小型手推式除雪機(jī)的設(shè)計【含23張CAD圖紙】

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This paper firstly analyses the physical and mechanical properties of snow compaction on the road, then access to a lot of information about this equipment at home and abroad.This design is provided by the gasoline engine.and power by the output shaft turn to output power, power is transmitted via a chain drive to drive other work. The project use a snowplow auger rotation to focus on crushing snow and throw the snow through the high-speed rotation of the impeller, the use of high-speed centrifugal force will push the snow bends, then the snow will hit the wall with the curved and be refracted out. Clear aim and the best results is cleaning snow is achieved. In this paper, a small hand-push snow throwers is considered about theoretical analysis and practical structural design analysis.At the same time, we draw some three-dimensional and two-dimensional solid modeling renderings with UG8.0 software engineering drawings .These snow throwers provide technical information for the domestic production . Key words：Small hand-push snow blower; The principle; 3D model; engineering drawing II 目錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 選題意義 1 1.2 國內(nèi)外除雪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2.1 國外除雪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2.2 國內(nèi)除雪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 除雪工具的分類 3 1.4 設(shè)計的任務(wù) 4 2 路面積雪特性的研究 5 2.1 積雪的物理性質(zhì) 5 2.1.1 雪的密度 5 2.1.3 雪的摩擦系數(shù) 6 3 小型手推式除雪機(jī)設(shè)計方案 7 3.1 總體方案及其比較 7 3.2 小型手推式除雪機(jī)的工作原理 7 3.2.1 基本結(jié)構(gòu) 7 3.2.2 工作原理 7 3.3 小型手推式除雪機(jī)基本結(jié)構(gòu)的確定 9 3.3.1 原動機(jī)的選擇 9 3.3.2 傳動方式的選擇 10 3.3.3 集雪裝置的設(shè)計 10 4 小型掃雪機(jī)的設(shè)計計算和校核 11 4.1 鏈傳動的計算 11 4.1.1 傳動鏈的設(shè)計步驟 11 4.1.2 鏈輪基本數(shù)據(jù)計算 13 4.2 傳動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核 14 4.2.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 4.2.2 軸的校核 17 4.3 蝸輪蝸桿減速裝置設(shè)計 18 4.3.1 選擇材料 19 4.3.3 按齒面接觸強(qiáng)度驗算 20 4.3.4 計算傳動的主要尺寸 21 4.3.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 23 4.3.6 驗算效率 23 4.4 攪龍軸的設(shè)計 24 4.5 攪龍葉片的設(shè)計 25 4.6 拋雪葉輪簡述 26 4.7 二維CAD裝配圖 27 5 小型手推式除雪機(jī)的三維造型 29 5.1 主要部件的裝配圖 29 5.1.1 傳動軸的裝配 29 5.1.2 執(zhí)行軸和支架的部分裝配 30 5.1.3 鏈條的裝配 31 5.2 小型手推式除雪機(jī)的總體造型 32 結(jié)論 33 致謝 34 參考文獻(xiàn) 35 附錄A 英文原文 36 附錄B 外文翻譯 50 IV 1 緒論 1.1 選題意義 我國的東北、華北、西北等北部的部分地區(qū)，冬季的積雪和冰常常造成嚴(yán)重的交通障礙，在有些路段如坡道、轉(zhuǎn)彎、交叉路口、機(jī)場跑道等，路面有積雪和積冰則影響更為嚴(yán)重，常常引發(fā)交通事故。冬季降雪覆蓋在路面上給人們的出行帶來諸多不便。 對于城市來說，積雪會給城市的道路交通帶來很大的麻煩，尤其是我國較寒冷的北方地區(qū)。我國北方氣候寒冷、溫差大、冬季時間持續(xù)較長，降雪量大，常常會引起滑車、交通事故、行人摔傷等一些不便，而環(huán)衛(wèi)工作人員在降大雪后都忙于清除主要路面的積雪，而對于一些小型機(jī)械行駛的路面，以及很少人行走的小區(qū)內(nèi)很難有效清理，這給過往的路人，居民帶來不便。特別的是在一些學(xué)校里、工廠里、企業(yè)院內(nèi)或居民小區(qū)內(nèi)的窄小路面上的積雪得不到環(huán)衛(wèi)工作人員的及時清除，給過往的行人，居民的戶外生活帶來不便，甚至?xí)l(fā)生安全事故。 就目前來說，我國對于小型的、較窄路面的清雪方式主要是依靠人力，通過用鐵鍬、掃帚等工具對積雪進(jìn)行處理，清雪的效率很低，浪費人們的很多寶貴時間。所以，這次畢業(yè)設(shè)計將針對小型路面積雪掃雪機(jī)的設(shè)備，為提高道路積雪的清掃效率，為過往的行人帶來更多的方便，同時減少不必要的事故發(fā)生，還能夠在大雪后為緊張的環(huán)衛(wèi)部門減輕一定的壓力，而設(shè)計一款小型掃雪機(jī)。本設(shè)計的目的在于設(shè)計一種小型低成本的除雪設(shè)備，可以廣泛用于各種小面積的除雪需求環(huán)境。 1.2 國內(nèi)外除雪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 國外除雪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 近幾十年來，國外的清雪機(jī)發(fā)展非常迅速，種類越來越多，各生產(chǎn)廠商在采用新技術(shù)、新材料、新工藝的同時，不斷提高產(chǎn)品的作業(yè)性能和操作性能，以適應(yīng)冬季清雪提出的更高要求，增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力。 在國外，最初的清雪機(jī)械是采用推土機(jī)或裝載機(jī)，利用其推土板和裝載斗將積雪集中在一起，這后來便發(fā)展成犁式清雪機(jī)。早在1943年日本就開始把V型犁安裝在載重卡車上清雪。經(jīng)過多年的發(fā)展，國外犁式清雪機(jī)已具有較高的技術(shù)水平。以俄羅斯新產(chǎn)品K0281222型犁式清雪機(jī)為例，這種清雪機(jī)基礎(chǔ)車采用MT328082型拖拉機(jī)，其功能有清雪、清除垃圾和砂堆，既可以用于街道、人行道的垃圾清除，也可用于公路和建筑工地的清雪。 圖1.1 美國Ariens掃雪機(jī) 1.2.2 國內(nèi)除雪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國對除雪機(jī)械的開發(fā)、生產(chǎn)較晚，尚處于起步階段。目前，我國的公路和城市道路冬季除雪大部分仍沿用傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方式，及人工作業(yè)和小型除雪機(jī)械相結(jié)合的方式，高速公路和一級公路開始使用大型專用除雪機(jī)械進(jìn)行冬季養(yǎng)護(hù)，但除雪機(jī)械在數(shù)量和品種規(guī)格上還很少，所用除雪設(shè)備基本上依賴進(jìn)口，機(jī)械化程度和總體水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。最近幾年，國內(nèi)一些廠家參照國外先進(jìn)技術(shù)研制了適合我國國情的各式清雪機(jī)。陜西高速公路管理局研制了FCX-1型清雪車；吉林省公路機(jī)械廠與原吉林工業(yè)大學(xué)共同開發(fā)了CB1500壓實冰雪清除車；重慶迪馬公司生產(chǎn)的DMT5160TYFl多功能清雪車配備有推雪鏟、滾刷、融雪劑散布機(jī)等裝置；哈爾濱雪狼清雪機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的CXL-ITID型清雪車可對雨雪薄冰具有很好的清除功能，對車輛碾壓過的2cm至8cm冰雪硬層能更有效的清除，是目前國內(nèi)理想的環(huán)保清雪車。哈爾濱天達(dá)科技有限公司研制的P2400拋雪式清雪車，前置組裝式螺旋風(fēng)扇拋揚結(jié)構(gòu)，拋雪方向在足夠方位內(nèi)任選，是厚雪清除、拓寬道路、搶險救災(zāi)的理想設(shè)備。 圖1.2 破冰除雪機(jī) 1.3 除雪工具的分類 目前，各國普遍采用的除雪方法是機(jī)械除雪法和融雪法兩種基本方法。機(jī)械除雪法是通過機(jī)械對冰雪的直接作用而解除冰雪危害的一種方法,除雪機(jī)械包括除雪機(jī)和除冰機(jī)兩種。 根據(jù)掃雪機(jī)工作原理的不同，可以將掃雪機(jī)分為推移式類型、拋雪式類型和吹雪式類型： 推移式掃雪機(jī)：推雪鏟刀，掃雪犁等裝置是安裝在大型的車輛上，如推土機(jī)，來將雪推走，留出行走的通道，然后再用其他的車輛將堆雪拉走。它的缺點是這種掃雪機(jī)只能夠?qū)⒎e雪推到路邊，而沒有集雪、拋雪的能力，只適合用于新鮮的雪或破碎之后的冰雪，清理的效率低，很容易劃傷地面，并且耗費時間較多。 拋雪式掃雪機(jī)：先收集積雪，再利用拋雪泵將積雪拋到路邊或拋上運輸車輛。其中最為常見的是螺旋式掃雪機(jī)類型。 吹雪式掃雪機(jī)：利用航空發(fā)動機(jī)來產(chǎn)生強(qiáng)大的高壓空氣流，再由噴口吹出來清除地面上的積雪。吹雪式掃雪機(jī)的運行速度高，生產(chǎn)率高，成本也很高，它的缺點是只適用于新鮮的雪，只能夠在機(jī)場、橋梁和高速路上使用，不適合于開發(fā)小型產(chǎn)品。 根據(jù)工作方法的不同，掃雪機(jī)有拋雪式、傳送式類型： 一、拋雪式掃雪機(jī)：葉片高速旋轉(zhuǎn)時將雪旋進(jìn)掃雪機(jī)里，再通過導(dǎo)管運送到儲雪箱中。它的特點是：采用大功率的主機(jī)，寬幅、高效，使用比較廣。 二、傳送式掃雪機(jī)：先將積雪收集，再利用輸送帶向后傳送、裝車。這種掃雪機(jī)在俄羅斯內(nèi)比較常見。 1.4 設(shè)計的任務(wù) 本課題預(yù)設(shè)計一臺小型路面積雪清掃機(jī)。工作原理是掃雪機(jī)在工人的推行操作下，沿積雪路面將雪收集到儲雪筒中，雪在高速旋轉(zhuǎn)的葉片下通過拋雪桶，在拋雪葉片的作用下作離心運動而離開拋雪桶，最后被拋到路邊，完成清掃任務(wù)。這種清掃機(jī)主要適用于較窄的小路和工廠、學(xué)校、單位或住宅小區(qū)內(nèi)路面積雪的清掃工作，能實現(xiàn)集雪、儲雪、拋雪的功能，可以提高積雪的清掃效率。 在完成預(yù)想設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的方案構(gòu)想和主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對其主要的零件進(jìn)行計算和校核。 (1) 查閱相關(guān)除雪機(jī)的資料，弄懂積雪的物理性質(zhì)，根據(jù)查閱的數(shù)據(jù)，對不同地段不同時間不同溫度路面上的積雪的物理特性進(jìn)行研究與分析； (2) 查閱有關(guān)除雪機(jī)的國內(nèi)外資料進(jìn)行方案設(shè)計，和不同的方案進(jìn)行比較，選擇最優(yōu)，最后確定除雪機(jī)的基本設(shè)計方案； (3) 詳細(xì)地對除雪機(jī)的各個工作部分進(jìn)行設(shè)計，并確定掃雪機(jī)的基本尺寸，以及各部件之間的連接方式。 （4）繪制該除雪機(jī)的三維模型以及二維裝配圖、零件圖，完成后編寫該手推式除雪機(jī)的設(shè)計論文。 重要sex： 令設(shè)計參數(shù)為：清掃幅寬為1m，清掃積雪的厚度最大為200mm，積雪揚程為3m。 38 2 路面積雪特性的研究 2.1 積雪的物理性質(zhì) 要研究合適有效的除雪方法和裝置，首先要掌握積雪的物理性質(zhì)，再設(shè)計計算除雪機(jī)械的除雪阻力、除雪功率等相關(guān)問題。 隨著天氣溫度的變化、積雪落下時間的長短，以及由于車輛行駛、除雪作業(yè)及水分介入等因素作用，積雪的物理性質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的變化。 積雪的主要物理性質(zhì)包括：雪的密度、雪的硬度、雪的摩擦系數(shù)等等。 2.1.1 雪的密度 雪的密度直接決定了掃雪車的設(shè)計和使用方法。因為雪是由水固化而來的，所以雪的密度值為積雪融化之后，雪水的質(zhì)量和融化前積雪的體積的比值。雪的密度的變化范圍為：0．07~~0．79g／cm3。而其它的資料數(shù)據(jù)考察為：0．019g／cm3~~0．89g／cm3之間。雪密度的不同，因其降落的條件、沉積的條件和測量的方法等等因素而有差異[8]。由于我國的降雪條件和俄羅斯比較相符，因此有關(guān)雪質(zhì)的選擇，較多地選在0．019g／cm3~~0．89g／cm3這個范圍內(nèi)。許多外國的學(xué)者對不同條件下積雪的密度進(jìn)行了綜合的測量與分析，得出以下的結(jié)論： (1) 雪的密度隨著雪沉積的時間的增大而增大，并且平均每個月的增加量大約為：10％～20％； 表2.1 雪的密度與時間的關(guān)系 雪的狀態(tài) 密度／g·cm-3 新降雪 0．10—0．15 30天后的雪 0．20—0．30 多于30天后的雪 0．34一0．42 密實的雪 0．40—0．60 冰雪混合 0．60—0．75 冰 0．90 (2)雪的密度隨著雪的沉積深度的增加而變大。對于沉積兩個月之久的山坡上的積雪，深度為20cm的積雪的密度為0．3~~0．329g／cm3，而相同的地點深度為0．1～0．2cm的積雪的密度則變?yōu)?．6~~0．649g／cm3； (3)新降下的雪的密度隨著降落的時間長短的不同而不同，其測量的結(jié)果如表2.1所示； (4)新降下的雪的密度和當(dāng)時的溫度也有一定的關(guān)系，其關(guān)系如表2.2所示。 表2.2 新降下的雪的密度和當(dāng)時的溫度的關(guān)系 降雪時的氣溫／ o C 新降下的雪的密度／g．cm-3 最小值 最大值 平均值 -10～-5．1 0．011 0．295 0．087 -5．1～-2．1 0．035 0．258 0．104 -2．1～-0．1 0．043 0．455 0．128 0～+2．0 0．069 0．529 0．183 +2．0以上 0．158 0．588 0．196 2.1.2 雪的硬度 雪的硬度也可以稱為雪的抗壓強(qiáng)度，其意義是指積雪在抵抗其他的物體進(jìn)入本身時的最大能力[9]。表示方法為：進(jìn)入積雪內(nèi)的剛體的單位面積上所受到的來自積雪的阻力。掃雪車設(shè)計時計算的重要參數(shù)包括雪的抗壓強(qiáng)度。由測量得知，雪的抗壓強(qiáng)度因環(huán)境的不同而不同。 積雪抗壓強(qiáng)度特征： (1) 一般情況下積雪的抗壓強(qiáng)度會隨著雪的密度的增大而增大。 (2) 雪的抗壓強(qiáng)度也與溫度有關(guān)，隨著溫度的降低而增大。 2.1.3 雪的摩擦系數(shù) 雪的摩擦系數(shù)有：雪的內(nèi)外摩擦系數(shù)、輪胎與冰雪路面的附著系數(shù)[10]。平常路面上在積雪之后，它的使用特性將會發(fā)生很大的改變。當(dāng)對冬季養(yǎng)護(hù)的道路的機(jī)器進(jìn)行計算時，必須得知道機(jī)器是沿著各種各樣的冰雪路面行走的滾動阻力系數(shù)和附著系數(shù)。而行駛阻力系數(shù)，由于它不僅產(chǎn)生摩擦，而且還擠壓雪，因此一般要比外摩擦系數(shù)大。 3 小型手推式除雪機(jī)設(shè)計方案 3.1 總體方案及其比較 方案一:利用吹風(fēng)的方式。利用鼓風(fēng)機(jī)里吹出的高速氣流將積雪吹到路邊。吹雪式的清雪車的運行速度較高，生產(chǎn)率高，缺點是只適用于新鮮的雪，不能夠?qū)簩嵉姆e雪或冰雪進(jìn)行清理，而且只能在機(jī)場、橋梁和高速路等等寬敞地上使用，成本價高，不適合用于小型地區(qū)。 方案二:隨著清雪車發(fā)展技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以利用清雪車前部的鏟子，來將積雪推到路的旁邊。推移式清雪車只能夠?qū)⒎e雪推到路邊，而不能儲備積雪，只適合用于新鮮的雪或破碎之后的雪，效率很低，對地面有很大的損傷。 方案三:依靠機(jī)械傳動來清理積雪。先由集雪器將積雪打碎，再通過高速旋轉(zhuǎn)的攪龍葉片運送到拋雪桶內(nèi)，最后由拋雪葉輪將積雪拋出，拋到路邊。螺旋轉(zhuǎn)子式清雪車的適用范圍比較廣，無論是對于松散的雪還是壓實的雪，清雪效果和清雪效率都要比之前的兩個方案好，而且這種方案設(shè)計，設(shè)計出的產(chǎn)品體積小、成本低，更適宜用于道路窄小的地方。 綜上，選用第三種方案。 3.2 小型手推式除雪機(jī)的工作原理 3.2.1 基本結(jié)構(gòu) 小型手推式除雪機(jī)主要包括：原動機(jī)、傳動裝置、集雪裝置、拋雪裝置、行走裝置和操作裝置等。原動機(jī)可以采用原動機(jī)機(jī)或發(fā)動機(jī)，而目前大多數(shù)采用的是汽油機(jī)或柴油機(jī)；集雪裝置是用來收集積雪的，主要采用的是推雪鏟和螺旋狀的攪龍葉片；拋雪裝置是將收集的積雪拋到路的一邊，主要的方式有拋雪葉輪和鼓風(fēng)機(jī)兩種；行走裝置是來實現(xiàn)機(jī)器的前進(jìn)，為手推式；操作裝置主要是通過人來控制設(shè)備的運轉(zhuǎn)工作。 3.2.2 工作原理 工作時由原動機(jī)提供動力，經(jīng)由鏈傳動將動力傳遞到工作部分。積雪由集雪裝置收集到一個腔體內(nèi)，再由拋雪裝置清除出機(jī)體，拋雪葉輪利用高速旋轉(zhuǎn)時的離心力將積雪拋出。這樣在人力推動(手推式)下，清雪車不斷前進(jìn)，就能實現(xiàn)連續(xù)的清除積雪。小型機(jī)械清雪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.1所示： 圖3.1 小型機(jī)械清雪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 本設(shè)計通過利用攪龍旋轉(zhuǎn)將雪集中向后推送，再利用離心式葉片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的作用力將雪高速推向彎管，再通過和彎管壁撞擊折射揚出彎管，從而達(dá)到除雪目的。 動力傳遞過程為：發(fā)動機(jī)→傳動軸→渦輪蝸桿減速器→驅(qū)動軸→攪龍 1. 攪龍 2. 清雪鏟3. 拋雪筒 4. 傳動系統(tǒng) 5. 發(fā)動機(jī) 6. 操作裝置 7. 車輪 8. 車架9. 拋雪輪 圖3.2 掃雪機(jī)結(jié)構(gòu)圖 3.3 小型手推式除雪機(jī)基本結(jié)構(gòu)的確定 3.3.1 原動機(jī)的選擇 因為掃雪機(jī)主要是用于較窄的小路和工廠、學(xué)校、單位或住宅小區(qū)內(nèi)，所以動力機(jī)的體積不能過大，因此選用汽油機(jī)。 本次設(shè)計的參數(shù)為：每小時的掃雪量1000 ，積雪的密度250kg/m，積雪的厚度20cm，因此每小時的掃雪量為： 1.0×103m2×0.2m×250㎏/m3＝5.0×kg (3.1) 利用拋雪葉輪拋雪，其數(shù)據(jù)為：拋雪揚程3m，雪排出的初速度4m/s，因此排雪消耗的功率為： m·g·h／t＝5.0×10kg×10N/kg×3m/s÷3600=416.66w (3.2) 集雪攪龍葉片旋轉(zhuǎn)時受到積雪的阻力作用，阻力矩m=20N·m，攪龍轉(zhuǎn)速l2r/s，因此集雪攪龍消耗的功率為： 20N·m×2×3.14×1 r/s=251.2w (3.3) 掃雪機(jī)工作時要克服本身的重量200kg，路面的摩擦系數(shù)0.2，前進(jìn)速度lm/s，因此前進(jìn)時消耗的功率為： 200kg×10N/kg×0.2×lm/s=400w (3.4) 綜上，掃雪機(jī)消耗的總功率為： 416.66w+251.2w+400w=1067.86w (3.5) 根據(jù)以上的設(shè)計要求，對動力源選型。考慮到掃雪車在工作時可能遇到踏實的積雪，所以選用功率稍大的發(fā)動機(jī)，以來滿足不同的工作狀況下的需要。根據(jù)以上數(shù)據(jù)的分析以及考慮到功率的磨損消耗情況，選用EM100汽油機(jī)： 發(fā)動機(jī)型號：EM100 發(fā)動機(jī)型式：單缸、風(fēng)冷、四沖程 缸的容積：163cm3 排量：87ml 最大輸出：2.2kw/2500r/min 凈重：27kg 3.3.2 傳動方式的選擇 首先由汽油機(jī)提供掃雪機(jī)所需要的動力，經(jīng)過鏈傳動將動力傳輸給傳動軸，傳動軸將動力傳輸給拋雪葉輪，并通過蝸輪蝸桿減速將動力傳輸給攪龍葉片。行走動力來源于手推。 3.3.3 集雪裝置的設(shè)計 因為積雪要被運送到拋雪桶內(nèi)再拋出，所以要把積雪往集雪桶的中央聚攏，因此螺旋集雪轉(zhuǎn)子是由兩個旋向相反的螺旋軸對接而成的，攪龍葉片隨著螺旋軸來螺旋旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到集雪的目的。設(shè)計中采用的是帶狀螺旋集雪葉輪，這樣的設(shè)計能夠?qū)Ψe雪有很好的破碎作用，不至于再積雪較多的時候發(fā)生堵塞儲雪桶的情況。螺旋軸和攪龍葉片的基本機(jī)構(gòu)如下圖3.3所示： 圖3.3 螺旋軸和攪龍葉片的基本機(jī)構(gòu) 由上所述形式的集雪裝置把切雪、碎雪、集雪、拋雪、運雪幾大功能于一身， 具有有效的清雪效果。左右兩邊的攪龍旋向相反，能夠?qū)蛇叺姆e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。考慮到積雪具有一定的粘性且較易堆積，所以集雪螺旋使用的是絞龍式螺旋葉片。絞龍式螺旋葉片是螺旋式掃雪機(jī)的主要掃雪執(zhí)行部件，它的主要參數(shù)有螺旋的外徑、帶寬、頭數(shù)、螺距、螺旋的長度及轉(zhuǎn)速等等，掃雪機(jī)的除雪效率和積雪的除凈度與這些參數(shù)的選擇有直接的關(guān)系。 4 小型掃雪機(jī)的設(shè)計計算和校核 4.1 鏈傳動的計算 4.1.1 傳動鏈的設(shè)計步驟 與帶傳動、齒輪傳動相比，鏈傳動的主要特點是：沒有彈性滑動和打滑，能保持準(zhǔn)確的平均傳動比，傳動效率較高（封閉式鏈傳動傳動效率=0.95～0.98）；鏈條不需要象帶那樣張得很緊，所以壓軸力較?。粋鬟f功率大，過載能力強(qiáng)；能在低速重載下較好工作；能適應(yīng)惡劣環(huán)境如多塵、油污、腐蝕和高強(qiáng)度場合。但鏈傳動也有一些缺點：瞬時鏈速和瞬時傳動比不為常數(shù)，工作中有沖擊和噪聲，磨損后易發(fā)生跳齒，不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動中應(yīng)用。 通過各個傳動方式優(yōu)缺點的比較，在惡劣環(huán)境下工作的掃雪機(jī)上由汽油機(jī)到傳動軸之間的傳動方式選用鏈傳動，在掃雪機(jī)的結(jié)構(gòu)中占有很重要的份重，因此，要對其進(jìn)行設(shè)計計算。 1、選擇鏈輪的齒數(shù) 和確定傳動比i 小鏈輪齒數(shù)少，可減少外廓尺寸，但齒數(shù)過少，會增加運動的不均勻性和動載荷；鏈條在進(jìn)入和退出嚙合時，鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角增大；鏈傳動的圓周增大，從整體上加速鉸鏈和鏈輪的磨損。對于高速傳動或承受沖擊載荷的鏈傳動，不少于25，且鏈輪齒應(yīng)淬硬。鏈輪的齒數(shù)也不宜過多，通常限定鏈輪的最大齒數(shù)，一般不大于114。 傳動比過大，鏈條在小鏈輪上的包角就會過小，參與嚙合的齒數(shù)減少，每個輪齒承受的載荷增大，加速輪齒的磨損，且易出現(xiàn)跳齒和脫鏈現(xiàn)象。一般鏈傳動的傳動比。 綜上所述傳動比設(shè)為，由于高速傳動，z1 不小于25，由《機(jī)械設(shè)計》課本查得小鏈輪齒數(shù)z1=25， 則大連輪齒數(shù)為： (4.1) 符合要求 2、計算當(dāng)量的單排鏈的計算功率 因為鏈傳動工作平穩(wěn)，由《機(jī)械設(shè)計》課本查表選擇傳動系數(shù)為 KA=1.3 ，齒數(shù)系數(shù)，多排鏈系數(shù)，計算功率為： (4.2) 式中：——工作系數(shù)； ——主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)； ——多排鏈系數(shù)； P——傳遞的功率，。 3、確定鏈條的型號和節(jié)距p 鏈條型號根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計算功率和主動鏈輪轉(zhuǎn)速由《機(jī)械設(shè)計》 圖9-11得到。然后由表9-1確定鏈條節(jié)距p。 根據(jù)鏈輪的轉(zhuǎn)速和，查表選擇： 鏈條的型號為鏈號06B，節(jié)距p=9.525mm 4、 計算鏈的節(jié)數(shù)和中心距 初選中心距為： 初選中心距 =（30~50）p= 35p (4.3) 確定的中心距為： =233.38mm (4.4) 其中 ≈234㎜ 得鏈節(jié)數(shù)為： (4.5) 因此，鏈長節(jié)數(shù)為：L p =94節(jié) 最大中心距： （4.6） 查《機(jī)械設(shè)計》表9-7得： 經(jīng)計算得：㎜ 考慮總體裝配時尺寸相互之間的配合，令中心距，鏈節(jié)數(shù) 5、計算鏈速v,確定其潤滑方式 鏈的平均速度為： m/s (4.7) 由于v小于12~15m/s， 因此，可用。 由v=9.922m/s和鏈號06B，查《機(jī)械設(shè)計》課本圖9-14得應(yīng)采用油池潤滑或油盤飛濺潤滑。 6、計算壓軸力Fp 有效的圓周力為 N (4.8) 鏈輪水平布置時的壓軸力系數(shù) ，則其壓軸力為： N （4.9） 式中：——有效圓周力，； ——壓軸力系數(shù)，對于水平傳動；對于垂直傳動。 4.1.2 鏈輪基本數(shù)據(jù)計算 鏈條型號為06B，查《機(jī)械設(shè)計》表9-1滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù)得：節(jié)距，滾子直徑，內(nèi)鏈接內(nèi)寬，銷軸直徑，內(nèi)鏈板高度，排距，單排抗拉載荷為8.9kN 1、小鏈輪的主要尺寸 分度圓直徑： （4.10） 齒頂圓直徑： （4.11） （4.12） 齒根圓直徑： （4.13） 2、大鏈輪的主要尺寸 分度圓直徑： （4.14） 齒頂圓直徑： （4.15） （4.16） 齒根圓直徑： （4.17） 4.2 傳動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核 軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件（如齒輪、渦輪等），都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運動以及動力的傳遞。因此軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。 傳動軸是掃雪機(jī)構(gòu)傳動的重點，動力由汽油機(jī)輸出后直接通過鏈輪將動力傳向傳動傳動軸，帶動傳動軸上的螺旋槳高速轉(zhuǎn)動的同時還要連接渦輪蝸桿轉(zhuǎn)動并將動力傳給攪龍軸，以此實現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)變和動力的傳送。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，其設(shè)計過程如下： 軸的工作情況：無腐蝕條件 汽油機(jī)軸的轉(zhuǎn)速：n1=2500r/min 軸的輸入功率： P1=P=2.2kW （4.18） 轉(zhuǎn)矩： （4.19） 軸選用實心軸，材料：45，正火、回火 ； 硬度（HB）： 230MPa，抗拉強(qiáng)度：600MPa 4.2.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 按照扭矩初算軸徑，軸選用45鋼調(diào)質(zhì)，硬度HBS317-255。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》查表得，c=118 1、求輸出軸上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 輸入功率：2.2kw，查課本《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》，傳動鏈為開式，取鏈傳動的傳動效率為：， 則 ： （4.20） 同時又因為 （4.21） 所以 （4.22） 2、求出作用在鏈輪上的力 因為已知鏈輪的分度圓直徑為106mm 所以圓周力 （4.23） 3、初步確定出軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 查《機(jī)械設(shè)計》表15-3得， 取=112，于是得 （4.24） 因為要考慮到安裝的鏈輪的內(nèi)徑，所以選取輸出軸的最小直徑為12mm，=12mm。 4、根據(jù)軸向的定位要求來確定軸的各段直徑和長度 圖4.1軸的各段直徑和長度 各段的直徑和長度見上圖4.1 5、初步選擇深溝球軸承 因軸承主要承受徑向載荷的作用，也可同時承受較小的軸向載荷的作用，故選用深溝球軸承6306，與蝸桿相連接部分的選擇6301 。 4.2.2 軸的校核 因為軸的轉(zhuǎn)速較高所以要對該軸進(jìn)行校核，以保證掃雪機(jī)的整體質(zhì)量。由發(fā)動機(jī)傳到傳動軸，效率為0.92，轉(zhuǎn)速為1786r/min。 1、求軸上的功率p和轉(zhuǎn)矩T 由公式（4.20）得，由公式（4.22）得 2、求作用在軸端的力 已得軸端的分度圓直徑為d=30mm f===1082.2N （4.25） F=f=1082.2×= 394.496N （4.26） F=ftan=1082.2×tan3.18=60.125N （4.27） 圓周力F 徑向力 和軸向力F ： L =50㎜ L=750㎜ 3、求軸上的載荷 （4.28） （4.29） （4.30） （4.31） 又因為 （4.32） 由計算可知，軸端位子是最危險的截面，計算其M，M，M，其數(shù)值如表4.1所示： 表4.1 M，M，M的計算數(shù)值 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 T=11470N 4、按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 取=0.6，軸上的應(yīng)力計算 ===1.4Mpa （4.33） 軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，查的[]=60 M pa,因此＜[]，故安全。 4.3 蝸輪蝸桿減速裝置設(shè)計 由于汽油機(jī)傳出的轉(zhuǎn)速較高，而掃雪機(jī)的行走速度需要根據(jù)人正常行走速度而確定，所以需要減速器來減小傳動軸傳送的轉(zhuǎn)速。因為所設(shè)計的掃雪機(jī)容積量有限，所以需要一個小型的減速器來減速。結(jié)合著減速器的優(yōu)缺點，選取渦輪蝸桿減速器。 渦輪蝸桿減速器因為傳動比比較大，零件的數(shù)目少，因而結(jié)構(gòu)緊湊。在渦輪蝸桿的傳動中，因為蝸桿齒是連續(xù)著不斷地螺旋的齒，它和渦輪齒是逐步進(jìn)入及逐步的退出嚙合的，而且同時嚙合的齒對數(shù)又比較多，所以沖擊載荷較小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。而當(dāng)蝸桿的螺旋線升角不大于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿傳動便具有自鎖性。 設(shè)計的機(jī)構(gòu)中蝸桿作為動力輸入端，安裝在渦輪的下方。 4.3.1 選擇材料 考慮到蝸桿傳動功率不大，速度中等，故蝸桿采用45鋼；因希望效率高些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，表面硬度45~50HCRC。渦輪采用鑄錫磷青銅ZCuSn10Pb1，金屬型鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。 4.3.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，計算出蝸輪蝸桿的主要參數(shù)和幾何尺寸 1、確定作用在渦輪上轉(zhuǎn)矩 （4.34） = 9.55×106 = 2、確定載荷系數(shù)K 因為工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計》表11-5選取使用系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速沖擊不高，可取動載荷系數(shù)。 則： 3、確定彈性系數(shù)： 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故ZE =160 4、 確定接觸系數(shù) 接觸系數(shù)查《機(jī)械設(shè)計》圖11-18得 5、確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，螺桿螺旋齒面硬度大于45 HRC，可從《機(jī)械設(shè)計》表11-7中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力。 設(shè)蝸輪蝸桿的壽命為120000 h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （4.35） 壽命系數(shù)（4.44） 則 （4.36） 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 6、初定中心距、模數(shù)、倒程角 由閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，代入數(shù)據(jù)到下面公式， （4.37） 計算得 取中心距，因為，故從《機(jī)械設(shè)計》表11-2中取模數(shù)，螺桿分度圓直徑，這時，從《機(jī)械設(shè)計》課本圖11-18中可查得接觸系數(shù)，因為，因此以上計算結(jié)果可用。 直徑系數(shù)，分度圓導(dǎo)程角，變位系數(shù) 4.3.3 按齒面接觸強(qiáng)度驗算 公式為： （4.38） = （4.39） =30.3<35mm ( 原參數(shù)強(qiáng)度足夠） 4.3.4 計算傳動的主要尺寸 中心距 （4.40） 1、 蝸桿主要尺寸 蝸桿的分度園直徑 圖4.2 蝸桿三維圖 蝸桿齒頂圓直徑 （4.41） 蝸桿齒根圓直徑 （4.42） 蝸桿軸向齒距 （4.43） 蝸桿導(dǎo)程 （4.44） 蝸桿齒頂高 （4.45） 蝸桿齒頂圓 （4.46） 蝸桿齒高 （4.47） 蝸桿輪齒螺紋部分長度 （4.48） 得 ： =20mm 2、渦輪主要尺寸 渦輪分度圓直徑 (4.49) 圖4.3蝸輪三維圖 渦輪喉圓直徑 (4.50) 渦輪齒根圓直徑 (4.51) 渦輪外圓直徑 (4.52) 渦輪輪齒寬度 (4.53) 取 渦輪齒寬 (4.54) 4.3.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 （4.55） 當(dāng)量齒數(shù) 根據(jù)，，從《機(jī)械設(shè)計》課本圖11-19中可查的齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù) 齒形系數(shù)查表得， 螺旋角系數(shù) 極限彎曲應(yīng)力查表得， 許用彎曲應(yīng)力 (4.56) 從《機(jī)械設(shè)計》表11-8中查得由鑄錫磷青銅ZCuSn10Pb1制造的渦輪的基本許用彎曲應(yīng)力 壽命系數(shù) 彎曲應(yīng)力： 彎曲強(qiáng)度滿足設(shè)計要求 4.3.6 驗算效率 （4.57） 已知；；與相對滑動速度有關(guān) （4.58） 從《機(jī)械設(shè)計》課本，表11-18中用插值法查得、；代入式（4.57）得，大于原估計值，因此不用重算。 4.4 攪龍軸的設(shè)計 攪龍軸是掃雪機(jī)集雪時運轉(zhuǎn)的中心，在機(jī)構(gòu)設(shè)計中不可小視。通過連接渦輪和裝有旋向不同的螺旋葉片的圓筒來實現(xiàn)其功能。軸的中間與渦輪相連接，依次往兩邊通過軸承固定在箱體上，最后連接圓筒，使整個機(jī)構(gòu)運轉(zhuǎn)順暢。 軸的設(shè)計： 軸的工作情況：無腐蝕條件 軸的轉(zhuǎn)速 圖4.4執(zhí)行軸各段分布 軸輸入功率 （4.59) 轉(zhuǎn)矩 T=9.55106 （4.60） =9.55106 =2.37 軸是實心軸，材料：45 ，正火、回火。 軸上各部分具體數(shù)值分布見圖4.4所示。 4.5 攪龍葉片的設(shè)計 攪龍葉片是掃雪機(jī)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對集雪工作有很大的影響效果。 實際中攪龍葉片的設(shè)計和安裝都比較困難，因為動力輸入到攪龍軸的中間部分，同時攪龍也要將積雪向中間收攏并向后輸送，所以，左右兩邊的攪龍葉片旋向相反，且葉片要選用耐磨耐腐材料。 螺旋葉片的設(shè)計參數(shù)：節(jié)距P、葉片內(nèi)徑d、葉片外徑D。 節(jié)距P：相鄰兩葉片上對應(yīng)點間的軸向距離； 葉片內(nèi)經(jīng)d：等于空心圓筒的外徑，可從圓筒上直接量??； 葉片外徑D：根據(jù)設(shè)計尺寸來定。 一般情況下，葉片是攪龍上易損的部分。開始階段，葉片的外側(cè)被磨成刃口狀，這時并不會影響其工作性能。但慢慢地葉片的外徑越磨越小，直至無法運輸，嚴(yán)重影響運轉(zhuǎn)以及集雪效果。 再者，同一根軸上葉片的磨損速度和程度也不一樣，旋轉(zhuǎn)處于無序狀態(tài)時，對葉片的磨損最為嚴(yán)重（尤其是負(fù)載較大或使用次數(shù)過多時）。根據(jù)調(diào)查得知，往往一根軸上只有一端的三五片葉片需要更換，而由此廢棄整根軸很可惜，因此，我們將攪龍葉片設(shè)計成可以互換的，就可以不用棄掉整個完好的軸，從而大大減少成本。 攪龍葉片的尺寸可通過計算得出： 通過設(shè)計，已知，，。通過以下公式計算絞龍螺旋葉片的尺寸。 外螺旋線實長 （4.61） 內(nèi)螺旋線實長 （4.62） 葉片高 （4.63） 葉片展開里口徑 （4.64） 圖4.5 絞龍螺旋葉片正視圖 切口角度 （4.65） 切口弦長 （4.66） 4.6 拋雪葉輪簡述 離心葉輪的葉片形狀有單板型、圓弧型和機(jī)翼型等幾種。機(jī)翼型葉片具有良好的空氣動力學(xué)特性，效率高、強(qiáng)度好、剛度大。其缺點是，制造工藝復(fù)雜，并且當(dāng)輸送含塵濃度高的氣體時，葉片容易磨損，葉片磨穿后，雜質(zhì)進(jìn)入葉片內(nèi)部，使葉輪失去平衡而產(chǎn)生振動。平板型直葉片制造簡單，但流動特性較差，而平板曲線后向葉片與翼型葉片相比，除高最效率點附近效率低些外，其它工況點的效率是相當(dāng)接近的。 采用平板型葉片的離心葉輪較多。 葉輪的常用材料鑄鐵，青銅，不銹鋼，錳青銅，蒙乃爾合金，INCONEL, 及非金屬材料。本零件材料選擇鑄鐵。 由于該葉輪要長期與空氣水等相接處，需要在其表層涂上防腐蝕涂鍍。非晶鍍鎳—磷(Ni-P)合金是近幾年比較成功的一種表面防腐涂鍍方法。由于理想的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)和鍍層的合金特性,避免了晶界腐蝕和晶界缺陷,鍍層硬度為HRC50～70的Ni-P合金鍍層耐腐蝕、耐磨損及對鹽酸、硫酸、磷酸和燒堿的耐蝕性強(qiáng)。 4.7 二維CAD裝配圖 裝配圖是表達(dá)機(jī)器或部件的圖樣，主要表達(dá)其工作原理和裝配關(guān)系。在機(jī)器設(shè)計過程中，裝配圖的繪制位于零件圖之前，并且裝配圖與零件圖的表達(dá)內(nèi)容不同，它主要用于機(jī)器或部件的裝配、調(diào)試、安裝、維修等場合，也是生產(chǎn)中的一種重要的技術(shù)文件。 圖4.6 小型手推式除雪機(jī)二維總裝圖 裝配圖一般應(yīng)包括以下幾方面內(nèi)容：（1）心要的視圖：用于正確、完整、清晰地表達(dá)裝配體的工作原理、零件的結(jié)構(gòu)形狀及零件之羊的裝配關(guān)系；?（2）必要的尺寸：根據(jù)裝配圖的作用表明，在裝配圖中只需標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器或部件的性能（規(guī)格）尺寸、裝配尺寸、安裝尺寸、整體外形尺寸等；?（3）技術(shù)要求：指在用視圖難于表達(dá)清楚的技術(shù)要求，通常采用文字和符號等補(bǔ)充說明機(jī)器或部件的加式、裝配方法、檢驗要點和安裝調(diào)試手段表面油漆包裝運輸?shù)燃夹g(shù)要求，技術(shù)要求應(yīng)該工整地注寫在視圖的右方或下方；（4）零部件的編號（序號）明細(xì)表和標(biāo)題欄：為便于查找零件，裝配圖中每一種零部件均應(yīng)編一序號，并將其零件名稱圖號、材料、數(shù)量等情況填寫在明細(xì)表和標(biāo)題欄的規(guī)定欄目中，同時要填寫好標(biāo)題欄，方便于生產(chǎn)圖樣的管理。 在產(chǎn)品或部件的設(shè)計過程中，一般是先設(shè)計畫出裝配圖，然后再根據(jù)裝配圖進(jìn)行零件設(shè)計，畫出零件圖；在產(chǎn)品或部件的制造過程中，先根據(jù)零件圖進(jìn)行零件加工和檢驗，再按照依據(jù)裝配圖所制定的裝配工藝規(guī)程將零件裝配成機(jī)器或部件；在產(chǎn)品或部件的使用、維護(hù)及維修過程中，也經(jīng)常要通過裝配圖來了解產(chǎn)品或部件的工作原理及構(gòu)造。 5 小型手推式除雪機(jī)的三維造型 通過UG8.0對小型手推式除雪機(jī)進(jìn)行三維造型，首先根據(jù)CAD零件圖標(biāo)出的數(shù)據(jù)畫出所對應(yīng)的三維零件圖，將所有零件三維圖全部畫出，然后對三維零件圖進(jìn)行裝配約束。 　　裝配設(shè)計是UG NX 8中集成的一個重要的應(yīng)用模塊。裝配表達(dá)機(jī)器或部件的工作原理及零件、部件間的裝配關(guān)系，是機(jī)械設(shè)計和生產(chǎn)中的重要技術(shù)文件之一，并且在產(chǎn)品制造中裝配圖是指定裝配工藝流程、進(jìn)行裝配和檢驗的技術(shù)依據(jù)?？稍赨G NX 8裝配模塊中模擬真實的裝配操作，并可創(chuàng)建裝配工程圖，通過裝配圖來了解機(jī)器的工作原理和構(gòu)造。 5.1 主要部件的裝配圖 5.1.1 傳動軸的裝配 首先將傳動軸上的平鍵依次與之相對應(yīng)的鍵槽相約束，然后依次裝配軸承，大鏈輪，拋雪葉片，聯(lián)軸器，通過“接觸對齊”，“距離約束”，“同心”等約束工具對零件進(jìn)行相應(yīng)的約束。完成后裝配見圖5.1： 圖5.1傳動軸的零部件裝配 5.1.2 執(zhí)行軸和支架的部分裝配 按照相應(yīng)的步驟分別對執(zhí)行軸，支架進(jìn)行裝配約束，裝配完圖形詳見圖5.2和圖5.3 5.2 執(zhí)行軸零部件裝配 圖5.3 支架部分零件的組裝 5.1.3 鏈條的裝配 鏈傳動由兩個鏈輪和繞在兩輪上的中間撓性件——鏈條所組成?？挎湕l與鏈輪之間的嚙合來傳遞兩平行軸之間的運動和動力，屬于具有嚙合性質(zhì)的強(qiáng)迫傳動。其中，應(yīng)用最廣泛的是滾子鏈傳動。 滾子鏈的結(jié)構(gòu)由內(nèi)鏈板、外鏈板、銷軸、套筒和滾子組成。在UG ，分別將這幾個零件單獨建立模型，然后再進(jìn)行裝配，裝配成內(nèi)鏈節(jié)和外鏈節(jié)兩種形式。 鏈條的裝配在整個裝配過程中是個難點，因為鏈條是由單個