小型路面积雪清扫机的结构设计.

-大学泉城学院毕 业 设 计题 目小型路面积雪清扫机的构造设计专 业机械设计制造及其自动化 班 级 机设09Q2 学 生 董晓晓学 号指导教师 蔡冬梅二一三年 五 月 二十八 日. z-. z-摘 要我国的北方冬天时间比较长，降雪量很大，道路积雪堆积较多，尤其是车辆不经常行走的小区，如果不及时的去除积雪，将会严重的影响交通平安，给人们的日常生活带来很多的不便。因此，研发多功能的扫雪机设备，有着很重要的实用、使用价值，并且对我国的经济开展起到不可估量的推动作用。 本论文在分析了目前的国国外的主要扫雪方法的根底上，提出了一种较适合中国国情的小型路面机械清雪车的设计方案，并对其进展了深入的理论分析和具体构造的设计分析，为国以后生产该种扫雪车提供了完整的技术参考资料。 本论文首先进展分析研究了路面上压实积雪的机械性能，并且查阅参考了目前的国外有关该设备的大量技术资料；再次，在现有成品的根底上，进展了设计计算以及机构的创新。此次扫雪车的设计原理是，由原动机提供动力，经过链传动将动力传递给输出轴，输出轴又带动抛雪叶轮高速旋转，利用离心力将雪抛出。同时利用减速器来减速带动搅龙传动轴和螺旋搅龙叶片旋转来实现集雪作业。而其他的动力则由变速器传输给车轮轴来带动扫雪机前进，实现清雪工作。本论文对小型路面机械清雪车进展了深入的分析，并进一步地完善了此机构，设计出此种扫雪设备。关键词：扫雪车；螺旋搅龙；离心力扬雪；传动轴ABSTRACTIn the northern of China ,winter time is so long ,the snow is very big,and snow accumulation of the road is more ,especially the vehicles do not often walk inside the village .If not timely removal the snow ,it will seriously affect the traffic safety ,and caused a lot of inconvenience to Peoples Daily life .Therefore ,the research and development of multi-function plow equipment, has a very important practical, use value, and play an immeasurable role in promotingto our countrys economic development.On the analysis of the current domestic and foreign main methods of snow, the papers on the basis of a suitable for Chinas national conditions of small road surface machinery and the design scheme of clear snow machines, and carried on the thorough analysis of the theoretical analysis and the design of concrete structure, it provides a plete technology referencefor the domestic production after the Snow-Remove Machine .Firstly this thesis analysis the pavement pacting on the mechanical properties of the snow, and refer to the current massive technical data related to the equipment at home and abroad;Once again, on the basis of e*isting products,carried the design calculation and institutional innovation.The tractors design principle is that the engine powerprovided power, transfer power to the output shaftthrough the chain, output shaft driven snowrotating impeller high-speed , and throw the snowusing centrifugal force.At the same time, using the reducer slowdown to drives the stirring shaft dragon and spiral snow dragon blade rotation to achieve the set operations. While other motivation shaft to drive the car snow blowersby gearbo* transmission, pure snow works implementation.This paper carriedclear snow machines for small road surface machinery on the thorough analysis, and perfect the institutionsfurther, to design this kind of snow equipment.Keywords: Snow-Remove Machine；heli* mi*ing ；munity throwing snow ；transmission shaft. z-目 录摘要.IIABSTRACT.III1 前言.11.1 选题意义.1 1.2 国外研究现状.1 1.3扫雪机的分类.1 1.4 设计的任务.22 路面积雪特性的研究.3 2.1积雪的物理性质.3 2.1.1 雪的密度.3 2.1.2 雪的硬度.4 2.1.3 雪的摩擦系数.43 小型清雪机设计方案的分析比较.5 3.1总体方案及其比较.5 3.2小型清雪机的工作原理.5 3.3 原动机的选择和具体方案的实施.64 小型清雪机的设计计算和校核.104.1链传动的计算.10 4.2 变速器齿轮的计算.12 4.3 传动轴的构造设计和校核.18 4.4 减速器的选择.23 4.5 搅龙轴的设计.27 4.6 搅龙叶片的设计.275 结论.306 参考文献.317 致.32. z-1、前言1.1选题意义俗话说“瑞雪兆丰年，对于农地来说，冬季的一场大雪能带来明年的大丰收，农民的喜悦。但是对于城市来说，积雪会给城市的道路交通带来很大的麻烦，尤其是我国较寒冷的北方地区。我国北方气候寒冷、温差大、冬季时间持续较长，降雪量大，常常会引起滑车、交通事故、行人摔伤等一些不便，而环卫工作人员在降大雪后都忙于去除主要路面的积雪，而对于一些小型机械行驶的路面，以及很少人行走的小区很难有效清理，这给过往的路人，居民带来不便。特别的是在一些学校里、工厂里、企业院或居民小区的窄小路面上的积雪得不到环卫工作人员的及时去除，给过往的行人，居民的户外生活带来不便，甚至会发生平安事故。就目前来说，我国对于小型的、较窄路面的清雪方式主要是依靠人力，通过用铁锹、扫帚和簸箕等等工具对积雪进展处理，清雪的效率很低，浪费人们的很多珍贵时间1，所以，这次毕业设计将针对小型路面积雪扫雪机的设备，为提高道路积雪的清扫效率，为过往的行人带来更多的方便，同时减少不必要的事故发生，还能够在大雪后为紧的环卫部门减轻一定的压力，而设计一款小型扫雪机。1.2 国外研究现状机械清雪是把人从利用体力的扫雪工作中解放出来的一种最好的途径。因此，科学设计者一直在探索如何研制出更加平安、更加可靠和更加实用的扫雪机器2。扫雪机在国外的开展已有几十年的历史，有着先进的技术。最初的扫雪机是利用了推土机或装载机来实现扫雪。而现在，随着研发扫雪机技术的迅速开展，已经在市场上广泛流通的扫雪机类型主要有铲刮式除雪机系列、抛扬式除雪机系列、刷扫式扫雪机系列、击振式破冰除雪机系列等等3，但是其原理仍然是以大型的车辆来带动扫雪装置实现积雪的清理任务。由于这种扫雪机的性能稳定，造价很高，不适合于较窄的小路、工厂、学校、单位或住宅小区路面的积雪清扫。而对于国来说，有关这方面的研究少之又少，根据查阅的资料看，目前国并没有任何厂家在生产小型的抛投式清雪机4。对于我国来说，应根据国情，加强对雪的力学性质的研究，根据不同的雪的特性，以及路面的区别来设计不同的扫雪机械，以便提高清雪的效率。1.3 扫雪机的分类根据扫雪机工作原理的不同，可以将扫雪机分为推移式类型、抛雪式类型和吹雪式类型5：推移式扫雪机：推雪铲刀，扫雪犁等装置是安装在大型的车辆上，如推土机，来将雪推走，留出行走的通道，然后再用其他的车辆将堆雪拉走。它的缺点是这种扫雪机只能够将积雪推到路边，而没有集雪、抛雪的能力，只适合用于新鲜的雪或破碎之后的冰雪，清理的效率低，很容易划伤地面，并且消耗时间较多。抛雪式扫雪机：先收集积雪，再利用抛雪泵将积雪抛到路边或抛上运输车辆。其中最为常见的是螺旋式扫雪机类型。吹雪式扫雪机：利用航空发动机来产生强大的高压空气流，再由喷口吹出来去除地面上的积雪。吹雪式扫雪机的运行速度高，生产率高，本钱也很高，它的缺点是只适用于新鲜的雪，只能够在机场、桥梁和高速路上使用，不适合于开发小型产品。 根据工作方法的不同，扫雪机有抛雪式、传送式类型：一、抛雪式扫雪机：叶片高速旋转时将雪旋进扫雪机里，再通过导管运送到储雪箱中。它的特点是：采用大功率的主机，宽幅、高效，使用比较广。二、传送式扫雪机：先将积雪收集，再利用输送带向后传送、装车。这种扫雪机在俄罗斯比较常见。1.4 设计的任务本课题预设计一台小型路面积雪清扫机。工作原理是扫雪机在工人的推行操作下，沿积雪路面将雪收集到储雪筒中，雪在高速旋转的叶片下通过抛雪桶，在抛雪叶片的作用下作离心运动而离开抛雪桶，最后被抛到路边，完成清扫任务。这种清扫机主要适用于较窄的小路和工厂、学校、单位或住宅小区路面积雪的清扫工作，能实现集雪、储雪、抛雪的功能，可以提高积雪的清扫效率。在完成预想设备的根底上进展合理的方案设想和主要的构造设计，并对其主要的零件进展计算和校核。(1) 查阅相关扫雪机的资料，弄懂积雪的物理性质，根据查阅的数据，对不同地段不同时间不同温度路面上的积雪的物理特性进展研究与分析；(2)查阅有关扫雪机的国外资料进展方案设计，和不同的方案进展比较，选择最优，最后确定扫雪机的根本设计方案；(3) 最后，详细地对扫雪机的各个工作局部进展设计，并确定扫雪机的根本尺寸，以及各部件之间的连接方式。 设计参数为：清扫幅宽为1m，清扫积雪的厚度最大为200mm，积雪扬程为3m。2、路面积雪特性的研究2.1 积雪的物理性质 要研究适宜有效的除雪方法和装置，首先要掌握积雪的物理性质，再设计计算除雪机械的除雪阻力、除雪功率等相关问题。随着天气温度的变化、积雪落下时间的长短，以及由于车辆行驶、除雪作业及水分介入等因素作用，积雪的物理性质发生复杂的变化。积雪的主要物理性质包括：雪的密度、雪的硬度、雪的摩擦系数等等6。2.1.1 雪的密度雪的密度直接决定了扫雪车的设计和使用方法7。因为雪是由水固化而来的，所以雪的密度值为积雪融化之后，雪水的质量和融化前积雪的体积的比值。雪的密度的变化围为：007079gcm3。而其它的资料数据考察为：0019gcm3089gcm3之间。雪密度的不同，因其降落的条件、沉积的条件和测量的方法等等因素而有差异8。由于我国的降雪条件和俄罗斯比较相符，因此有关雪质的选择，较多地选在0019gcm3089gcm3这个围。许多外国的学者对不同条件下积雪的密度进展了综合的测量与分析，得出以下的结论：(1)雪的密度随着雪沉积的时间的增大而增大，并且平均每个月的增加量大约为：1020；(2)雪的密度随着雪的沉积深度的增加而变大。对于沉积两个月之久的山坡上的积雪，深度为20cm的积雪的密度为030329gcm3，而一样的地点深度为0102cm的积雪的密度则变为060649gcm3；(3)新降下的雪的密度随着降落的时间长短的不同而不同，其测量的结果如表2.1所示；(4)新降下的雪的密度和当时的温度也有一定的关系，其关系如表2.2所示。 表2.1 雪的密度与时间的关系雪的状态密度gcm-3新降雪01001530天后的雪020030多于30天后的雪034一042密实的雪040060冰雪混合060075冰090表2.2 新降下的雪的密度和当时的温度的关系降雪时的气温 o C新降下的雪的密度gcm-3最小值最大值平均值-10-51001102950087-51-21003502580104-21-010043045501280+20006905290183+20以上0158058801962.1.2 雪的硬度雪的硬度也可以称为雪的抗压强度，其意义是指积雪在抵抗其他的物体进入本身时的最大能力9。表示方法为：进入积雪的刚体的单位面积上所受到的来自积雪的阻力。扫雪车设计时计算的重要参数包括雪的抗压强度。由测量得知，雪的抗压强度因环境的不同而不同。积雪抗压强度特征：(1) 一般情况下积雪的抗压强度会随着雪的密度的增大而增大。(2) 雪的抗压强度也与温度有关，随着温度的降低而增大。2.1.3 雪的摩擦系数雪的摩擦系数有：雪的外摩擦系数、轮胎与冰雪路面的附着系数10。平常路面上在积雪之后，它的使用特性将会发生很大的改变。当对冬季养护的道路的机器进展计算时，必须得知道机器是沿着各种各样的冰雪路面行走的滚动阻力系数和附着系数。而行驶阻力系数，由于它不仅产生摩擦，而且还挤压雪，因此一般要比外摩擦系数大。3、小型清雪机设计方案的分析比较3.1总体方案及其比较方案一:利用吹风的方式。利用鼓风机里吹出的高速气流将积雪吹到路边。吹雪式的清雪车的运行速度较高，生产率高，缺点是只适用于新鲜的雪，不能够对压实的积雪或冰雪进展清理，而且只能在机场、桥梁和高速路等等宽阔地上使用，本钱价高，不适合用于小型地区。 方案二:随着清雪车开展技术的不断进步，可以利用清雪车前部的铲子，来将积雪推到路的旁边。推移式清雪车只能够将积雪推到路边，而不能储藏积雪，只适合用于新鲜的雪或破碎之后的雪，效率很低，对地面有很大的损伤。方案三:依靠机械传动来清理积雪。先由集雪器将积雪打碎，再通过高速旋转的搅龙叶片运送到抛雪桶，最后由抛雪叶轮将积雪抛出，抛到路边。螺旋转子式清雪车的适用围比较广，无论是对于松散的雪还是压实的雪，清雪效果和清雪效率都要比之前的两个方案好，而且这种方案设计，设计出的产品体积小、本钱低，更适宜用于道路窄小的地方。综上，选用第三种方案。3.2 小型清雪机的工作原理根本构造小型路面机械扫雪车主要包括：原动机、传动装置、集雪装置、抛雪装置、行走装置和操作装置等。原动机可以采用原动机机或发动机，而目前大多数采用的是汽油机或柴油机；集雪装置是用来收集积雪的，主要采用的是推雪铲和螺旋状的搅龙叶片；抛雪装置是将收集的积雪抛到路的一边，主要的方式有抛雪叶轮和鼓风机两种；行走装置是来实现机器的前进，有手推式和自走式两种；操作装置主要是通过人来控制设备的运转工作。工作原理工作时原动机提供动力，经链传动传到行走装置和工作局部。积雪由集雪装置收集到集雪桶，再由抛雪叶轮利用高速旋转时的离心力将积雪抛出。这样在原动机的带动下，扫雪车逐渐地前进，以便能够实现连续的除雪作业。小型机械清雪机的构造示意图如图3.1所示：积雪集雪装置抛雪装置动力机传动装置行 走 装 置 图3.1小型机械清雪机的构造示意图3.3 原动机的选择和具体方案的实施原动机的选择因为扫雪机主要是用于较窄的小路和工厂、学校、单位或住宅小区，所以动力机的体积不能过大，因此选用汽油机。本次设计的参数为：每小时的扫雪量1000 ，积雪的密度250kg/m，积雪的厚度20cm，因此每小时的扫雪量为： 1.0103m20.2m250/m35.0kg (3.1)利用抛雪叶轮抛雪，其数据为：抛雪扬程3m，雪排出的初速度4m/s，因此排雪消耗的功率为：mght5.010kg10N/kg3m/s3600=416.66w(3.2) 集雪搅龙叶片旋转时受到积雪的阻力作用，阻力矩m=20Nm，搅龙转速l0r/s，因此集雪搅龙消耗的功率为： 20Nm23.1410r/s=1256w (3.3) 扫雪机工作时要抑制本身的重量200kg，路面的摩擦系数0.2，前进速度lm/s，因此前进时消耗的功率为：200kg10N/kg0.2lm/s=400w (3.4) 综上，扫雪机消耗的总功率为：416.66w+1256w+400w=2072.66w (3.5)根据以上的设计要求，对动力源选型。考虑到扫雪车在工作时可能遇到踏实的积雪，所以选用功率稍大的发动机，以来满足不同的工作状况下的需要。根据以上数据的分析以及考虑到功率的磨损消耗情况，选用EM100汽油机，其参数如表2.1所示：表2.1 EM100 汽油机参数型号EM100名称单缸立式风冷四冲程直喷式汽油机排量ml87发动机转速r/min3600/3000燃油推荐7*号汽油机油容量cm3163启动方式反冲手拉启动/电启动重量kg27功率Kw2.23.3.2 传动方式的选择首先由汽油机提供扫雪机所需要的动力，经过链传动将动力传输给传动轴，经过一个减速器和变速器分别将动力传输给抛雪叶轮和搅龙叶片、行走装置。构造简图如图3.2下： 图 3.2小型清雪机的传动原理图1 搅龙叶片 2 集雪斗 3 抛雪筒 4 抛雪叶轮 5 链传动 6 变速器 7 行走装置 8 原动机 9 减速器 集雪装置的设计因为积雪要被运送到抛雪桶再抛出，所以要把积雪往集雪桶的中央聚拢，因此螺旋集雪转子是由两个旋向相反的螺旋轴对接而成的，搅龙叶片随着螺旋轴来螺旋旋转，以到达集雪的目的。设计中采用的是带状螺旋集雪叶轮，这样的设计能够对积雪有很好的破碎作用，不至于再积雪较多的时候发生堵塞储雪桶的情况。螺旋轴和搅龙叶片的根本机构如以下图3.3所示：图3.3 螺旋轴和搅龙叶片的根本机构由上所述形式的集雪装置把切雪、碎雪、集雪、抛雪、运雪几大功能于一身，具有有效的清雪效果。左右两边的搅龙旋向相反，能够将两边的积雪集中到中央，传递到抛雪轮下，在抛雪轮的高速旋转下将雪抛出。考虑到积雪具有一定的粘性且较易堆积，所以集雪螺旋使用的是带式螺旋。带式螺旋是螺旋式扫雪机的主要扫雪执行部件，它的主要参数有螺旋的外径、带宽、头数、螺距、螺旋的长度及转速等等，扫雪机的除雪效率和积雪的除净度与这些参数的选择有直接的关系11。4、小型扫雪机的设计计算和校核4.1链传动的计算相比于齿轮传动，链传动的制造和安装精度要求较低，本钱也低，因此在传动系统的设计中采用链轮传动。 扫雪机上由汽油机到传动轴之间的传动方式选用链传动，在扫雪机的构造中占有很重要的份重，因此，要对其进展设计计算。（1） 选择链轮的齿数 传动比i=1.4由?机械设计?课本查得小链轮齿数z1=21， 则轮齿数为 z2=z1i=211.4=29120(4.1) 符合要求2确定额定功率 因为链传开工作平稳，由?机械设计?课本查表选择传动系数为 KA=1.3 ，计算功率为 Pc=KAP=1.32=2.6kw (4.2)（3） 选择链条的型号和节距 根据Pc=2.6kw由?机械设计?课本查得 链条型号为06B单根链传递的功率为P0，按照估计的转速，根据相应的条件和公式得出： (4.3) (4.4) 单排链条的排数系数 =1 则P0=2.4 kw (4.5) 根据链轮的转速和，查表选则的链条的型号为：链号06B 节距p=9.525mm（4） 计算链的节数和中心距 初选中心距为： =3050p= 35p(4.6)确定的中心距为： =233.38mm (4.7) 其中 a=234 得链节数为：(4.8) 因此，链长节数为：L p =91节(5)计算链速v,确定其润滑方式 链的平均速度为： (4.9)=8.331m/s由于V小于1215m/s， 因此，可用由v=8.331m/s和链号06B，查?机械设计?课本得应采用油池润滑或油盘飞溅润滑。(6)计算压轴力Fp有效的圆周力为 (4.10) 链轮水平布置时的压轴力系数Kfp=1.25 ，则其压轴力为： Fp=FpF=1.25240.1=300.13 (4.11)4.2变速器齿轮的计算在许多情况下，扫雪机设备需要在工作过程中根据不同的要求随时可以改变速度。变速器就是能随时改变传动比的传动机构。它一般是由一台机器的整个传动系统的一局部，很少作为独立的传动装置使用，所以也常称为变速机构。变速器可分为有级变速器和无级变速器两大类，前者的传动比只能按既定的设计要求通过操纵机构分级进展改变；而后者的传动比则可在设计预订的围无级的进展改变15。本次设计采用锥齿轮变速器，该种变速器最大的特点是传动平稳。4.2.1按齿面接触疲劳强度进展计算 直齿锥齿轮的齿面接触疲劳强度，按平均分度圆处的当量圆柱齿轮计算，工作齿宽即为锥齿轮的齿宽b。设计计算公式为：()321215.01)(92.2uKTZdRRHEtffs-= (4.12)1确定公式中计算的数值1) 初选载荷系数为： KA=1.02小齿轮传递的转矩为： T1=9550833/2000=3977.6 (Nmm)3选取的齿宽系数为：R=1/34) 由课本查得材料的弹性影响系数：ZE=189.8MPa 5) 由课本查得的齿轮接触疲劳强度极限是：Hlim1=Hlim2=550MPa6) 计算出应力循环次数：N1=60n1jLh=6020001(836510)=3.5109(4.13)N2=N1/2=1.75109(4.14)7) 由机械课本查得齿面的接触疲劳寿命系数：KHN1=0.90，KHN2=0.95 8) 齿面的接触疲劳许用应力，失效概率为1，平安系数S=1H1= (4.15)H2= (4.16)2计算其它数值1) 小齿轮的最小分度圆直径(4.17)=73.54(mm) 2小齿轮的圆周速度m(4.18) 3载荷系数11.151(1.51.25)=2.156 (4.19) 4) 按实际载荷系数校正分度圆的直径(4.20)5) 模数 (4.21)4.2.2 按齿根弯曲强度设计 直齿锥齿轮的齿根弯曲疲劳强度，按平均分度圆处的当量圆柱齿轮进展计算。设计公式： (4.22)1确定公式的各计算数值1) 由?机械设计?课本查得齿根的弯曲疲劳极限为： (4.23)2) 由?机械设计?课本查得齿根的弯曲疲劳寿命系数为： (4.24)3) 齿根弯曲疲劳许用应力 由?机械设计?课本查得，齿轮的弯曲疲劳平安系数为：S=1.4 (4.25)4) 由查得的数据代入公式得出载荷系数K为： (4.26)5) 由?机械设计?课本查得，齿形系数、应力校正系数为：，(4.27)，(4.28)6) 代入查得的数据得出大小齿轮的值，然后加以比较得： (4.29) (4.30)2计算1.89mm (4.31)由计算的结果比照得知，因为齿面的接触疲劳强度计算出的模数模数要大于由齿根的弯曲疲劳强度所计算出的模数，而齿轮的模数m的大小主要决定于齿根的弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面的接触疲劳强度所决定的承载能力，仅仅与齿轮的直径模数和齿数的乘积有关系16，由齿根的弯曲疲劳强度算出的模数1.89就近圆整为标准值m=2，并且按接触疲劳强度所算出的分度圆的直径为：d1=73.54mm。由此而得的小齿轮的齿数为：(4.32)为使能够做成独立的齿轮，易于加工，选取小齿轮的齿数为40，大齿轮的齿数240=80 (4.33)这样既满足了齿轮的齿面的接触疲劳强度，同时又满足了齿根的弯曲疲劳强度，并到达构造紧凑，防止了材料的浪费。4.2.3 几何尺寸的计算 （1） 计算分度圆的直径 (4.34) (4.35)2计算锥齿轮的锥距 (4.36)3计算齿轮的宽度等各个数据参数BR/3=24.03(mm) (4.37)四舍五入取B=24mm分锥角4.384.39齿顶高4.40齿根高 (4.41齿顶圆直径4.424.43齿根圆直径4.444.45齿根角4.46顶锥角=26.565+1.39=27.9554.47=63.4350+1.390=64.52504.48根锥角=26.5651.39=25.1754.49=63.4351.39=62.0454.50此说明书不完整，欲购置完整版说明书及其全套图纸 请加QQ1097202153. z