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哈工大華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
姓名：梅舒玉 院（系）：汽車工程系
專業(yè)：車輛工程專業(yè) 班 號(hào)：0793111
任務(wù)起止日期：2010年10月11日至2010年12月28日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：
小型手扶式清雪車設(shè)計(jì)
立題的目的和意義：
我國(guó)北方地區(qū)冬季漫長(zhǎng)，每年都會(huì)有較大降雪過(guò)程，部分地區(qū)還會(huì)形成雪災(zāi)，給社會(huì)生產(chǎn)生活帶來(lái)很大影響，特別是近年來(lái)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的快速發(fā)展，高速公路和高等級(jí)公路里程與日俱增，冬季道路積雪給人們出行帶來(lái)了諸多不便，尤其在大雪和雨夾雪天氣，大部分高速公路出于安全考慮常采取限速行駛甚至不得不關(guān)閉數(shù)天，嚴(yán)重影響交通并制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市道路的清雪問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越引起各級(jí)政府部門的關(guān)注和重視，我認(rèn)為如何快速高效清除道路積雪、保障道路和社區(qū)群眾的正常出行、提高行車安全、行走方便成為目前冬季道路養(yǎng)護(hù)的主要問(wèn)題。所以，過(guò)多的降雪常常來(lái)不及得到及時(shí)有效的清除，給城市交通和人民生活帶來(lái)了許多不便。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。
通過(guò)對(duì)手扶拋揚(yáng)式清雪車的設(shè)計(jì)，能夠鞏固和深入理解《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《內(nèi)燃機(jī)原理》、《工程機(jī)械》等專業(yè)課程知識(shí)，掌握專用機(jī)械設(shè)計(jì)的原理和方法，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題得能力和創(chuàng)新能力。
技術(shù)要求與主要內(nèi)容：
設(shè)計(jì)手扶拋揚(yáng)式清雪車，包括動(dòng)力裝置、集雪裝置、拋揚(yáng)裝置、操縱裝置等，進(jìn)行測(cè)繪、計(jì)算、校核、繪制草圖和正式圖紙、撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書等工作。
設(shè)計(jì)過(guò)程綜合運(yùn)用調(diào)研、查閱資料、實(shí)體測(cè)繪、計(jì)算、參考設(shè)計(jì)等方法進(jìn)行：
（1）通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、圖書館等調(diào)研、查閱拋揚(yáng)式清雪車的資料，熟悉其集雪裝置及拋揚(yáng)裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)。
（2）對(duì)小型清雪車進(jìn)行實(shí)際勘查、測(cè)繪。
（3）利用材料力學(xué)方法校核各主要零件的強(qiáng)度、剛度。
（4）利用AutoCAD繪制各零件圖、部件圖和裝配圖。
要求繪制圖紙總量≥2張0＃圖紙；設(shè)計(jì)說(shuō)明書≥5000字，其中參考文獻(xiàn)≥10篇（含外文參考文獻(xiàn)≥2篇）。
進(jìn)度安排：
2010年10月11日~10月21日 調(diào)研，查閱小型拋揚(yáng)式清雪車相關(guān)資料，撰寫《開(kāi)題報(bào)告》，準(zhǔn)備開(kāi)題。
2010年10月22日 開(kāi)題。
2010年10月23日~11月18日 確定總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行初步計(jì)算，繪制草圖，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書草稿。
2010年11月19日 接受階段性檢查。
2010年11月20日~11月25日 完成設(shè)計(jì)草圖和設(shè)計(jì)說(shuō)明書草稿。
2010年11月26日 接受中期檢查。
2010年11月27日~12月09日 繪制并完成清雪車零件圖、裝配圖及設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
2010年12月10日 接受結(jié)題檢查。
2010年12月11日~12月15日 修改設(shè)計(jì)、圖紙和說(shuō)明書。
2010年12月16日 上交圖紙和設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
2010年12月17日~12月27日 根據(jù)評(píng)審意見(jiàn)修改圖紙和設(shè)計(jì)說(shuō)明書，并準(zhǔn)備答辯提綱，制作答辯電子演示稿。
2010年12月28日~12月29日 答辯。
2010年12月30日~12月31日 整理上交畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)材料。
同組設(shè)計(jì)者及分工：
無(wú)
無(wú)
指導(dǎo)教師簽字
年 月 日
系（教研室）主任意見(jiàn)：
系（教研室）主任簽字
年 月 日
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
我國(guó)北方冬季時(shí)間長(zhǎng)降雪量大，如果不及時(shí)清除積雪，將嚴(yán)重影響交通安全，給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)諸多不便。多功能清雪車的研制，有重要的實(shí)用價(jià)值，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重要意義。
清雪車清雪能力的強(qiáng)弱很大程度上取決于清雪裝置性能的好壞，所以深入研究清雪裝置的結(jié)構(gòu)和性能是非常必要的。用于清除浮雪的裝置主要為螺旋集雪裝置，一般與高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)、拋雪筒聯(lián)合使用。雪被螺旋集雪裝置收集并通過(guò)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)從拋雪筒拋到路邊或者運(yùn)雪車上，節(jié)省了收集雪的時(shí)間，清雪效率較高。
本文基于對(duì)積雪的物理機(jī)械特性分析，提出機(jī)械式除雪的幾種方案，并針對(duì)離心揚(yáng)雪式除雪機(jī)構(gòu)，分別對(duì)除雪機(jī)構(gòu)中的螺旋集雪機(jī)構(gòu)和離心排雪機(jī)構(gòu)的工作原理進(jìn)行分析，在理論分析的基礎(chǔ)上得出結(jié)論。
關(guān)鍵詞：清雪車；螺旋集雪；離心揚(yáng)雪
Abstract
Winter lasts for a long time in the cold areas of northern China.A great amount of snow falls there each year.Therefore,if the accumulated snow cannot be removed and cleaned in time,it will severely affect the safety of the transportation and bring out a lot of inconveniences to the people’s daily life.The manufacture of the multi-functional snow-moving machine will be found of important and practical value in forming good transportation and hygiene environment in winter.
The snow clearing capacity of the snow-remover depends on the properties of snow clearing device,so it is necessary to study the structure and properties of snow clearing device deeply. The device mainly used for clearing floating snow is spiral snow collection,which is generally used with highspeed rotating fan and snow throwing cylinder.Snow is collected by spiral snow collection and threw to roadside or snow truck through snow throwing cylinder driven by rotating fan,which can save time,and the efficiency is high.
The thesis works out a basic project on the multifunctional now-moving machine through the study of the physics mechanical haracters of the snow.It lays great emphasis on the study of Community throwing snow machine.
Keywords: Snow-Remove Machine;Helix-Collect snow;Community throwing snow.
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1 選題的意義 1
1.2 揚(yáng)雪機(jī)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展 2
1.3 小型手扶式清雪車簡(jiǎn)介 4
1.4 小型手扶式清雪車的結(jié)構(gòu)及原理 4
1.5 本章小結(jié) 5
第2章 總體方案設(shè)計(jì) 6
2.1 設(shè)計(jì)車體 6
2.2 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6
2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
2.3.1 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 7
2.3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8
2.4 本章小結(jié) 10
第3章 各系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11
3.1 原動(dòng)機(jī)的選用 11
3.2 變速箱的設(shè)計(jì) 11
3.3 集雪器的設(shè)計(jì) 12
3.4 拋雪器的設(shè)計(jì) 14
3.5 拋雪器性能參數(shù)的分析計(jì)算 16
3.6 機(jī)器性能參數(shù)計(jì)算 19
3.7 本章小結(jié) 20
第4章 三維造型設(shè)計(jì)和二維工程圖的繪制 21
4.1 ProE簡(jiǎn)介 21
4.2 proIE參數(shù)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) 21
4.3 ProIE零件的3D實(shí)體建模 22
4.4 pro-E導(dǎo)件的裝配組合 25
4.5 二維工程圖的繪制 27
4.6 本章小結(jié) 27
第5章 校 核 28
5.1 齒輪校核 28
5.2 鍵的校核 31
5.3 軸承校核 32
5.4 軸的校核 33
第6章 應(yīng)用前景分析 36
6.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 36
6.2 成本核算 36
致 謝 39
參考文獻(xiàn) 40
結(jié) 論 41
附錄1 譯文 42
附錄2 英文參考資料 44
-47-
第1章 緒論
1.1 選題的意義
(1)及時(shí)清除積雪的必要性
我國(guó)北方地區(qū)冬季較長(zhǎng)，每年都會(huì)有較大降雪過(guò)程，部分地區(qū)還會(huì)形成雪災(zāi)，給社會(huì)生產(chǎn)生活帶來(lái)很大影響，特別是近年來(lái)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的快速發(fā)展，高速公路和高等級(jí)公路里程與日俱增，冬季道路積給人們出行帶來(lái)了諸多不便，尤其在大雪和雨夾雪天氣，大部分高速公路出于安全考慮常采取限速行駛甚至不得不關(guān)閉數(shù)天，嚴(yán)重影響交通并制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市道路的清雪問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越引起各級(jí)政府部門的關(guān)注和重視，我認(rèn)為如何快速高效清除道路積雪、保障道路和社區(qū)群眾的正常出行、提高行車安全、行走方便成為目前冬季道路養(yǎng)護(hù)的主要問(wèn)題。
所以，過(guò)多的降雪常常來(lái)不及得到及時(shí)有效的清除，給城市交通和人民生活帶來(lái)了許多不便。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。
(2)主要除雪方法
目前清雪采用的主要方式有:①傳統(tǒng)的人工清雪技術(shù)；②在道路上撒施化學(xué)物質(zhì)融化冰雪；③靠各種清雪機(jī)械清除積雪。
人工清雪功效低、浪費(fèi)人力、作業(yè)成本高、占有路面時(shí)間長(zhǎng)且必須在白天工作，不安全因素多，易發(fā)生交通事故，給過(guò)往車輛、行人帶來(lái)極大不便。
融雪劑清雪是一種靠熱作用或撒布化學(xué)藥劑使冰雪融化的方法。主要用于冬季機(jī)場(chǎng)、公路、廣場(chǎng)、停車場(chǎng)、鐵路、城市街道等，起到清雪及防凍作用，但同時(shí)也對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生了不可忽視的危害，融雪劑所需費(fèi)用較高，易對(duì)道路和周圍環(huán)境造成污染，而且氣溫過(guò)低時(shí)將失去作用，也不利于保護(hù)車輪胎，因此，這種方法的使用范圍受到一定影響。
清雪機(jī)械是通過(guò)機(jī)械對(duì)雪的直接作用進(jìn)行推掃或鏟除，主要分為犁式除雪機(jī)械和螺旋轉(zhuǎn)子機(jī)械兩大類，二者之和占發(fā)達(dá)家清雪機(jī)械總數(shù)的80%以上?，F(xiàn)今，傳統(tǒng)人工清雪法和污染較大的融雪劑清雪法已經(jīng)不能滿足需要，迫切需要性能良好、自動(dòng)化程度較高以及方便靈活的機(jī)械來(lái)替代。即雪后需要效率高、省時(shí)、省力的浮雪清除設(shè)備。用于清除浮雪的裝置主要為螺旋集雪裝置，一般與高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)、拋雪筒聯(lián)合使用。雪被螺旋集雪裝置收集并通過(guò)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)從拋雪筒拋到路邊或者運(yùn)雪車上，節(jié)省了收集雪的時(shí)間，清雪效率很高。但目前我國(guó)螺旋集雪裝置的清雪效率和發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距，需要深入研究并進(jìn)一步提高。本文研究的主要目的是通過(guò)對(duì)螺旋集雪裝置結(jié)構(gòu)性能的研究，分析影響其集雪性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)一種小型手扶拋揚(yáng)式清雪車，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)螺旋集雪裝置快速高效的清雪作業(yè)，用于單位、家庭或社區(qū)道路、庭院積雪的清除，從而減少因積雪引起的經(jīng)濟(jì)損失和安全問(wèn)題。通過(guò)本題目設(shè)計(jì)，也能夠進(jìn)一步理解《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《內(nèi)燃機(jī)原理》、《工程機(jī)械》等專業(yè)課程知識(shí)，掌握專用機(jī)械設(shè)計(jì)的原理和方法。
1.2 揚(yáng)雪機(jī)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展
據(jù)了解，國(guó)內(nèi)外的研究概況及發(fā)展趨勢(shì)——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。近幾十年來(lái)，國(guó)外除雪車發(fā)展非常迅速，種類越來(lái)越多，各生產(chǎn)廠商在采用新技術(shù)、新材料、新工藝的同時(shí)，不斷提高產(chǎn)品的作業(yè)性能和操作性能，以適應(yīng)冬季除雪提出的更高要求，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。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(kāi)始把V型犁式除雪器裝在載重卡車上用于除雪，經(jīng)過(guò)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，如俄羅斯新產(chǎn)品KO一812一2型犁式除雪機(jī)便是其中的優(yōu)秀產(chǎn)品之一。
國(guó)內(nèi)小型清雪車真正的研制和開(kāi)發(fā)是從80年代以后，隨著改革開(kāi)放的不斷深入，道路的不斷升級(jí)與新建，各種機(jī)動(dòng)車輛猛增而開(kāi)始的，這些研究單位集中在中國(guó)的東北地區(qū)，先后有十幾種樣機(jī)被生產(chǎn)出來(lái)，在除雪作業(yè)中發(fā)揮了一定作用。但國(guó)內(nèi)的除雪機(jī)械目前還存在一些問(wèn)題，如作業(yè)速度低，整機(jī)利用率低、成本高，避讓功能不理想，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)會(huì)對(duì)路面造成損壞。雖然除雪機(jī)對(duì)路面的破壞程度目前還沒(méi)有一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，但國(guó)內(nèi)的除雪機(jī)械在路面的仿形能力、對(duì)路面保護(hù)等方面，與國(guó)外相比還存在一定的差距。為此，各國(guó)均投入一定的人力、物力、財(cái)力研制、開(kāi)發(fā)性能優(yōu)越的除雪機(jī)械，并大量推廣機(jī)械除雪以代替人工除雪，加快機(jī)械化的進(jìn)程。盡管中國(guó)的北方地區(qū)的冬季降雪期可達(dá)3～4個(gè)月，但有關(guān)資料表明冬季實(shí)際降雪次數(shù)并不太多，最多也僅為十幾次而已，如果除雪車的除雪功能單一，這就大大提高了除雪作業(yè)的成本，增加了公路養(yǎng)護(hù)部門的負(fù)擔(dān)。此外雪車的避讓功能不理想。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)現(xiàn)有的犁式除雪機(jī)械，大部分在回避路障方面的能力較差。
90年代初我國(guó)的沈大高速公路上也引進(jìn)了德國(guó)產(chǎn)的烏尼莫克道路綜合養(yǎng)護(hù)車，輔機(jī)備有犁式除雪器。國(guó)內(nèi)犁式除雪機(jī)的研究也取得一定的成績(jī)，先后研制了一些成功的產(chǎn)品，如西安公路研究所研制的L9280型除雪機(jī)，吉林交通科學(xué)研究所研制的CL一3.6，CL一3.5型系列除雪機(jī)，以及哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所研制的CBX一216綜合破冰除雪機(jī)等。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的棒裝在滾筒上作為清雪專用器械，但只對(duì)沒(méi)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)。德國(guó)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。
國(guó)內(nèi)己研制成功的旋轉(zhuǎn)式除雪機(jī)主要有吉林工業(yè)大學(xué)等單位研制的CX一30型除雪機(jī)，哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所研制的CBX一216型城市道路破冰機(jī)，吉林交通科學(xué)研究所研制的CBX一1600型除雪機(jī)等等。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。中國(guó)除雪機(jī)械的研制起步較晚，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)一電一液一體化的方向發(fā)展，同時(shí)注意提高安全性和舒適性，打破專利封鎖、加強(qiáng)技術(shù)合作。也只有這樣我國(guó)才能加快發(fā)展速度，縮短與世界先進(jìn)水平之間的差距。
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。自80年代起，逐漸在北美，北歐和日本北海道地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)大型清雪車在部分地區(qū)還可以見(jiàn)到，但大部分是推移式的，先進(jìn)的拋投式少之又少，且是進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，維修不便。
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。而相應(yīng)的適用于中國(guó)國(guó)情的企事業(yè)單位清雪、城市次干道以下各級(jí)道路清雪和環(huán)衛(wèi)人員用的小型產(chǎn)品更是幾乎見(jiàn)不到。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(méi)有廠家在生產(chǎn)小型拋投式清雪機(jī)。所以對(duì)這種小型的除雪機(jī)的研究、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)必然有很大的現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)哈爾濱花園邨賓館新引進(jìn)的揚(yáng)雪車的用后調(diào)查，德國(guó)凱馳（karcher）手推機(jī)依然很重，這就使推車人很費(fèi)力。雪車轉(zhuǎn)向不是十分靈便，拐角處依然操作不便。為了快速、高效、方便地清理及不妨礙交通，今后的除雪機(jī)械必然要向小型化、高速度而又更人性化的方向發(fā)展。
1.3 小型手扶式清雪車簡(jiǎn)介
本設(shè)計(jì)針對(duì)，大型設(shè)備清理占路面積大、影響交通，窄小街道、小區(qū)、機(jī)關(guān)大院、公園等小道大面積場(chǎng)所清雪費(fèi)工費(fèi)力的情況，經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查咨詢及嚴(yán)格思考，進(jìn)行小型手扶清雪設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
該設(shè)計(jì)結(jié)合吉林大學(xué)、大連鐵道學(xué)院多功能除雪車科研項(xiàng)目、德國(guó)凱馳（Karcher）的揚(yáng)雪機(jī)圖片信息、及哈爾濱花園邨賓館的實(shí)機(jī)參照，對(duì)離心揚(yáng)雪式清雪車的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行分析，得出相應(yīng)結(jié)論，在此基礎(chǔ)上對(duì)離心揚(yáng)雪式清雪車進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)分析、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用ProE 實(shí)體繪圖。
1.4小型手扶式清雪車的結(jié)構(gòu)及原理
清雪車由車體和安裝在它上面的汽油機(jī)(原動(dòng)機(jī))、變速箱、傳動(dòng)裝置、集雪器以及安裝在集雪器上的拋雪器組成。小車以一定速度行走時(shí)，積雪從前方不斷進(jìn)入集雪器中，集雪器由反向安裝的雙向螺旋軸、推雪板和擋板組成，由于螺旋軸的高速旋轉(zhuǎn)，積雪被切碎并通過(guò)雙向螺旋的橫向位移迅速集中于集雪器中部拋雪轉(zhuǎn)子室的入口處，隨車體的前進(jìn)而進(jìn)入轉(zhuǎn)子室，在轉(zhuǎn)子葉片的帶動(dòng)下，不斷沿拋雪筒拋到預(yù)定位置。所以要合理的設(shè)計(jì)計(jì)算集雪器、拋雪器等的參數(shù)。螺旋轉(zhuǎn)子式(拋投式除雪機(jī)中最常見(jiàn)的一種)除雪機(jī)是利用前部安裝的螺旋式銑削集雪器進(jìn)行切削，然后將切削下的雪屑靠?jī)啥朔聪虬惭b的集雪螺旋輸送并集中于推雪板中部的轉(zhuǎn)子拋雪器的入口處，由于除雪機(jī)向前運(yùn)動(dòng)使積雪不斷增加，在壓差的作用下，雪屑被連續(xù)送入高速旋轉(zhuǎn)的拋雪轉(zhuǎn)子室內(nèi)(有些螺旋轉(zhuǎn)子式除雪機(jī)沒(méi)有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，只有拋雪筒)，在轉(zhuǎn)子葉片的帶動(dòng)下，被不斷沿拋雪筒拋出。
1.5本章小結(jié)
本章主要針對(duì)小型手扶式清雪車的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況，自身的結(jié)構(gòu)及工作原理等情況進(jìn)行系統(tǒng)的分析與概括,通過(guò)我國(guó)實(shí)際情況來(lái)說(shuō)明此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的可行性。
第2章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)車體
車體的作用是固定連接集雪器、汽油機(jī)等零部件，并具備行走功能。其主體采用IOmm的低碳鋼板焊制而成，并包括扶手，車輪等附件。車體前段連接集雪器，中間固定汽油機(jī)座，各部分設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如何滿足簡(jiǎn)單、實(shí)用、美觀、操縱靈便等要求，并且車體的寬度不應(yīng)超過(guò)集雪器的寬度。除此之外，考慮到實(shí)際應(yīng)用，還應(yīng)注意避免劃傷路面、減小自重、過(guò)載保護(hù)等問(wèn)題。
2.2 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本車原動(dòng)機(jī)選用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，因其油損少，連續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，噪音低，更適合機(jī)關(guān)大院、居民區(qū)及人口流動(dòng)較大的地方使用。考慮到本機(jī)器的整體性能及使用壽命等參數(shù)，選用國(guó)產(chǎn)江動(dòng)系列汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)性能比較，初步選用型號(hào)JF168的發(fā)動(dòng)機(jī)。其尺寸、性能參數(shù)見(jiàn)表2-1。
表2-1 江動(dòng)牌系列微型發(fā)動(dòng)機(jī)JF168型
型式
單缸 四沖程
最大輸出功率轉(zhuǎn)速（kw/rmn）
5.5/3600
外形尺寸（mm）
387×330×360
啟動(dòng)方式
反沖式手拉起動(dòng)/電起動(dòng)
潤(rùn)滑方式
無(wú)鉛汽油
點(diǎn)火方式
晶體管點(diǎn)火
耗油量（ml）
270
缸徑/行徑（mm）
68×45/2.68×1.77
凈重（kg）
15
主要特點(diǎn)
該機(jī)輸出方式靈活，配套用途廣泛。
2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.3.1 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)方案一
發(fā)動(dòng)機(jī)——鏈傳動(dòng)——中間軸——鏈傳動(dòng)——集雪器
考慮到車身突然遇到障礙物影響傳動(dòng)系統(tǒng)，甚至使集雪螺旋因受過(guò)大阻力，仍要繼續(xù)旋轉(zhuǎn)被破壞，所以傳動(dòng)系統(tǒng)中考慮有帶傳動(dòng)做過(guò)載保護(hù)。
傳動(dòng)方案二
發(fā)動(dòng)機(jī)——帶傳動(dòng)——中間軸——鏈傳動(dòng)——集雪器
本方案中盡管有過(guò)載保護(hù)，但是車整體單向受力并且積雪效率不如變速高，當(dāng)雪較大時(shí)，車行駛速度應(yīng)該低些；擋雪量較小時(shí)，車可以行駛快些，當(dāng)清雪不徹底時(shí)，就要發(fā)回重新清掃一遍，所以考慮第三方案，加變速箱。
傳動(dòng)方案三
車的傳動(dòng)路線如下所示：
發(fā)動(dòng)機(jī)—— 帶傳動(dòng)——中間軸——錐齒輪——錐齒輪——集雪器
鏈傳動(dòng)——變速箱——鏈傳動(dòng)——車輪
圖2-1 傳動(dòng)路線圖
與前兩種機(jī)型相比，車體體積適中，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。車體上部安裝汽油機(jī):車體前面連接集雪器:后面有推手;內(nèi)部有加強(qiáng)肋板?？倷C(jī)長(zhǎng)約1820mm，寬約820mm，高約1150mm，重約102kg，輪子直徑選為300mm，可見(jiàn)機(jī)型3具有機(jī)型2優(yōu)越的除雪性能，還具備機(jī)型1輕便的優(yōu)點(diǎn)，的確優(yōu)于其它機(jī)型。
2.3.2 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
錐齒輪
錐齒輪
帶傳動(dòng)
發(fā)動(dòng)機(jī)
變速箱
鏈傳動(dòng)
車輪
鏈傳動(dòng)
(2)帶傳動(dòng)的參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2-2、表2-3
表2-2 帶傳動(dòng)尺寸參數(shù)
帶型
普通A型帶
彈性滑動(dòng)率
=0.02
直徑
80mm
大帶輪基準(zhǔn)直徑
軸間距
A=476.5mm
基準(zhǔn)長(zhǎng)度
1318mm
帶速V
V=8.37m/s
小帶輪包角a
169.46
額定功率p1
1.01kw
額定功率增量
△p1
0.24kw
帶根數(shù)z
5
單根帶的預(yù)緊力F0
99.66N
表2-3 帶傳動(dòng)的參數(shù)
帶型
普通V帶
設(shè)計(jì)功率
5.5KW
傳動(dòng)比i
2
小帶輪基準(zhǔn)直徑
80
帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度
1180mm
大帶輪基準(zhǔn)直徑
156.8
帶速
V=8.37m/s
單根帶輪傳遞功率
P=1.01kw
小帶輪包角
a=169.46
額定功率增量
△p=0.24
帶的根數(shù)
Z=6
帶輪基準(zhǔn)寬度
B=11.0
單根V帶預(yù)緊力
F0=107.85N
(2)鏈傳動(dòng)的參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2-4
表2-4 鏈傳動(dòng)參數(shù)
鏈型
08B
截距
12.7
傳動(dòng)比
4
鏈節(jié)數(shù)
256
小鏈輪齒數(shù)
25
大鏈輪齒數(shù)
100
小鏈輪分度圓直徑
101.33
大輪分度圓直徑
404.32
小鏈輪齒頂圓直徑
108.37
齒頂圓直徑
412.26
(3)鏈傳動(dòng)2的設(shè)計(jì)參數(shù)
設(shè)計(jì)過(guò)程與鏈1相同，傳動(dòng)比i=4，截距P=9.525,型號(hào)06B，大鏈輪分度圓直徑d2=254.74mm,齒頂圓直徑da2=260mm,齒根圓直徑df2=248.39;小鏈輪分度圓直徑d1=63.92mm,齒頂圓直徑da1=68,齒根圓直徑df1=57.57mm。
考慮到緩沖、減震、過(guò)載保護(hù)、原動(dòng)機(jī)等對(duì)傳動(dòng)裝置的要求，采用單排滾子鏈(鏈號(hào)為O6B)傳動(dòng)和帶(普通v帶A型)傳動(dòng)。在有轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)的機(jī)型中，因?yàn)槎嗔宿D(zhuǎn)子傳動(dòng)裝置比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到集雪器和拋雪器相互牽制，必要時(shí)可設(shè)計(jì)圓錐減速器或蝸輪蝸桿以滿足傳動(dòng)的要求。應(yīng)該注意的是，設(shè)計(jì)時(shí)要合理安排傳動(dòng)路線，考慮調(diào)整重心的位置，盡量使重心位于輪子略前方附近。汽油機(jī)應(yīng)置于整機(jī)中央位置，通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)集雪螺旋和拋雪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。
(4)錐齒輪的設(shè)計(jì)
由于系統(tǒng)總體有傳動(dòng)比要求，此處錐齒輪傳動(dòng)分別取1:1、1:2,經(jīng)計(jì)算總結(jié)得錐齒輪參數(shù)如下表2-5：
表2-５ 錐齒輪參數(shù)
參數(shù) 名稱
齒輪1
齒輪2
齒輪3
輪4
齒數(shù)Z
20
20
20
40
模數(shù)m
3
3
注：嚙合時(shí)兩齒輪軸線垂直放置
2.4 本章小結(jié)
本章主要研究制定了小型手扶式清雪機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案, 在此基礎(chǔ)上對(duì)清雪機(jī)的車體、動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并得出結(jié)論。
第3章 各系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 原動(dòng)機(jī)的選用
考慮到本機(jī)對(duì)動(dòng)力源的要求，這里采用江動(dòng)牌系列微型發(fā)動(dòng)機(jī)中的JF168型，其尺寸、性能參數(shù)見(jiàn)表2-1。
3.2 變速箱的設(shè)計(jì)
類型:二級(jí)變速一級(jí)換向
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):①齒輪、軸及軸承組和設(shè)計(jì):小齒輪、大齒輪和低速軸分開(kāi)制造，利用平鍵作周向固定。軸上零件利用軸肩、軸套和軸承作軸向固定。兩軸均采用深溝球軸承，承受軸向載荷的作用。軸承利用齒輪浸入油池濺起的稀油潤(rùn)滑。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖變速箱裝配圖。
輸入軸設(shè)為花鍵軸，其上有一二聯(lián)滑塊，當(dāng)撥快作用在其上時(shí)，其與輸出軸上齒輪分別嚙合，從而實(shí)現(xiàn)換擋換向功能。輸出軸端一端通過(guò)鏈傳動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，另一端通過(guò)另一鏈傳動(dòng)與車輪相連，其上有三個(gè)直齒輪，兩端齒輪靠軸肩和套筒定位，另一個(gè)齒輪軸肩和彈性擋圈定位。箱體壁上裝一齒輪軸——陏輪，當(dāng)其于二聯(lián)滑塊嚙合并且同時(shí)與輸出軸的輸出端嚙合時(shí)，實(shí)現(xiàn)換向功能。具體位置見(jiàn)圖3-1。
圖3-1 變速箱下箱體結(jié)構(gòu)
3.3 集雪器的設(shè)計(jì)
(1)集雪器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
集雪器亦稱為螺旋集雪器，配置在整機(jī)前方，左右對(duì)稱旋向相反，是對(duì)路面積雪的切削元件和將積雪向中央集攏的傳送工具，使雪從集雪器中部流入拋雪轉(zhuǎn)子。它由三部分組成:雙向螺旋軸(集雪螺旋)、軸承結(jié)構(gòu)、擋板及推雪板等。雙向螺旋軸是一根安裝兩段反向螺旋的軸，安裝在擋板中形成半封閉，由原動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)。螺旋軸的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-2，3-3。
圖3-2 帶葉輪的螺旋軸
圖3-3 不帶葉輪的螺旋軸
螺旋集雪器的工作原理是，雪在螺旋葉片推力作用下受擠壓到一定程度，當(dāng)集雪螺旋旋轉(zhuǎn)時(shí)，在雪層上切割出一條雪帶，并沿軸向移動(dòng)至轉(zhuǎn)子前方。螺旋集雪器的帶式刀片一般雙向?qū)ΨQ式，在螺旋中部留有一定空間，以減小雪流入轉(zhuǎn)子時(shí)的阻力。在無(wú)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機(jī)型中，集雪螺旋集切雪、集雪、拋雪三大功能于一體，因此多采用圖3-3結(jié)構(gòu);在有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機(jī)型中，集雪螺旋只完成切雪、集雪功能，由拋雪轉(zhuǎn)子完成拋雪功能，故多采用圖3-2結(jié)構(gòu)。
=+ldr
其中L為螺旋沿軸向長(zhǎng)度，60V/n考慮清雪機(jī)自行速度時(shí)雪進(jìn)入集雪器每秒轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)，V清雪機(jī)自行速度（m/s）,n螺旋軸轉(zhuǎn)數(shù)。經(jīng)螺旋軸推移并擠壓的雪，將對(duì)螺旋葉片產(chǎn)生阻力。實(shí)際計(jì)算時(shí)，可設(shè)雪對(duì)單位面積上的壓力與雪的變形阻力f相平衡。并假設(shè)雪為連續(xù)流體媒介，各方向變化速度相同且均勻。則除雪生產(chǎn)率Q= l·h·V。那么集雪器所耗功率為
公式中D為螺旋直徑，其它符號(hào)如前所述。
注:雪的變形阻力f(即雪的抗壓強(qiáng)度)可由實(shí)驗(yàn)求出，它和積雪的密度和抗壓強(qiáng)度有關(guān)。
為增加集雪能力，同時(shí)也為了加工更加方便，集雪螺旋軸采用一條薄鋼板焊在軸上。除雪寬度要求不小于500毫米，這里可取600毫米左右;螺旋最大直徑通常約為它的一半左右;在整個(gè)除雪寬度上應(yīng)至少存在一個(gè)螺距;由螺旋直徑和螺距可確定螺旋角的值(確定后可觀察螺旋角的值是否合理，如不合理可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整螺旋直徑和螺距的值，直到合理為止)。除此之外，集雪螺旋的轉(zhuǎn)速Nj必須滿足生產(chǎn)率的要求，換言之巧必須滿足nj>4x60lhV帶入數(shù)據(jù)計(jì)算后， nj要求大于152.6r/n?？傊┞菪D(zhuǎn)數(shù)越大，集雪能力越強(qiáng)，但轉(zhuǎn)速也不宜過(guò)大，所以綜合結(jié)構(gòu)、功率、集雪能力等方面的要求適當(dāng)選取nj的值。根據(jù)結(jié)構(gòu)選取螺旋，螺距為500毫米，軸徑為30毫米，鋼板寬50毫米，厚5毫米，以及其它參數(shù)的值。
如圖3-4所示，集雪器的擋板底部安有支撐板，以防集雪螺旋劃傷地面及保護(hù)集雪螺旋免受車體重的壓力。
圖3-4 帶支撐板的集雪機(jī)構(gòu)
3.4 拋雪器的設(shè)計(jì)
1.無(wú)轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)拋雪器的設(shè)計(jì)
小型機(jī)型通常沒(méi)有轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)，拋雪器只起對(duì)雪的導(dǎo)向作用，此時(shí)拋雪器簡(jiǎn)稱為拋雪筒。如圖3-3所示，為減小雪在其中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，拋雪筒的直筒部分與集雪器的上擋板制成一個(gè)零件，連接處以圓角光滑過(guò)渡，且材料選用高光潔度、高韌性的玻璃鋼。拋雪筒處于集雪器中部，方向應(yīng)與擋板的半封閉圓筒相切，這個(gè)方向雪可以得到充分的初速度后從此拋出。拋雪筒軸線應(yīng)處于集雪螺旋軸螺旋面中部，這樣雪在離開(kāi)集雪器進(jìn)入拋雪筒時(shí)可少受阻力。為提高拋雪距離，拋雪筒出口處有橢圓狀的光滑開(kāi)口以保證雪在離開(kāi)拋雪筒轉(zhuǎn)彎時(shí)少受阻力。根據(jù)力學(xué)原理，相同的初速度只有在45度斜上拋時(shí)拋的距離最遠(yuǎn)，故揚(yáng)雪角取45度最合理。速度只有在45度斜上拋時(shí)拋的距離最遠(yuǎn)，故揚(yáng)雪角取45度最合理。
2.有轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)拋雪器的設(shè)計(jì)
與無(wú)轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)的拋雪器相比，這種拋雪器在結(jié)構(gòu)上多了拋雪轉(zhuǎn)子，相應(yīng)的集雪器推雪板上在與拋雪器相對(duì)處增加了轉(zhuǎn)子室。因此，這種拋雪器較為復(fù)雜，但它的拋雪功能更優(yōu)越。
工作原理:如圖3-6所示工作時(shí)，雪隨著機(jī)體的前進(jìn)和集雪器的自身旋轉(zhuǎn)被粉碎并從左右向中間集中，然后由于高速旋轉(zhuǎn)著的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生內(nèi)外氣流速度壓力差以及車體的繼續(xù)前進(jìn)雙重作用而進(jìn)入轉(zhuǎn)子殼體的風(fēng)扇室內(nèi)，并迅速充滿轉(zhuǎn)子室。拋雪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力使雪沿轉(zhuǎn)子徑向葉片端部移動(dòng)，并被推壓到轉(zhuǎn)子室內(nèi)的圓弧表面，隨轉(zhuǎn)子葉片作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到達(dá)拋雪口時(shí)便被拋出。
圖3-5 擋雪板-拋雪器
圖3-6 帶轉(zhuǎn)子葉片的集雪-拋雪器
圖3-7 拋雪轉(zhuǎn)子計(jì)算簡(jiǎn)圖
拋雪轉(zhuǎn)子的計(jì)算見(jiàn)圖3-7，主要參數(shù)有葉片卸載角、葉片外徑R、和工作長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)子拋雪生產(chǎn)能力(生產(chǎn)率)和最大拋雪距離。轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)表面上的雪拋出速度，等于葉片頂部的圓周速度。其它雪塊沿徑向移動(dòng)，從轉(zhuǎn)子拋出的絕對(duì)速度等于其出口時(shí)的徑向速度和葉片頂部的圓周速度的矢量和。
轉(zhuǎn)子卸載角然(弧度)，指從葉片頂端開(kāi)始拋雪到兩葉片間存雪完全拋完(即雪塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A’點(diǎn))時(shí)間內(nèi)，葉片轉(zhuǎn)過(guò)的角度。按雪塊為無(wú)粘合力的散狀小顆粒的最有利輸送條件，來(lái)確定
3.5 拋雪器性能參數(shù)的分析計(jì)算
1.無(wú)轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)拋雪器的參數(shù)分析計(jì)算
(l)雪由集雪器進(jìn)入拋雪筒時(shí)的速度
雪的圓周速度可近似地認(rèn)為是雪進(jìn)入拋雪筒時(shí)的速度。
，
可見(jiàn)V與α，n, S有關(guān)
(2)雪離開(kāi)拋雪筒時(shí)的速度
雪塊以速度心脫離集雪螺旋經(jīng)過(guò)拋雪器出口時(shí)的速度為u。，則
公式中， H。為拋雪筒出口到集雪器中心軸的垂直距離，ψ為雪經(jīng)過(guò)拋時(shí)因與筒壁摩擦和沖擊而產(chǎn)生的能量損失系數(shù)。
(3)拋雪距離的計(jì)算
拋雪距離是清雪機(jī)的主要性能指標(biāo)，u。值的大小很大程度上決定了清雪機(jī)拋雪距離。當(dāng)拋雪速度一定時(shí)，拋雪距離與雪的壓實(shí)程度、雪的自然加密度、清雪生產(chǎn)率、轉(zhuǎn)子拋出的雪流密度、轉(zhuǎn)子外徑及雪的物理機(jī)械性能等因素有關(guān)。
雪屬于輕飄物，在計(jì)算時(shí)，最大拋雪距離是指排除風(fēng)力的影響。經(jīng)轉(zhuǎn)子拋出的雪由于受到機(jī)械對(duì)其的加密作用，呈團(tuán)狀或顆粒狀。在空氣流體中運(yùn)動(dòng)，因速度不是很快，運(yùn)動(dòng)阻力可以認(rèn)為主要是流體粘滯性引起且阻力的量值和速度的一次方呈正比，設(shè)阻力F=m.g.c.u，c為阻力系數(shù)。以拋雪筒出口為原點(diǎn)，采用直角坐標(biāo)。在X、Y、Z坐標(biāo)中，按牛頓定律：
以拋雪筒出口時(shí)計(jì)，當(dāng)t=0，x。=y。=O，=u。cosβ，=u。sinβ其中β為拋雪筒揚(yáng)雪角，則公式的解為
公式中e為自然對(duì)數(shù)底。系數(shù)c的取值由實(shí)驗(yàn)確定。但一般在無(wú)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)情況下，將清雪機(jī)處理后的雪團(tuán)和顆粒認(rèn)為是類球體，而按斯托克斯阻力定律來(lái)計(jì)算，即球體在粘滯流體以一定速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受到的阻力f是：
f=6πξau
式中a為雪塊半徑; ξ為空氣粘滯系數(shù)。ξ的數(shù)值系空氣的內(nèi)在屬性。在零度以下時(shí)，可取值為0.00016泊。
設(shè)F=f，即mgu=6πξau，解之有: c=4.5，顯然cg值較小。因而可將公式(2.13)展成級(jí)數(shù)，有下列近似關(guān)系：
令公式中的y= 0，并將式中第三項(xiàng)略去，解得到達(dá)地面時(shí)間是：
t帶入x的表達(dá)式，求出最大拋雪距離為：
空氣對(duì)雪塊運(yùn)動(dòng)有較大阻力，使實(shí)際拋雪距離大大小于理論值。實(shí)踐證明，轉(zhuǎn)子的圓周速度越高，這一差異越大。順風(fēng)拋雪可以提高拋雪距離，當(dāng)風(fēng)速不大時(shí)，也可逆風(fēng)拋雪。由文獻(xiàn)可知:考慮到風(fēng)速對(duì)拋雪距離的影響，可采用經(jīng)驗(yàn)公式X=Xmax (1土0.1Vf)單位m計(jì)算有風(fēng)時(shí)的拋雪距離X。式中:Xmax無(wú)風(fēng)時(shí)的拋雪距離單位m，稱風(fēng)速單位。
2.有轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)拋雪器的參數(shù)分析計(jì)算
(l)拋雪轉(zhuǎn)子所需功率
公式中各符號(hào)的意義是
V0——雪塊進(jìn)入轉(zhuǎn)子葉片時(shí)的速度
Vor、Vot——分別為V0的沿葉片徑向和圓周切向的分速度:
V1——雪塊離開(kāi)轉(zhuǎn)子葉片時(shí)的速度;
V0、V1——分別為K的沿葉片徑向和圓周切向的分速度;
R0、R1——分別為速度V0、V1，為K處到轉(zhuǎn)子中心的距離;
φ0、φ1——速度V0、V1與圓周分速度之間的夾角;
ω?——轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)的角速度;
設(shè)m為每秒通過(guò)拋雪轉(zhuǎn)子雪的質(zhì)量，則m=r.Q?，Q?=Q為每秒通過(guò)拋雪轉(zhuǎn)子的流量，那么單位時(shí)間內(nèi)雪的動(dòng)量矩變化為:
這動(dòng)量矩的變化應(yīng)等于施加與轉(zhuǎn)子軸上的驅(qū)動(dòng)力矩。因此拋雪轉(zhuǎn)子需用的功率:
由于集雪螺旋所帶起雪的速度方向近于是轉(zhuǎn)子葉片的徑向，ψ0=π╱2
因此轉(zhuǎn)子需功率為:
考慮雪進(jìn)入轉(zhuǎn)子時(shí)，雪對(duì)葉片的沖擊和摩擦等使功率有損失，設(shè)ηf為拋轉(zhuǎn)子功率，則實(shí)際拋雪轉(zhuǎn)子消耗的功率為:
(2)速度及距離的計(jì)算
雪塊離開(kāi)拋雪轉(zhuǎn)子葉片時(shí)的速度(即速度K)就是雪進(jìn)入拋雪筒時(shí)的速度。在拋雪速度和距離的設(shè)計(jì)計(jì)算中，這是唯一不同于無(wú)轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)拋雪器的地方。
值得注意的是，由于雪受氣溫影響很大，在嚴(yán)冬季節(jié)雪呈松散顆粒狀，初冬和初春氣溫在零度左右降雪，氣溫在零度以上時(shí)雪的粒度很大，掃雪最困難，易堵塞轉(zhuǎn)子體，掃雪效率顯著降低。
3.6 機(jī)器性能參數(shù)計(jì)算
1.消耗功率的計(jì)算
(1)集雪器消耗的功率
由公式
知：帶入數(shù)據(jù):Nj =1.753kw
(2)拋雪器消耗的功率
由公式知:
帶入數(shù)據(jù):Nf=1.54kw
2．性能分析
機(jī)器的除雪生產(chǎn)率是2.24x10m/s。由Q=hlv即生產(chǎn)率等于雪層厚度。
3.7 本章小結(jié)
（1）、本章主要研究制定了小型手扶式清雪車的各系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
（2）、在此基礎(chǔ)上對(duì)清雪車的幾個(gè)主要部件(如集雪器、拋雪器等)的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵性能參數(shù)進(jìn)行分析，確定主體設(shè)計(jì)方向。
（3）、經(jīng)過(guò)實(shí)地考察和設(shè)計(jì)計(jì)算，最終確定車體尺寸1820mm X 820mm X 1155mm。
第4章 三維造型設(shè)計(jì)和二維工程圖的繪制
4.1 ProE簡(jiǎn)介
Pro E自1988年問(wèn)世以來(lái)，10年間已成為全世界及中國(guó)地區(qū)最普及的3DCAD/CAM系統(tǒng)。Pro/ENG創(chuàng)EER在今日儼然成為世界3DCAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、航天、家電、玩具等行業(yè)。Pro尼NG州EER可謂是個(gè)全方位的3D產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件，它支持同步設(shè)計(jì)，可讓使用者同時(shí)完成工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、功能模擬、加工制造、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間與流程。Pro壓NGINEER主要的功能是進(jìn)行參數(shù)化的造型設(shè)計(jì)，提供的功能包括造型設(shè)計(jì)、曲面設(shè)計(jì)、建立工程圖、零件組合、簡(jiǎn)單的有限元素分析、模具設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、裝配零件設(shè)計(jì)、加工制造、逆向工程等等。
4.2 proIE參數(shù)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
Pro尼NG取EER獨(dú)特的參數(shù)化設(shè)計(jì)概念，采用單一數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，有支持同步設(shè)計(jì)的功能，它包括了下面的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
(1) 3D實(shí)體模型(Solidmodel)
3D實(shí)體模型可以將用戶的設(shè)計(jì)思想以最真實(shí)的模型在計(jì)算機(jī)上表現(xiàn)出來(lái)，而且借助于其系統(tǒng)參數(shù)(systemp~ters)，還可隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的真實(shí)性。這樣在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以減少許多人為計(jì)算時(shí)間。
(2) 單一數(shù)據(jù)庫(kù)(singleda1Labase)
Pro/ENG取EER可隨時(shí)由3D實(shí)體模型產(chǎn)生ZD工程圖，而且自動(dòng)標(biāo)示工程圖尺寸。不論在3D還是ZD圖形上作尺寸修正，其相關(guān)的ZD圖形或3D實(shí)體模型均自動(dòng)修改，同時(shí)組合、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會(huì)自動(dòng)修改，這樣可確保數(shù)據(jù)的正確性，并避免反復(fù)修正的耗時(shí)性。
(3)以特征作為設(shè)計(jì)的單位任eature一baseddesign)
Pro/ENG創(chuàng)EER以特征作為產(chǎn)品幾何構(gòu)建及數(shù)據(jù)存取的基礎(chǔ)，這些特征的名稱都是一般機(jī)械設(shè)計(jì)上常用的名稱，如外殼(Shen)、圓角(Round)、倒角(Chamfer)、拔模斜度(Draft)等均被視為零件設(shè)計(jì)的基本特征，除了充分掌握設(shè)計(jì)思想之外，還在設(shè)計(jì)過(guò)程中導(dǎo)入實(shí)際的制造思想。
(4) 參數(shù)式設(shè)計(jì)(P~etricdesign)配合單一數(shù)據(jù)庫(kù)，所有設(shè)計(jì)過(guò)程中所使用的尺寸(參數(shù))都存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，修改CAD模型及工程圖不再是一件難事，設(shè)計(jì)者只需更改3D零件伊art)的尺寸，則ZD工程圖(Drawing)、3D組合(Assembly)、模具(Mold)等就會(huì)相應(yīng)地變化。
4.3 ProIE零件的3D實(shí)體建模
旋轉(zhuǎn)式清雪車通常由下述零部件組成:車體、輪子、汽油機(jī)、集雪器(由擋板、推雪板、集雪螺旋等零件裝配而成〕、拋雪器(由轉(zhuǎn)子、拋雪筒等零件裝配而成)、變速箱〔直齒輪減速器由上下箱體、直齒輪、軸承、軸套、鍵、軸承蓋等零件裝配而成〕、帶輪、鏈輪、中間軸等。其中以機(jī)器的錐齒輪、集雪螺旋、車體底盤等實(shí)體造型較為復(fù)雜。下面分別介紹它們的建模過(guò)程。
(1). 錐齒輪的建模過(guò)程:Create、Datum、Plane建立基準(zhǔn)平面~Create、Protrusion、Revofve旋轉(zhuǎn)生成錐齒輪立體雛形~Create、Datum、Curve、FromEquation通過(guò)漸開(kāi)線方程生成錐齒輪齒形曲線一通過(guò)該曲線，建立錐齒輪一個(gè)齒廓~Pattem陣列生成全部錐齒輪齒廓~Create\Cut\Extrude切割生成錐齒輪軸孔一Create\Cut\Extrude切割生成錐齒輪鍵槽孔一Create\Chamfer建立倒角特征一完成。
圖4-1 直齒錐齒輪
（2）.清雪螺旋右旋的繪制
草繪1畫圓——拉伸成中軸——草繪軸上圓孔——拉伸圓孔——草繪螺旋——拉伸成單葉螺旋——陣列成三葉螺旋——繪制連接桿陣列成三桿——添加中軸面DTM2——陣列連接桿——上色
模型見(jiàn)下圖：
（3）、清雪螺旋左旋的繪制過(guò)程同上，模型見(jiàn)下圖：
圖4-2 螺旋右旋 圖4-3 螺旋左旋
（4）葉輪的繪制
草繪軸圓面——拉伸成中空軸——草繪葉片——拉伸實(shí)體——陣列成四葉——草繪鍵槽——拉伸鍵槽實(shí)體——上色
模型見(jiàn)下圖：
圖4-4 葉輪
（5）擋雪板繪制
草繪槽型面——拉伸實(shí)體——?dú)ぬ卣鳌堇L殼上軸孔——拉伸成孔——添加面DTM1——草繪葉輪外壁并拉伸——添加面DTM2——草繪雪筒并拉伸——上色
模型見(jiàn)下圖：
圖4-5 擋雪板
（6） 清雪螺旋的軸的繪制
草繪軸最大階梯并拉伸——草繪螺旋軸段并拉伸——草繪軸承軸段并拉伸——草繪銷孔拉伸——添加面DTM1——鏡像螺旋軸段——鏡像銷孔——上色
模型見(jiàn)下圖：
圖4-6 螺旋的軸
（7）車體底盤的繪制
草繪外框并拉伸——?dú)んw命令——草繪底盤邊緣并拉伸——草繪輸入、輸出軸軸承座并拉伸——軸承座打孔——陣列孔——草繪擋桿座并拉伸——草繪錐齒輪軸軸承座——拉伸——打螺紋孔——陣列螺紋孔——草繪變速箱座突臺(tái)——拉伸——草繪鏈輪口并拉伸——倒圓角——上色
模型見(jiàn)下圖：
圖4-7 車體底盤
4.4 pro-E導(dǎo)件的裝配組合
進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，若所有零件的三維模型都已建立完成，則可以進(jìn)一步通過(guò)指定零件之間的配合關(guān)系(ConstraintType)來(lái)進(jìn)行零件的組合，并且裝配后也可將零件再分解開(kāi)來(lái)，以查看組合產(chǎn)品的零件分解情況。零件的配合關(guān)系的種類如下:
1.Mate:兩平面相密合，且兩平面呈反向(即兩平面的垂直方向?yàn)榉聪?。
2.Mateoffset:兩平面面對(duì)面，中間間隔一段距離(Offset)。
3.Align:兩平面互相對(duì)齊或使兩圓弧或圓的中心線成一直線。當(dāng)兩平面互相對(duì)齊時(shí)，兩平面為同向(即兩平面的垂直方向?yàn)橄嘞?。
4.Align Offset:兩平面對(duì)齊后隔開(kāi)一段距離。
5.Insert:軸與孔的配合。
6.Orient:兩平面互相平行，且兩平面的正法線方向同向。
7.Coordsys:利用坐標(biāo)系組合。
8.Tangent:兩曲面以相切方式組合。
9.Pntons價(jià)兩曲面上某一點(diǎn)相接。
10.EdgeS派兩曲面上某一邊相接。
組合后，如果想將所有零件分解開(kāi)來(lái)，選擇view/ExPlode即可。如要恢復(fù)原始的、未分解開(kāi)的組合件，則選view/UnexPlode命令。如果要更改零件分開(kāi)的距離，選擇Modify ModE exld命令即可。
圖4-8 車體變速箱裝配體
圖4-9 變速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)
4.5二維工程圖的繪制
圖4-10 變速箱工程
工程圖與零件或組合件之間相互關(guān)聯(lián)，任何其中之一有更改，另一個(gè)也自動(dòng)更改。Pro -E工程圖主要的類型有五種:投影視圖(Projeetion)、輔助視圖(Auxiliary)、三維參考視圖(Generai)、細(xì)節(jié)放大視圖(Detailed)和旋轉(zhuǎn)剖視圖(Revolved)。當(dāng)3D零件或組合件完成后，便可以利用這些零件或組合件來(lái)產(chǎn)生各種ZD工程而投影視圖、輔助視圖及三維視圖又有四種類型:全視圖伊ullView)、半視圖(Halfview)、斷裂視圖(BrokenView)和局部視圖partialview)，各類型均可制作為剖面(Seetion)或非剖面(NO Xsee)視圖。圖4.5.1就是由此繪制的變速箱二維工程圖的主體。
4.6本章小結(jié)
針對(duì)第一方案型樣機(jī)的不足，本文相繼介紹了帶有拋雪轉(zhuǎn)子型清雪車和帶式集雪螺旋裝置的方案三兩種清雪車，確定了傳動(dòng)方案和結(jié)構(gòu)形式。特別是方案3機(jī)，由于設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了各種因素，并對(duì)關(guān)鍵部件如集雪器和拋雪器等進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)要地介紹了當(dāng)今最流行的3DCAD/CAM系統(tǒng)ProE及其特點(diǎn)。通過(guò)舉例的方法簡(jiǎn)單講解了用該軟件建摸、組裝及繪制工程圖的方法步驟。
第5章 校 核
5.1 齒輪校核
主軸上的齒輪校核。齒輪的輸入功率是2.88KW，齒輪的轉(zhuǎn)速=1200r/min，齒輪材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB,平均取為260HB。
Z1=78，Z2= 78,b=20，m=2.5=195mm
接觸疲勞極限：由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]第12章得知
бHlim1=1200MPa
бHlim2=1150MPa
初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力[бH]
[бH1]≈0.9бHlim1=0.9×1200=1080MPa
[бH]≈0.9бHlim2=0.9×1150=1035MPa
精度等級(jí)選取6級(jí)精度
使用系數(shù)KA：由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]表12.9得KA=1.5
動(dòng)轉(zhuǎn)系數(shù)KV：由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]圖12.9得KV=1.2
齒間載荷分配系數(shù)KHα
=9550000×p/=95.5××2.88/1200=0.23×N·mm
由此得：
齒向載荷分布系數(shù)KHβ
=1.17+0.16×0.12+0.61×10-3×20
=1.17
A=1.17，B=0.16，C=0.61
載荷系數(shù)K：
=1.5×1.2×1.36×1.17
=2.86
彈性系數(shù)ZE：
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH：由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]圖12.16 ZH=2.2
接觸最小安全系數(shù)SHlim：由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]表12.14 SHlim=1.05
總工作時(shí)間：th=5×300×8×0.5=6000h
預(yù)期使用壽命為10年，每年300天，單班制，工作時(shí)間占50%。
應(yīng)力循環(huán)系數(shù)Nl由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]表12.15
估計(jì)107＜Nl≤107 則指數(shù)m=8.78
Nl1==Nv1=
原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。
接觸壽命系數(shù)ZN由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]圖12.18 ZN1=ZN2=1.18
許用接觸應(yīng)力[бH]：
驗(yàn)算：
=223.42MPa＜[бH]=798MPa
∴被校核齒輪安全。
重合度系數(shù)：Yε：
=0.66
齒間載荷分配系數(shù)KFα： 由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]表12.10知
齒間載荷分布系數(shù)KFβ：
查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]圖12.14得 KFβ=1.4
載荷系數(shù)K：
=1.5×1.2×1.51×1.4
=3.80
齒形系數(shù)YFα： 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]12.21 YFα=2.8
應(yīng)力修正系數(shù)Ysa： 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]12.22 Ysa1=1.56
Ysa2=1.72
彎曲疲勞極限： 由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]圖12.23c бFlim=600MPa
彎曲最小安全系數(shù)SFlim 由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]表12.14 SFlim=1.25
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Nl 由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]表12.15估計(jì)，3×106≤Nl≤1010
則指數(shù)m=49.91
=6.91×107
原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)正確
軸承壽命系數(shù)YN： 由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]圖12.24 YN1=0.95，YN2=0.97
尺寸系數(shù)YX： 由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[4]圖12.25 YX=1.0
許用彎曲應(yīng)力[бF]：
驗(yàn)算：
=
傳動(dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)載，故不作靜強(qiáng)度校核。
5.2 鍵的校核
車輪軸上帶動(dòng)車輪的普通平鍵。軸徑40mm，傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩為1.879×10N·mm，整個(gè)車輪的寬度B>50mm，載荷穩(wěn)定。
1)選擇鍵的類型：選A型普通平鍵
2)確定鍵的尺寸：查的可選鍵的尺寸為12x8x80
3)擠壓強(qiáng)度：取k=h/2·l=L-b,則工件表面的擠壓應(yīng)力為
所以此處用鍵連接不滿足強(qiáng)度要求，需用花鍵連結(jié)。
5.3軸承校核
選用軸承代號(hào)如軸承參數(shù)下表5—1：
選縱向絲杠左側(cè)深溝球軸承6305進(jìn)行校核
軸徑d=25mm，軸承預(yù)期使用壽命=5000h，可靠度為50%。脂潤(rùn)滑。
校核步驟：
查[機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)]第18章表18.7得e=0.081
=0.18>e
表5-1 軸承參數(shù)
軸承代號(hào)
基本尺寸mm
基本額定負(fù)載KN
極限轉(zhuǎn)速r/min
d
D
B
C
Cr
脂潤(rùn)滑
油潤(rùn)滑
61905
25
42
9
5.65
3.68
14000
18000
16005
25
47
8
6.48
4.18
13000
17000
6005
25
47
12
7.75
4.95
13000
17000
6205
25
52
15
10.8
4.95
12000
16000
6305
25
62
17
17.2
11.2
10000
14000
6405
25
80
21
29.5
21.2
8500
11000
X，Y沖擊載荷 據(jù)查表13—2可得：
X=0.50，Y=2.0
基本額定動(dòng)載荷17200N>2961N
則選用該軸承可以滿足壽命要求。
5.4軸的校核
校核主軸。
軸上的功率為P=2.88kw，轉(zhuǎn)速n=1200r/min
轉(zhuǎn)矩
作用在齒輪上的力Ft，F(xiàn)r
齒輪分度圓直徑d=195mm
在水平面H上：
故有
彎矩M：
在垂直面V上：
故有：
則有：N
總彎矩：
作出軸的彎矩圖扭矩圖如下圖5—1
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度，根據(jù)式（15-5）及上表中的數(shù)值，并取，軸的計(jì)算應(yīng)力：
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，已知，因此，故安全。
圖5—1 彎矩圖扭矩圖
第6章 應(yīng)用前景分析
6.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)規(guī)律要求產(chǎn)品不僅應(yīng)具有高性能，而且要有低價(jià)格，從而給新技術(shù)的設(shè)計(jì)提出了越來(lái)越高的要求，因此， 提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值可以從以下四個(gè)方面著手：
1進(jìn)一步改善和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減少零件數(shù)目，提高標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度；
2采用廉價(jià)材料；
3改善毛坯、零件加工、裝配等工藝性，合理選擇精度、公差和配合以及其他技術(shù)條件；
4改善生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理制度。
技術(shù)和經(jīng)濟(jì)在人類進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)，交換活動(dòng)中始終并存，是不可分割的兩個(gè)方面。兩者相互促進(jìn)又相互制約。技術(shù)具有強(qiáng)烈的應(yīng)用性和明顯的經(jīng)濟(jì)目的性，沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)是沒(méi)有生命力的。而經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須依賴于一定的技術(shù)手段，世界上不存在沒(méi)有技術(shù)基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的這種特性使得它們之間有著密切而不可分割的聯(lián)系，所以有必要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。對(duì)工程技術(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，其核心內(nèi)容是經(jīng)濟(jì)效果的評(píng)價(jià)。為了確保經(jīng)濟(jì)決策的正確性和科學(xué)性，研究經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)的指標(biāo)和方法是十分必要的。經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)的指標(biāo)和方法是多種多樣的，它們從不同程度反映工程技術(shù)方案的經(jīng)濟(jì)性，這些指標(biāo)主要可以分為三大類：第一類是以時(shí)間作為計(jì)量單位的時(shí)間型指標(biāo)，如投資回收期，貸款償還期等；第二類是以貨幣單位計(jì)量的價(jià)值型指標(biāo)，如凈現(xiàn)值，費(fèi)用現(xiàn)值等；第三類是反映資源利用效率型指標(biāo)，如投資利潤(rùn)率，內(nèi)部收益率等。
6.2 成本核算
本篇設(shè)計(jì)的小型靈便式清雪車機(jī)身凈重150kg，本車的3/4為鑄鐵，1/4為普通鋼材。
表7—1原材料成本
序 號(hào)
名 稱
單 價(jià)
每臺(tái)所用量
每臺(tái)成本
1
普通碳素結(jié)構(gòu)鋼
3200(元/噸)
100(kg）
320(元)
2
鑄鐵HT200
2500(元/噸)
70(kg）
175(元)
3
不銹鋼
14000(元/噸)
5(kg）
70(元)
4
鐵皮
5(元/平方米)
0(平方米)
0(元)
綜述上表原材料總成本大約為P1=565元
表7—2外購(gòu)件成本
序 號(hào)
名 稱
單 價(jià)
每臺(tái)所用量
每臺(tái)成本
1
發(fā)動(dòng)機(jī)
750(元/臺(tái))
1(臺(tái))
750(元)
2
V帶
10(元/根)
5(根)
50(元)
3
軸承
15(元/個(gè))
14(個(gè))
190(元)
4
螺栓
0.8(元/個(gè))
80(個(gè))