏d荷較穩(wěn)定），由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得， 。
所以
3、確定彈性系數(shù)：
對(duì)于輪和鋼蝸桿相配對(duì)時(shí)，取
4、 確定接觸系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖11-18知
5、確定許用接觸應(yīng)力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知許用應(yīng)力。設(shè)蝸輪蝸桿的壽命=120000 h，則：
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （4.35）
壽命系數(shù) （4.44）
則 （4.36）
其接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
6、初步確定中心距、模數(shù)及倒程角
由前述數(shù)據(jù)知：
（4.37）
計(jì)算得=89.6
現(xiàn)根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11-2及圖11-8選取如下參數(shù)：
由上述數(shù)據(jù)知：，因此以上參數(shù)合理。
4.3.3 按齒面接觸強(qiáng)度驗(yàn)算
公式為： （4.38）
（4.39）
=30.26<35mm 故以上設(shè)計(jì)合理
4.3.4 計(jì)算傳動(dòng)的主要尺寸
中心距 （4.40）
1、 蝸桿主要參數(shù)
蝸桿的分度圓直徑
本次設(shè)計(jì)中蝸桿三維圖如下：
圖4.2 蝸桿三維圖
蝸桿各項(xiàng)尺寸如下表：
蝸輪的分度圓直徑
項(xiàng)目
公式
數(shù)值
，圓整取20mm
2、渦輪主要尺寸
圖4.3蝸輪三維圖
蝸輪各項(xiàng)尺寸如下表：
項(xiàng)目
公式
數(shù)值
4.3.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
為判斷蝸桿副的彎曲斷裂的可能性及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性精度，現(xiàn)近似將其當(dāng)作校核，由下式知：
（4.41）
當(dāng)量齒數(shù)
根據(jù)，，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖11-19知齒形系數(shù)
螺旋角系數(shù)
齒形系數(shù)，螺旋角系數(shù)
極限彎曲應(yīng)力為
許用彎曲應(yīng)力 (4.42)
從《機(jī)械設(shè)計(jì)》表知
壽命系數(shù)
彎曲應(yīng)力為：
彎曲強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求
4.3.6 驗(yàn)算效率
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》知：
（4.43）
由前述設(shè)計(jì)知：；；則：
（4.44）
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11-18知、；將其代入公式得，故合適。
4.4 攪龍軸的設(shè)計(jì)
鏟雪機(jī)構(gòu)的中心運(yùn)轉(zhuǎn)部件是攪龍軸，它的中部與渦輪相連接，兩邊都是使用軸承端蓋固定的，這樣有利于整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
現(xiàn)將攪龍軸的設(shè)計(jì)過(guò)程陳述于下：
根據(jù)上述要求軸的材料選擇45鋼制造。
熱處理方式、即可完成所需要求。
軸的轉(zhuǎn)速： （4.45) 軸的輸入功率為： （4.46)
軸的轉(zhuǎn)矩為：
（4.47）
軸端分布圖如下所示：
圖4.4攪龍軸各段分布
4.5 攪龍葉片的設(shè)計(jì)
攪龍葉片是本次設(shè)計(jì)中的核心裝置，它的設(shè)計(jì)將影響整體產(chǎn)品的成效。
本次設(shè)計(jì)中，為更好的實(shí)現(xiàn)將雪輸送到中間部分的功能，將其設(shè)計(jì)為攪龍葉片在右邊的右旋，在，且才采用耐腐性材料。
是攪龍葉片的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，現(xiàn)初步設(shè)計(jì)攪龍葉片的參數(shù)如下：
葉片外徑 （4.48）
葉片內(nèi)徑 （4.49）
節(jié)距 （4.50）
外螺旋線實(shí)長(zhǎng) （4.51）
內(nèi)螺旋線實(shí)長(zhǎng) （4.52）
葉片高 （4.53）
葉片展開(kāi)里口徑 （4.54）
切口角度 （4.55）
切口弦長(zhǎng) （4.56）
4.6 拋雪葉輪簡(jiǎn)述
本次設(shè)計(jì)中離心葉輪將作為拋雪葉輪，在工業(yè)設(shè)計(jì)中常采用平板型葉片，因?yàn)樗圃烊菀?，工況點(diǎn)的效率與機(jī)翼型葉片相接近，所本次設(shè)計(jì)中采取平板型葉片就能保證所需的功能。同時(shí)，選擇葉輪此料為鑄鐵，并對(duì)其表面做防腐蝕涂鍍。
4.7 二維CAD裝配圖
二維裝配圖如下圖所示：
圖4.6 二維總裝圖
5 小型手推式鏟雪車(chē)的三維造型
本次設(shè)計(jì)全面使用建模，現(xiàn)將建模配圖列于下：
5.1 主要部件的裝配圖
5.1.1 傳動(dòng)軸的裝配
傳動(dòng)軸裝配如下：
圖5.1傳動(dòng)軸的零部件裝配
5.1.2 執(zhí)行軸和支架的部分裝配
執(zhí)行軸與支架的部分裝配圖如下圖所示：
5.2 傳動(dòng)軸零部件裝配
圖5.3 支架部分零件的組裝
5.2 小型手推式鏟雪車(chē)的總體造型
總體裝配見(jiàn)圖5.5
圖5.5小型手推式鏟雪車(chē)
6 環(huán)保評(píng)估
目前，世界公眾對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高，各國(guó)也在制定嚴(yán)格的保護(hù)法和標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境保護(hù)直接約束企業(yè)的經(jīng)營(yíng)行為，有無(wú)良好的環(huán)境保護(hù)性已成為國(guó)際市場(chǎng)上產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
本次設(shè)計(jì)的手推式鏟雪車(chē)中沒(méi)有采用任何具有對(duì)環(huán)境有污染的零部件，齒輪主要采用人工潤(rùn)滑方式，不會(huì)造成很大的環(huán)境污染，同時(shí)設(shè)計(jì)采用的是EM100的汽油機(jī)作為動(dòng)力源，其外殼加護(hù)橡膠材料，減少了汽油機(jī)的震動(dòng)污染和噪音污染。
此次設(shè)計(jì)中所選用的材料均為標(biāo)準(zhǔn)件和可回收資源，當(dāng)鏟雪車(chē)不能使用時(shí)可將其零件回收重復(fù)利用，加大了材料的再利用率。
結(jié)論
本次設(shè)計(jì)在一個(gè)學(xué)期的努力下終于完成設(shè)計(jì)、繪圖、校核。在這一過(guò)程中，學(xué)到了很多，比如在SolidWorks中如何進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，如何去設(shè)計(jì)校核產(chǎn)品的零部件，如何對(duì)比分析方案的優(yōu)劣，進(jìn)而確定出合適的方案。實(shí)踐出真理，只有通過(guò)長(zhǎng)期的做設(shè)計(jì)才能真正意義上的掌握理論知識(shí)。以前對(duì)渦輪蝸桿的認(rèn)知過(guò)少，過(guò)于感性，通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，讓我從理性的思維上認(rèn)識(shí)了它。
本次所設(shè)計(jì)的手推式鏟雪車(chē)主要包含以下幾方面：
（1） 對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，提出有效合理的方案及工作原理；
（2） 完成對(duì)各工作機(jī)構(gòu)的尺寸、結(jié)構(gòu)；
（3） 繪制出各個(gè)結(jié)構(gòu)的二維、三維圖。
（4） 做出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)分析。
參考文獻(xiàn)
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致謝
本論文是在我的導(dǎo)師馬宗民教授的悉心指導(dǎo)下完成的。
在這一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，馬老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的治學(xué)態(tài)度和豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)令我受益非淺。并使我學(xué)到了許多進(jìn)行科學(xué)研究的有益方法。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，機(jī)械學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)教研組的其他老師也給予我很多幫助，，在此向各位老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。
感謝大連大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的老師們?cè)谖宜哪甑拇髮W(xué)生活中，對(duì)我學(xué)習(xí)生活上的關(guān)懷和幫助。
在論文進(jìn)行過(guò)程中本設(shè)計(jì)小組的同學(xué)們也給予我多方面的支持和幫助。在此，謹(jǐn)向以上給與我指導(dǎo)和幫助的老師、同學(xué)們表示誠(chéng)摯的謝意。
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