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摘要 本文在分析了目前國(guó)內(nèi)外的主要除雪方法的基礎(chǔ)上，提出一種適合中國(guó)國(guó)情的小型機(jī)械旋轉(zhuǎn)式掃雪機(jī)的設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)由汽油機(jī)提供動(dòng)力。經(jīng)輸出軸輸出動(dòng)力，通過鏈傳動(dòng)傳遞動(dòng)力，帶動(dòng)其他工作。該掃雪機(jī)的工程是利用攪龍旋轉(zhuǎn)將雪集中并向后推送，通過攪龍的向后推力及螺旋槳產(chǎn)生的吸力使其到達(dá)螺旋槳。由于螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大的作用力，雪被高速推向彎管，再通過與彎管壁撞擊折射出去。從而達(dá)到清除積雪的目的和最佳效果。 關(guān)鍵詞：除雪機(jī) ；攪龍 ；傳動(dòng)軸 Abstract After analyzing the various means of snow-clearings in the world at present, the project of a sort of snow-blower fit for China is put forward in this paper. Based on the theory study and applied structural design.This designis provided power by the petrol machine. It is outputted power by outputaxis, anddelivering power though a chain transmission, and arousing other work piece operations. Should in addition to the operate process of mini snow bloweris take advantage of stir revolution dragon to concentrate snow and push it backward, pass stir a dragon bckeward the vacuum force of thrust and aerofoil generate make it arrive aerofoil. Because of aerofoil with the top speed revolution generate enormous action force, and snow with top speed is pushed to the conduit bend, then collide with conduit bend wall and project out the conduit bend after refracting, thus hit the purpose Keywords: Snow-blower; auger；transmission shaft 27 目錄 摘要 I Abstract II 第一章 緒論 2 1.1 引言 2 1.2研究的目的和意義 3 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 5 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 5 2.2 總體方案及其比較 5 2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 2.4系統(tǒng)工作原理 2 2.5 原動(dòng)機(jī)的選擇 3 2.6 具體方案設(shè)計(jì) 4 2.6.1 動(dòng)力參數(shù) 4 2.6.2 傳動(dòng)方式的選擇 4 第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 5 3.1 鏈輪、鏈的設(shè)計(jì) 5 3.1.1鏈輪，鏈條參數(shù) 5 3.1.2 確定節(jié)距P 6 3.1.3 確定中心距a 6 3.1.4 驗(yàn)算鏈速 6 3.1.5 壓軸力FQ 6 3.2變速器的齒輪計(jì)算 6 3.2.1按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算 7 3.2.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 9 3.2.3 幾何尺寸計(jì)算 10 3.3 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核 12 3.3.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 3.3.2 軸的校核 14 3.4 減速器的選擇 16 3.4.1 按接觸強(qiáng)度計(jì)算 17 3.4.2 按齒面接觸強(qiáng)度驗(yàn)算 18 3.4.3 計(jì)算傳動(dòng)的主要尺寸 18 3.4.4 彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算 20 3.5集雪裝置的設(shè)計(jì) 20 3.5.1拋雪裝置的設(shè)計(jì) 21 3.5.2攪龍軸的設(shè)計(jì) 21 3.5.3攪龍葉片的設(shè)計(jì) 22 第四章 鍵的選擇與校核 24 4.1 選擇鍵鏈接的類型和尺寸 24 4.2 校核鍵連接的強(qiáng)度 24 第五章 結(jié)論 25 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 27 第一章 緒論 1.1 引言 中國(guó)有句古話叫做“瑞雪兆豐年” ，冬季一場(chǎng)大雪能帶來(lái)明年的好收成。但是積雪給城市交通帶來(lái)巨大的麻煩，尤其是在我國(guó)的東北，內(nèi)蒙古和一帶冬季道路積雪給車輛和行人帶來(lái)極大不便，甚至造成車禍，嚴(yán)重地影響了人們正常的生產(chǎn)和生活秩序，這已成為北方各個(gè)城市急需解決的問題。 目前我國(guó)清雪方法比較原始，主要是依靠人力，用鐵鍬和掃把清理積雪，這種方式不但浪費(fèi)了較大的人力和物力，而且清雪的效率低，往往不能及時(shí)清除積雪，而積雪被車輛壓實(shí)后更加難以清除。因此，尋找一種既有較高效率，成本又比較低的清雪方法就成為當(dāng)務(wù)之急。 目前，各國(guó)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(duì)冰雪的直接作用而解除冰雪危害的一種方法。 積雪按狀態(tài)可分成三種類型： (1) 松散雪，即降雪不久且未經(jīng)人員和車輛碾壓的雪，質(zhì)地松散；，體積大，流動(dòng)性好； (2)壓實(shí)雪，即降雪后經(jīng)人踩和車壓而形成的冰雪混合物，有不同程度的硬層，不易清除； (3)冰層，是積雪因陽(yáng)光暴曬或車輛碾壓融化成水后又凍結(jié)成冰，冰層中除水分外還有大量塵土和泥沙，質(zhì)地堅(jiān)硬，和地面粘接牢固。 所以除雪機(jī)械包括除雪機(jī)和除冰機(jī)兩種。根據(jù)工作原理的不同，除雪機(jī)可分為推移式、拋雪式和吹雪式三種。推移式除雪機(jī)是將推雪鏟刀，除雪犁等裝置安裝在推土機(jī)或其它車輛上，將雪推走，開出通道，然后用卡車將積雪運(yùn)走。這種方法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(shí)雪，效率較低，容易劃傷地面。拋雪式除雪機(jī)配有拋雪泵，將收集到的積雪拋到路邊或送入運(yùn)輸車輛。其中以螺旋式最為常見。吹雪式除雪機(jī)一般配備航空發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生強(qiáng)大的高壓空氣流由噴口吹除地面積雪。吹雪式除雪機(jī)運(yùn)行速度較高，有很高的生產(chǎn)率，但它只適用于新鮮雪，只能在機(jī)場(chǎng)、橋梁和高速路上應(yīng)用，成本很高，不適合開發(fā)小型產(chǎn)品 。 由以上兩種主要除雪方法的對(duì)比與分析，我們得出結(jié)論，除雪應(yīng)以機(jī)械除雪為主 1.2研究的目的和意義 我國(guó)的東北、華北和內(nèi)蒙東北部的部分地區(qū)，冬季的積雪和積冰常常造成嚴(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(chǎng)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(lái)諸多不便。傳統(tǒng)的人工除雪方式勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。北方城市往往采用專業(yè)的大型除雪機(jī)除雪，但是由于其購(gòu)置及使用成本高、工作幅寬大，往往只適用于城市馬路的清掃。而在中部及南方部分城市，由于一年中降雪的天數(shù)不多，往往不會(huì)配置除雪設(shè)備。本設(shè)計(jì)的目的在于設(shè)計(jì)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。 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 利用機(jī)械清雪是把人從繁重的掃雪工作中解放出來(lái)的一種最好的途徑，并大大提高了清雪效率和速度。因此，科學(xué)工作者一直在探索如何研制出安全、可靠和實(shí)用的清雪機(jī)械。 在國(guó)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(lái)發(fā)展成犁式除雪機(jī)。早在1943年日本就開始把V型犁裝在載重卡車上用于除雪，經(jīng)過多年的發(fā)展，國(guó)外犁式除雪機(jī)已具有較高的技術(shù)水平。犁式除雪機(jī)出現(xiàn)以后，又出現(xiàn)了將用合成材料制成的指向圓周不同方向排列的棒裝在滾筒上作為清雪專用器械，但只對(duì)沒凍的積雪效果好，直到后來(lái)出現(xiàn)了連續(xù)快速的大型旋轉(zhuǎn)式清雪機(jī)后，清理積雪的工作才變得簡(jiǎn)單。旋轉(zhuǎn)式除雪機(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(diǎn)。俄羅斯和日本是生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)式除雪機(jī)的主要國(guó)家，技術(shù)成熟。其產(chǎn)品性能居世界領(lǐng)先水平。除雪機(jī)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展了幾十年，特別是在瑞典、芬蘭等北歐國(guó)家已經(jīng)相當(dāng)成熟。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，國(guó)內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)雪的力學(xué)性質(zhì)研究，建立道路氣象系統(tǒng)，除雪機(jī)械應(yīng)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，同時(shí)注意提高安全性和舒適性。 簡(jiǎn)言之，與其它類型的除雪機(jī)械相比，拋雪式除雪機(jī)一般具有對(duì)積雪的切削、集中、推移和拋投功能，其應(yīng)用較廣，是一種現(xiàn)代化、高效率的除雪機(jī)械。國(guó)內(nèi)有關(guān)這方面的研究很少，據(jù)了解目前國(guó)內(nèi)沒有廠家在生產(chǎn)小型拋投式清雪機(jī)。所以對(duì)這種小型的清雪機(jī)的研究、設(shè)計(jì)和開發(fā)必然有很大的現(xiàn)實(shí)意義（1）。 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 冬季降雪覆蓋在路面上給人們的出行帶來(lái)諸多不便。傳統(tǒng)的人工除雪方式勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。北方城市往往采用專業(yè)的大型除雪機(jī)除雪，但是由于其購(gòu)置及使用成本高、工 作幅寬大，往往只適用于城市馬路的清掃。而在中部及南方部分城市，由于一年中降雪的天數(shù)不多，往往不會(huì)配置除雪設(shè)備。本設(shè)計(jì)的目的在于設(shè)計(jì)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（2）。 2.2 總體方案及其比較 方案一:利用吹風(fēng)的方式，從鼓風(fēng)機(jī)里吹出的高速氣流將積雪吹到路邊。吹雪式清雪車運(yùn)行速度較高，生產(chǎn)率高，缺點(diǎn)是只適用于新鮮雪，不能對(duì)壓實(shí)的積雪或冰雪進(jìn)行清理，并且只能在機(jī)場(chǎng)、橋梁和高速路等寬敞地上應(yīng)用，成本高，不適合用于小型地區(qū)。 方案二:隨著清雪車的不斷前進(jìn)，利用清雪車前部的鏟子，將積雪推到路的旁邊。推移式清雪車只能將積雪推到路邊，不能儲(chǔ)備積雪，只適用于新鮮雪或破碎后雪，效率低，對(duì)地面的損傷大。 方案三:機(jī)械傳動(dòng)，由集雪器先將積雪攪碎，再通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪運(yùn)到拋雪桶，最后被拋到路邊。螺旋轉(zhuǎn)子式清雪車適用范圍廣，無(wú)論是對(duì)松散雪還是壓實(shí)雪，清雪效果和效率都比前兩個(gè)方案好，而且這種方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品體積小、成本低，適用于道路窄小的地方。 綜上，選用第三種方案。 2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)選用第三方案，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2500r/min,車由人推動(dòng)，基于人行走速度限制，車輪轉(zhuǎn)速要求在50轉(zhuǎn)/min左右,而通常帶傳動(dòng)傳動(dòng)比要求不得大于7，通常選擇3到4越小越好，齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比范圍同帶傳動(dòng)，這樣總體就要降速，傳動(dòng)比達(dá)到50左右。 總體傳動(dòng)方案： 集雪器 攪龍 減速器 傳動(dòng)軸 鏈傳動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī) 鏈傳動(dòng) 車輪 錐齒輪減速器 2.4系統(tǒng)工作原理 工作時(shí)由原動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)由鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到工作部分。積雪由集雪裝置收集到一個(gè)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(shí)的離心力將積雪拋出；風(fēng)機(jī)葉片利用氣流將積雪吹出。這樣在人控制方向下，清雪車不斷前進(jìn)，就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的清除積雪。機(jī)械式掃雪機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如下： 原動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)裝置 車架 行走裝置 拋雪 裝置 集雪 裝置 積雪 圖2.1 掃雪機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 本設(shè)計(jì)通過利用攪龍旋轉(zhuǎn)將雪集中向后推送，再利用離心式風(fēng)機(jī)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(yáng)出彎管，從而達(dá)到除雪目的。 動(dòng)力傳遞過程為：發(fā)動(dòng)機(jī)→傳動(dòng)軸→渦輪蝸桿減速器→驅(qū)動(dòng)軸→攪龍 發(fā)動(dòng)機(jī)→傳動(dòng)軸→錐齒輪減速器→車輪軸→車輪 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 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. 車輪 8. 車架9. 拋雪輪 圖2.2 掃雪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2.5 原動(dòng)機(jī)的選擇 由于除雪機(jī)的主要使用于室外的小型路面，所以動(dòng)力機(jī)體積不能太大且不適用電動(dòng)機(jī)，我們選用微型汽油機(jī)。本課題的設(shè)計(jì)需求大約是每小時(shí)為1000m2，以積雪密度250Kg/m3,積雪厚度以30cm計(jì)算，每小時(shí)的掃雪量為： 1×103m2×0.2m×250kg/m3=50000kg 除雪機(jī)自重200kg，路面摩擦系數(shù)0.2，前進(jìn)速度v=1m/s，前進(jìn)消耗功率 200kg×10N×0.2×1m/s=400w 掃雪揚(yáng)程3米，雪拋出去初速度4m/s，排雪消耗功率 mgh/t=50000×10N×3m/s÷3600=416.66w 集雪絞龍旋轉(zhuǎn)受到積雪阻力作用，阻力矩m=20Nm，絞龍轉(zhuǎn)速10r/s，因此集雪消耗功率: 20N·m×2×3.14×10r/s=1256w 消耗總功率416.66w+1256w+400w=2072.66w 2.6 具體方案設(shè)計(jì) 2.6.1 動(dòng)力參數(shù) 根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，對(duì)動(dòng)力源選型?？紤]到除雪機(jī)在工作時(shí)可能遇到踏實(shí)的積雪，故選用功率稍大的發(fā)動(dòng)機(jī)，以滿足不同工作狀況下的需求。根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析以及考慮到功率的磨損消耗，選用EM100汽油機(jī)： 表2.1 EM100汽油參數(shù) 型號(hào) EM100 型式 單缸立式風(fēng)冷四沖程直噴式汽油機(jī) 排量（ml） 87 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min） 2500 燃油推薦 7#號(hào)汽油 機(jī)油容量（cm3） 163 啟動(dòng)方式 反沖手拉啟動(dòng)/電啟動(dòng) 重量（kg） 27 功率Kw 2 2.6.2 傳動(dòng)方式的選擇 首先由汽油 機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳給傳動(dòng)軸，經(jīng)過一個(gè)減速器和變速器分別將動(dòng)力傳給拋雪葉輪和攪龍，行走裝置。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 1、攪龍葉片 2 集雪斗 3 拋雪筒 4 拋雪葉輪 5 鏈傳動(dòng) 6 變速器 7 行走裝置 8 原動(dòng)機(jī)9 減速器 圖3 傳動(dòng)方案 第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 鏈輪、鏈的設(shè)計(jì) 鏈傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，它由鏈條和鏈輪組成。通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)在機(jī)械制造中應(yīng)用廣泛。 與摩擦型帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無(wú)傳動(dòng)彈性滑動(dòng)和整體打滑現(xiàn)象。因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率高，有贏鏈條不需要像帶那樣張的很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較小，鏈條采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動(dòng)的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊；同時(shí)，鏈傳動(dòng)能在高溫下和潮濕的環(huán)境中工作。 與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低，成本也低。 鏈輪和鏈條將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸給傳動(dòng)軸以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)。為了既能保證動(dòng)力的平穩(wěn)傳遞，又能保證轉(zhuǎn)速要求，鏈輪的設(shè)計(jì)和在整個(gè)機(jī)構(gòu)中的作用也就顯得尤為重要。 3.1.1鏈輪，鏈條參數(shù) （1）選擇鏈輪齒數(shù) 傳動(dòng)比i=1.4，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本查得小鏈輪齒數(shù)z1=21，鏈條暫選型號(hào)06B。 則大鏈輪齒數(shù)為z2=z1×i=21×1.4=29<120符合要求 （2）確定計(jì)算功率 因?yàn)殒渹鲃?dòng)工作平穩(wěn)，由機(jī)械設(shè)計(jì)課本查表選擇傳動(dòng)系數(shù)KA=1.3,計(jì)算功率為 Pc=KAP=1.3×2=2.6kw （3）選擇鏈條型號(hào) 根據(jù)Pc= =2.6kw，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本查得，鏈條型號(hào)為06B （4） 定鏈條節(jié)數(shù) 假定中心距a=35p ,則鏈節(jié)數(shù)位 所以，Lp 取91節(jié) 3.1.2 確定節(jié)距P 單根鏈傳遞功率為P0（4） 。按照轉(zhuǎn)速估計(jì)，根據(jù)相應(yīng)條件和公式得出； 單排鏈條排數(shù)系數(shù)=1 。則P0=2.34 kw 根據(jù)鏈輪的轉(zhuǎn)速和，查表選鏈號(hào)06B。得出節(jié)距p=9.525mm。 3.1.3 確定中心距a 初定中心距，其最小中心距0.2Z18.4p, 。 =233.38mm（取整數(shù)234） 3.1.4 驗(yàn)算鏈速 鏈的平均速度： =8.331m/s V小于12~15m/s, 可用。 3.1.5 壓軸力FQ 有效圓周力為 取,則壓軸力為 3.2變速器的齒輪計(jì)算 在許多情況下，除雪機(jī)需要在工作過程中根據(jù)不同的需求隨時(shí)改變速度。變速器就是能改變傳動(dòng)比的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它一般是一臺(tái)機(jī)器整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的一部分，很少作為獨(dú)立的傳動(dòng)裝置使用。所以也常稱為變速機(jī)構(gòu)。變速器可分為有級(jí)變速器和無(wú)極變速器兩大類，前者的傳動(dòng)比只能按既定的設(shè)計(jì)要求通過操縱機(jī)構(gòu)分級(jí)進(jìn)行改變，而后者的傳動(dòng)比則可在預(yù)定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)的進(jìn)行改變。本設(shè)計(jì)采用錐齒輪變速器，該種變速器最大的特點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)。 3.2.1按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算 直齒錐齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，按平均分度圓處的當(dāng)量圓柱齒輪計(jì)算，工作齒寬即為錐齒輪的齒寬b。 設(shè)計(jì)計(jì)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）確定公式內(nèi)的各計(jì)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=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(qiáng)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(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力,取失效概率1％，安全系數(shù)S=1 [σH]1= [σH]2= （2）計(jì)算 1)計(jì)算小齒輪最小分度圓直徑 = =73.54(mm) 2）計(jì)算圓周速度υm 3）計(jì)算載荷系數(shù) 1×1.15×1×(1.5×1.25)=2.156 4)按實(shí)際載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 5)計(jì)算模數(shù) 3.2.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 直齒錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度，按平均分度圓處的當(dāng)量圓柱齒輪進(jìn)行計(jì)算。 設(shè)計(jì)公式： （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)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(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(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(jì)算大小齒輪的并加以比較 （2）計(jì)算 1.89mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(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（模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)1.89并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2，按接觸強(qiáng)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(dú)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(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(fèi)。 3.2.3 幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 （2）計(jì)算錐距 （3）計(jì)算齒輪寬度等各個(gè)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+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 3.3 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核 軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件（如齒輪、渦輪等），都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)以及動(dòng)力的傳遞。因此軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 傳動(dòng)軸是掃雪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的重點(diǎn)，動(dòng)力由汽油機(jī)輸出后直接通過鏈輪將動(dòng)力傳向傳動(dòng)傳動(dòng)軸，帶動(dòng)傳動(dòng)軸上的螺旋槳高速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要連接渦輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)并將動(dòng)力傳給攪龍軸，以此實(shí)現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)變和動(dòng)力的傳送。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，其設(shè)計(jì)過程如下： 軸的工作情況：無(wú)腐蝕條件 軸的轉(zhuǎn)速：n1=2500r/min 軸的輸入功率： P1=P 轉(zhuǎn)矩：T=Td 軸選用實(shí)心軸，材料： 45 正火、回火 硬度（HB）： 230MPa，抗拉強(qiáng)度：600MPa 3.3.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照扭矩初算軸徑，軸選用45鋼調(diào)質(zhì)，硬度317-255HBS。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》查表得，c=118 求輸出軸上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 輸入功率為3.0kw，取鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)效率=0.97，則 又因?yàn)? 于是得到 (2) 求作用在鏈輪上的力 因?yàn)橐阎溳喌姆侄葓A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=118，于是得 考慮到安裝鏈輪的內(nèi)徑，故取輸出軸最小直徑為12mm，取=14mm。 (4) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1段要安裝深溝球軸承，根據(jù)其直徑取其長(zhǎng)度為40mm，2段軸肩長(zhǎng)度為43mm，3段安裝鏈輪，取其長(zhǎng)度為76mm，4段安裝深溝球軸承，取其長(zhǎng)度為153mm，軸端安裝的是螺旋槳，取軸端段長(zhǎng)度為308mm。其余長(zhǎng)度則根據(jù)分配需要來(lái)確定。 (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(shí)承受較小的軸向載荷的作用，故選用深溝球軸承6004。 3.3.2 軸的校核 因此軸的轉(zhuǎn)速較高所以要對(duì)該軸進(jìn)行校核，以保證掃雪機(jī)的整體質(zhì)量由發(fā)動(dòng)機(jī)傳到軸上的功率為p=3kw，效率為0.8，轉(zhuǎn)速為2500r/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) （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 L =50㎜ L=750㎜ （3）求軸上的載荷 又因?yàn)? 從軸所在的位置來(lái)看，軸端位子是最危險(xiǎn)的截面，計(jì)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 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(jì)算 ===1.4Mpa 軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，查的[]=60 M pa,因此＜[]，故安全。 3.4 減速器的選擇 減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩以滿足各種工作機(jī)的需要。 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(lái)減小傳動(dòng)軸傳送的轉(zhuǎn)速。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的掃雪機(jī)容積量有限，所以需要一個(gè)小型的減速器來(lái)減速。結(jié)合減速器的優(yōu)缺點(diǎn)，選取渦輪蝸桿減速器。 渦輪蝸桿減速器由于傳動(dòng)比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)緊湊。在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷地螺旋齒，它和渦輪齒是逐步進(jìn)入及退出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒數(shù)又較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性。 設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)中蝸桿作為動(dòng)力輸入端，安裝在渦輪的上方。 選擇材料：蝸桿采用45鋼，表面硬度45-50HCRC。渦輪采用ZCuSn10Pb1，金屬型鑄造。 3.4.1 按接觸強(qiáng)度計(jì)算 （1） 確定蝸桿頭數(shù)、蝸桿齒數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本查表得 （2） 確定渦輪轉(zhuǎn)矩 = 9.55×106 =1.44 ×105 N·mm (3) 確定條件 確定載荷系數(shù)=1.1 確定彈性系數(shù)ZE =155 轉(zhuǎn)速系數(shù) 壽命系數(shù) 接觸系數(shù)查圖得 接觸疲勞極限由表得， 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) (4) 初定中心距、模數(shù)、倒程角 =29.95 （a取35mm） M=（1.4~1.7）， 取m=1.6 (5) 計(jì)算傳動(dòng)效率 當(dāng)量摩擦角 嚙合效率 傳動(dòng)效率 （取，因查時(shí)考慮軸承的摩擦損耗， ，考慮蝸桿轉(zhuǎn)速較高） 3.4.2 按齒面接觸強(qiáng)度驗(yàn)算 公式為： = =30.3<35mm 3.4.3 計(jì)算傳動(dòng)的主要尺寸 中心距 蝸桿的分度園直徑 蝸桿齒頂圓直徑 蝸桿齒根圓直徑 蝸桿軸向齒距 蝸桿輪齒螺紋部分長(zhǎng)度 渦輪分度圓直徑 渦輪齒頂圓直徑 渦輪齒根圓直徑 渦輪外圓直徑 渦輪輪齒寬度 =15.36mm （取為16mm） 渦輪齒寬角 3.4.4 彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算 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 （取S Fmin=1.4） 彎曲應(yīng)力： ( 3.5集雪裝置的設(shè)計(jì) 積雪要被運(yùn)輸?shù)綊佈┩皟?nèi)，所以要把積雪往積雪桶中央聚攏，因此螺旋集雪轉(zhuǎn)子由兩個(gè)旋向相反的螺旋軸對(duì)接而成，攪龍葉片螺旋旋轉(zhuǎn)，達(dá)到集雪的目的。設(shè)計(jì)中采用帶狀螺旋集雪輪，這樣的設(shè)計(jì)能對(duì)積雪有很好的破碎作用，不至于發(fā)生堵塞的情況。基本機(jī)構(gòu)如下： 以上形式的集雪裝置將切雪，碎雪，集雪，運(yùn)雪幾大功能于一身，具有很好的清雪效果。左右兩邊的攪龍旋向相反，能夠?qū)蛇叺难┘械街醒耄瑐鬟f到拋雪輪下，在拋雪輪的高速旋轉(zhuǎn)下將雪拋出?？紤]到積雪具有一定的粘性且較易堆積，所以集雪螺旋考慮使用帶式螺旋。帶式螺旋為螺旋式除雪機(jī)的主要除雪執(zhí)行元件，其主要參數(shù)包括螺旋外徑、帶寬、頭數(shù)、螺距、螺旋長(zhǎng)度及轉(zhuǎn)速等，這些參數(shù)的選擇直接關(guān)系到除雪機(jī)的除雪效率及積雪的除凈度。除雪機(jī)的除雪效率是指單位時(shí)間內(nèi)清除積雪的面積，具體表現(xiàn)在所能輸送積雪的體積上，它與螺旋的各參數(shù)間存在著某種函數(shù)關(guān)系；積雪除凈度是機(jī)器所清掃過的地面上，無(wú)雪面積占整個(gè)清掃面積的比例。由于積雪的性質(zhì)及除雪的特殊要求，積雪除凈度取決于螺旋對(duì)底層與路面凍結(jié)在一起的積雪的清除程度，它與螺旋的頭數(shù)及轉(zhuǎn)速成正比，與機(jī)器的行走速度成反比。 （1）螺旋葉片對(duì)雪的推動(dòng)作用 左右旋螺葉片加工時(shí)有一定的螺旋升角，安裝在螺旋軸上，在動(dòng)力的作用下以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)掃雪機(jī)向前行走時(shí)，積雪被收集在位于攪龍葉片后側(cè)的清雪鏟內(nèi)。積雪在動(dòng)力作用下產(chǎn)生相反旋向的螺旋線運(yùn)動(dòng)，即周向運(yùn)動(dòng)與軸向運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)。積雪的軸向運(yùn)動(dòng)是除雪機(jī)工作的有用功，而周向運(yùn)動(dòng)是無(wú)用功，因此，使得軸向運(yùn)動(dòng)取較大值，同時(shí)使周向運(yùn)動(dòng)為較小值，才能夠最大限度地降低動(dòng)力消耗，達(dá)到清除積雪的目的。 （2）拋雪機(jī)構(gòu)的原理 離心拋雪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，設(shè)質(zhì)量為m的物體，被拋雪葉片以初速度v0拋扔出去，則該物體從葉片那里獲得的動(dòng)能為1/2mv02。根據(jù)對(duì)除雪車揚(yáng)雪的要求：即要把積雪拋送到一定的高度H，又要把積雪拋到最高處離開拋雪筒時(shí)還應(yīng)該有一定的末速度，以便將積雪拋向路邊邊緣化地帶或拋向運(yùn)雪車將積雪運(yùn)走。 (3)離心排雪泵的原理 離心拋雪葉片的功用是在管路中造成壓差，形成強(qiáng)烈的氣流，來(lái)進(jìn)行所需的工作。工作時(shí)，由于拋雪葉片向管路中壓氣或吸氣，促使空氣在管路中流動(dòng)，從而帶動(dòng)積雪拋出。因此要使氣流在管路中流動(dòng)，就必須在管路中制定一定的壓差，使氣流具有一定的壓力和速度，以克服氣流在流動(dòng)過程中的阻力。 3.5.1拋雪裝置的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)得到拋雪葉片轉(zhuǎn)速為n=1785r/min,取雪球質(zhì)量為1g。 V=2πnr=1785×0.122=1367m/min=22.7m/s H=1/2mv02=0.257m=257mm。 拋雪高度小于仰雪筒高度，則能夠滿足使用要求，而正常時(shí)候積雪的質(zhì)量經(jīng)過打散之后沒有那么重，所以拋雪高度只會(huì)更高。 3.5.2攪龍軸的設(shè)計(jì) 攪龍軸是掃雪機(jī)集雪時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的中心，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(lái)實(shí)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(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)順暢。 軸的設(shè)計(jì)： 軸的工作情況：無(wú)腐蝕條件 軸的轉(zhuǎn)速n2=83.3 軸輸入功率 轉(zhuǎn)矩T=9.55106 =9.55106 =1.49 軸是實(shí)心軸，材料：45 正火、回火 3.5.3攪龍葉片的設(shè)計(jì) 攪龍葉片是掃雪機(jī)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)集雪工作有很大的影響效果。 實(shí)際中攪龍葉片的設(shè)計(jì)和安裝都比較困難，因?yàn)閯?dòng)力輸入到攪龍軸的中間部分，同時(shí)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。 螺旋葉片的設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離； 葉片內(nèi)經(jīng)d：等于空心圓筒的外徑，可從圓筒上直接量取； 葉片外徑D：根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸來(lái)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(shí)并不會(huì)影響其工作性能。但慢慢地葉片的外徑越磨越小，直至無(wú)法運(yùn)輸，嚴(yán)重影響運(yùn)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(wú)序狀態(tài)時(shí)，對(duì)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(shí)）。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(jì)成可以互換的，就可以不用棄掉整個(gè)完好的軸，從而大大減少成本。 攪龍葉片的尺寸可通過計(jì)算得出，計(jì)算式為： 式中：L── 外螺旋線實(shí)長(zhǎng)（mm） l ── 內(nèi)螺旋線實(shí)長(zhǎng)（mm） h ── 葉片高（mm） r ── 葉 片展開里口徑（mm） ── 切口角度（度） C ── 切口弦長(zhǎng)（mm） P ── 節(jié)距（mm） 第四章 鍵的選擇與校核 已知渦輪處的軸徑d=20mm，渦輪齒寬16mm，需要傳遞扭矩為。 4.1 選擇鍵鏈接的類型和尺寸 選用平鍵連接。且選用圓頭普通平鍵（A型）。根據(jù)d=20mm， 查表得鍵的截面尺寸，鍵寬=6mm；鍵高h(yuǎn)=6mm。根據(jù)參考鍵長(zhǎng)系列，選鍵長(zhǎng)L=18mm（16）。 4.2 校核鍵連接的強(qiáng)度 鍵、軸的材料都是鋼，渦輪材料為ZCuSn10Pb1，查表得鍵的許用應(yīng)力，取。工作長(zhǎng)度，鍵與輪轂鍵槽的高度（17）。于是可求得： (38) 該鍵標(biāo)記為取件標(biāo)記為：鍵6 第五章 結(jié)論 通過一個(gè)學(xué)期的努力，終于順利完成了掃雪機(jī)的設(shè)計(jì)工作，進(jìn)行了工程圖的繪制、傳動(dòng)的計(jì)和重要零件的校核?；就瓿闪嗽O(shè)計(jì)要求。當(dāng)然其中還有些不足之處，在以后的學(xué)習(xí)工作中要注意。 通過此次掃雪機(jī)的設(shè)計(jì)過程中的理論分析和設(shè)計(jì)得出以下結(jié)論： 1．通過研究目前國(guó)內(nèi)外該種設(shè)備的發(fā)展情況提出了一種清雪設(shè)備的工作原理。 2．設(shè)計(jì)出了該種清雪設(shè)備，并進(jìn)行了工程圖的繪制，確定了其基本參數(shù)。 3．針對(duì)現(xiàn)有掃雪機(jī)的不足進(jìn)行改進(jìn)，完善了其中的一些細(xì)節(jié)，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品更新穎、美觀、適用。 4．通過對(duì)掃雪機(jī)的進(jìn)一步研究和完善，為以后生產(chǎn)出適合中國(guó)情的清雪設(shè)備奠定了基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) [1] 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