小型清雪車的總體設(shè)計(jì)和三維建模設(shè)計(jì)

小型清雪車的總體設(shè)計(jì)和三維建模畢業(yè)設(shè)計(jì)小型清雪車的總體設(shè)計(jì)和三維建模TOC\o"1-5"\h\z題目學(xué)院專業(yè)姓名學(xué)號指導(dǎo)教師年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院專業(yè)姓名學(xué)號設(shè)計(jì)題目一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容我國的東北、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。由于目前我國清雪方法比較原始，主要是人工法，基本上是人海戰(zhàn)術(shù)，不但浪費(fèi)了較大的人力和物力，而且清雪的效率低，往往雪還沒有被清理完，就被來往的車輛壓實(shí)，又增加了清雪難度。因此，本課題設(shè)計(jì)一種清雪機(jī)，能在降雪后迅速、有效地清除積雪，保證道路通暢。主要設(shè)計(jì)任務(wù)是完成小型清雪車的總體設(shè)計(jì)，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，進(jìn)行主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系，變速機(jī)構(gòu)，潤滑與密封等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得整個(gè)設(shè)計(jì)完整。完成該部分的三維設(shè)計(jì)及二維裝配圖，零件圖。編寫設(shè)計(jì)說明書。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)清雪機(jī)的作業(yè)部分可配有3.6KW的微型汽油機(jī)或電動(dòng)機(jī)，行走速度由人根據(jù)積雪厚度進(jìn)行適時(shí)控制。清雪機(jī)的清雪幅度為0.8m。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告、5000字的英文翻譯。設(shè)計(jì)圖紙一套，折合A0圖紙3張;其中手工繪圖不少于折合為圖幅為A0號的圖紙一張。編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。四、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程安排序號設(shè)計(jì)各階段名稱日期1參考文獻(xiàn)查閱（綜述）、外文資料翻譯寒假期間2方案研究，編寫方案論證報(bào)告三月份3選取設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算四月份4畢業(yè)實(shí)習(xí)、三維建模，繪制二維工程圖五月份5寫設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯六月份五、參考資料及文獻(xiàn)查詢方向、范圍查閱目前國內(nèi)外關(guān)于小型清雪設(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展情況的論文和文獻(xiàn)，以及關(guān)于SolidEdge軟件應(yīng)用的書籍。主要有南京理工大學(xué)杜明清的碩士論文小型螺桿式清雪車研究、大連鐵道學(xué)院李晶的碩士論文小型旋轉(zhuǎn)式清雪車的總體設(shè)計(jì)和三維繪圖、QX700型庭院清雪機(jī)的研制、SolidEdge15新增功能教程等。設(shè)計(jì)開始日期年月曰指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)完成日期年月日系主任：院長：年月日小型清雪車的總體設(shè)計(jì)和三維建模OverallDesignandThree-dimensional

modelingofMiniSnow-blower業(yè):生：專學(xué)業(yè):生：機(jī)械工程學(xué)院年月中文摘要本文在分析了目前國內(nèi)外的主要除雪方法的基礎(chǔ)上，提出一種適合中國國情的小型機(jī)械旋轉(zhuǎn)式清雪車的設(shè)計(jì)方案，并對其進(jìn)行了理論分析和實(shí)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，同時(shí)用SolidEdge軟件繪制了三維實(shí)體造型效果圖和二維工程圖，為國內(nèi)生產(chǎn)該種清雪車提供了完整技術(shù)資料。本文首先對道路上的壓實(shí)積雪的物理機(jī)械性能進(jìn)行分析研究，并查閱參考了目前的國內(nèi)外有關(guān)該設(shè)備的大量資料，在已有成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和機(jī)構(gòu)創(chuàng)新，這些資料為本文設(shè)計(jì)計(jì)算提供了重要的理論依據(jù)。在分析大型旋轉(zhuǎn)式除雪機(jī)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，針對國內(nèi)單位清雪分塊承擔(dān)的特點(diǎn)，本文對小型螺旋旋轉(zhuǎn)式清雪車進(jìn)行了深入分析，并進(jìn)行了完善，設(shè)計(jì)了此種清雪設(shè)備。通過對已有小型清雪設(shè)備的分析研究，表明現(xiàn)有設(shè)備能實(shí)現(xiàn)基本的集雪、運(yùn)雪和拋雪功能。但尚存在操作不方便，清雪效率不高等缺點(diǎn)。根據(jù)已有的理論研究基礎(chǔ)，針對目前已有機(jī)械的不足，本文設(shè)計(jì)了帶有拋雪葉輪、加有內(nèi)置蝸桿傳動(dòng)和螺旋狀集雪攪龍裝置的清雪車，確定了其主要參數(shù)，傳動(dòng)方案和結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了各種因素，對其中的關(guān)鍵部件一拋雪輪進(jìn)行了有限元分析，并應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)原理，可對扶手高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使操作更加舒適方便。提出了一整套實(shí)用結(jié)構(gòu)，使得該機(jī)型大小適中，操作方便，外表美觀。本文在設(shè)計(jì)和繪圖中，采用先進(jìn)的工程軟件SolidEdge進(jìn)行三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)、二維工程圖的繪制和有限元分析，為國內(nèi)生產(chǎn)該種清雪車提供了一整套技術(shù)資料。關(guān)鍵詞：小型清雪車三維造型及工程圖有限元分析人機(jī)工程ABSTRACTAfteranalyzingthevariousmeansofsnow-clearingsintheworldatpresent,theprojectofasortofminisnow-blowerfitforChinaisputforwardinthispaper.Basedonthetheorystudyandappliedstructuraldesign,thethree-dimensionalsolidmodelandplanardrawinghavebecompletedwithSolidEdgeengineeringsoftware,whichcanofferanentiretechnicaldataandengineeringdrawingsforproducingfactory.Thispaperfirstanalysethephysicalandmechanicalpropertiesofsnowcompactionontheroad,thenaccesstoalotofinformationaboutthisequipmentathomeandabroad.Designcalculationsandinstitutionalinnovationisbasedontheresultwhichhasbeenresearched.Allthisinformationhasprovidedanimportanttheoreticalbasisforthedesigncalculationsandinstitutionalinnovateinthispaper.OnthebasisofanalysisstructureanddesigntheoryofthelargerotarySnowremoveingmachine,armtothecharacteristicofsnowremoveinginthenationalcompany,MiniSnow-blowerisdeeplyreseachedandconsummatedinthispaper.MiniSnow-blowerisdesigned.OverpasstheresearchandanalysisofminiSnow-blowernowadays,werealizethattheequipmentnowadayscancarryoutthefunctionsofcollecting,carryingandthrowingsnow.Buttherearesomedisadvantages,foreexample,themanipulationisdiscommodiousness,theefficiencyofsnowremovingislow.Referingtothefoundationoftheacademicresearchesnowadays,contraposingthedeficiencyofminiSnow-blower,wedeviseatypeofminiSnow-blowerwhichwithimpeller,worminsideandtwistcollectequipment.Mostlyparameters,blueprintofdriveandmodalityofstructureareensured.Allcomplicationsarecalculatedduringdesign.TheshrowingequipmentisfiniteelementanalysisdwhichispivotalpartinminiSnow-blower.Theprincipiumofergonomicsisappliedtoo,theheightofhandrailcanbeaccommodated.Manipulationsgetmorecomfortable.Acompletesetofbanausicstructuresarebroughtforward.Themagnitudeofthisequipmentismoderate.Manipulationisconvenience.Appearanceisbeautiful.Duringthedesigningandploting,thethree-dimensionalsolidmodel,planardrawingandfiniteelementanalysishavebeencompletedwithSolidEdgeengineeringsoftware.AcompletesetofdataisprovidedforthenationalcompanieswhichmanufacturethisminiSnow-blower.KEYWORDS:Minisnow-blower,Experimentalverification,FiniteElementAnalysis,ErgonomicsTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章緒論1\o"CurrentDocument"1.1選題的意義1\o"CurrentDocument"1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2\o"CurrentDocument"1.3本文主要任務(wù)2\o"CurrentDocument"第二章小型清雪車的總體方案研究比較3\o"CurrentDocument"2.1總體方案的幾種組合及比較3\o"CurrentDocument"2.2小型清雪車工作原理簡述3\o"CurrentDocument"第三章小型清雪車的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核7\o"CurrentDocument"3.1帶傳動(dòng)計(jì)算7\o"CurrentDocument"3.2蝸桿傳動(dòng)計(jì)算8\o"CurrentDocument"3.3軸承壽命計(jì)算和潤滑方式的選擇113.3.1壽命計(jì)算113.3.2潤滑方式的選擇13\o"CurrentDocument"3.4軸的校核13\o"CurrentDocument"第四章三維造型、人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用和有限元分析15\o"CurrentDocument"4.1三維造型154.1.1小型清雪車整體造型154.1.2工作部分造型154.1.3行走部分造型16\o"CurrentDocument"4.2人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用16\o"CurrentDocument"4.3有限元分析17\o"CurrentDocument"第五章結(jié)論20\o"CurrentDocument"5.1設(shè)計(jì)完成情況20\o"CurrentDocument"5.2結(jié)論20\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)21致謝22第一章緒論1.1選題的意義中國有句古話叫做“瑞雪兆豐年”，冬季一場大雪能帶來明年的好收成。但是積雪給城市交通帶來巨大的麻煩，尤其是在我國的東北，內(nèi)蒙古和新疆一帶冬季道路積雪給車輛和行人帶來極大不便，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。積雪按狀態(tài)可分成三種類型：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；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；冰層，是積雪因陽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［3］。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、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［4］。由以上兩種主要除雪方法的對比與分析，我們得出結(jié)論，除雪應(yīng)以機(jī)械除雪為主。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢利用機(jī)械清雪是把人從繁重的掃雪工作中解放出來的一種最好的途徑，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，但只對沒凍的積雪效果好，直到后來出現(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)在國外已經(jīng)發(fā)展了幾十年，特別是在瑞典、芬蘭等北歐國家已經(jīng)相當(dāng)成熟。根據(jù)我國國情，國內(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［5］。簡言之，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。國內(nèi)有關(guān)這方面的研究很少，據(jù)了解目前國內(nèi)沒有廠家在生產(chǎn)小型拋投式清雪機(jī)。所以對這種小型的清雪機(jī)的研究、設(shè)計(jì)和開發(fā)必然有很大的現(xiàn)實(shí)意義。1.3本文主要任務(wù)根據(jù)目前已有的小型清雪設(shè)備設(shè)計(jì)一種新型適用于學(xué)校、社區(qū)、工廠的小型清雪裝置，能實(shí)現(xiàn)集雪、運(yùn)雪拋雪功能。要進(jìn)行合理的方案論證和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對主要零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行校核。對整機(jī)應(yīng)用SolidEdge軟件進(jìn)行三維建模和二維工程的繪制。設(shè)計(jì)完成應(yīng)包含以下工作：根據(jù)國內(nèi)外資料進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行比較優(yōu)化，從中選出最優(yōu)方案。具體進(jìn)行各個(gè)工作部分的設(shè)計(jì)，確定基本尺寸，安裝方式，應(yīng)用SolidEdge建模。應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)原理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對主要部件進(jìn)行有限元分析。第二章小型清雪車的總體方案研究比較2.1總體方案的幾種組合及比較方案一：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，有很高的生產(chǎn)率，但它只適用于新鮮雪，對于壓實(shí)的積雪或冰層無能為力，只能在機(jī)場、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。方案二：利用一個(gè)置于清雪車前部的鏟子，隨著清雪車的不斷前進(jìn)，將積雪推至路的一邊。推移式清雪車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。方案三：利用機(jī)械傳動(dòng)的方式，由集雪器先將積雪攪碎，并輸送至一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，將其拋到路邊。螺旋轉(zhuǎn)子式清雪車適用范圍廣，無論是松散雪、壓實(shí)雪清雪效果和效率要比前兩方案好，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、操作方便靈活，適用于道路窄的地方。因此選用第三種方案。2.2小型清雪車工作原理簡述2.2.1基本結(jié)構(gòu)目前小型機(jī)械式清雪車主要由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、集雪裝置、拋雪裝置、行走系統(tǒng)和操作系統(tǒng)組成。原動(dòng)機(jī)可以采用電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)，目前大多采用汽油機(jī)或柴油機(jī)；集雪裝置用來收集積雪，主要采用推雪鏟或螺旋狀攪龍；拋雪裝置是將收集的積雪拋到路的一側(cè)或收集裝置中。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(shí)現(xiàn)機(jī)器的前進(jìn)，有手推式和自走式兩種；操作裝置主要控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和行進(jìn)方向。2.2.2工作原理工作時(shí)由原動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)由蝸輪蝸桿傳動(dòng)或帶傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到工作部分和行走系統(tǒng)。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；鼓風(fēng)機(jī)利用氣流將積雪吹出。這

樣在人力推動(dòng)（手推式）或原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)（自走式）下，清雪車不斷前進(jìn)，就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的清除積雪。小型機(jī)械式清雪車結(jié)構(gòu)示意圖如下：2.3具體方案的確定2.3.1原動(dòng)機(jī)的選擇動(dòng)力采用微型發(fā)動(dòng)機(jī)，本課題的設(shè)計(jì)需求大約是每小時(shí)掃雪量為1000皿，以積雪平均密度為250kg/m3,積雪厚度以30cm計(jì)算，那么每小時(shí)掃雪量為：1.0X1°3/X0.3mX250kg/m3=7.5X1°4kg在拋雪輪的作用下，設(shè)計(jì)最大拋雪高度為4m，那么排雪消耗的功率為：mgh/t=7.5X104kgX10N/kgX4m：3600s=833w集雪攪龍?jiān)诜e雪的作用下阻力矩m=20Nm,那么集雪攪龍消耗的功率為：20NmX2X3.14X10r/s=1256w，其中10r/s是攪龍轉(zhuǎn)速。估計(jì)整機(jī)重量為200kg，與路面的摩擦系數(shù)取0.2,前進(jìn)速度約為1m/s,那么前進(jìn)消耗的功率為：200kgX10N/kgX0.2X1m/s=400w整機(jī)消耗的功率為：833w+1256w+400w=2.49Kw在這一設(shè)計(jì)要求下，對動(dòng)力源選型，考慮到清雪車在工作時(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需要。選用無錫凱馬動(dòng)力有限公司生產(chǎn)的KM170F汽油機(jī)，詳細(xì)參數(shù)如下：型號KM170F型式單缸立式四沖程風(fēng)冷直噴式柴油機(jī)缸徑*行程mm70X55活塞排量cc211

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min3600功率Kw3.6起動(dòng)方式手拉起動(dòng)/電起動(dòng)油箱容量L2.5凈重kg27外形尺寸mm332X384X416表2-1KM170F汽油機(jī)參數(shù)2.3.2傳動(dòng)方式的選擇首先由一個(gè)帶傳動(dòng)將動(dòng)力由汽油機(jī)傳出，向前通過一個(gè)蝸輪蝸桿傳到工作裝置，向后通過一個(gè)蝸輪蝸桿傳到行走系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖2-2小型清雪車結(jié)構(gòu)簡圖攪龍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2.3.3集雪裝置設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用帶狀螺旋集雪輪，這樣的設(shè)計(jì)能對集雪有很好的破碎作用，同時(shí)又不容易發(fā)生堵塞。基本結(jié)構(gòu)如下：

圖2-3帶狀螺旋集雪輪簡圖以上形式的集雪裝置把切雪、集雪、運(yùn)雪三大功能于一身，具有很好的效果。其中左邊攪龍左旋，右邊攪龍右旋，這樣積雪所受的力指向兩個(gè)攪龍的中間部位，使積雪較容易的進(jìn)入后面比清雪鏟要窄的拋雪室內(nèi)。第三章小型清雪車的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核3.1帶傳動(dòng)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率P=3.6Kw,i=1.8確定計(jì)算功率Pca由于載荷變動(dòng)微小，因此取K=1.0則P=KP=1.0X3.6Kw=3.6Kw式中P計(jì)算功率，單位為Kw；KA——工作情況系數(shù)；p——傳遞的額定功率。選擇帶型由P=3.6Kw,小帶輪轉(zhuǎn)速n=3600r/min，選擇A型帶。確定帶輪的基準(zhǔn)直徑/和dd1d2)初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑d=80mm，則大帶輪的基準(zhǔn)直徑d=id=1.8X80=144mm查表取d=140mm)驗(yàn)算帶速”""V=ndn=3.14X80mmX3600r/min=15.072m/sV35m/s,確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld根據(jù)o.7(d+d)Va<2(d+d)得初步確定a=300mm,兀（d+d）（d—d）2基準(zhǔn)長度L=2a0+d_dd-+_d2—=948.4mm公式（3-1）0取L=900mm實(shí)際中心距a=a0+Ld2Ld=275.8mm驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角以1以=180°(dd2dd1)-57.5=167.49°>120°包角合適。1a確定帶的數(shù)zPcaZ=(P+AP)K―K一公式(3-2)'00』aL取P=1.64；AP=0.5；K=0.98；K=0.87,貝Qz=1.82取z=2式中Ka——考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù)；Kl——考慮帶的長度不同時(shí)的影響系數(shù)；P0——單根A帶的基本額定功率；△；。計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，單根A型帶額定功率的增量。確定帶的預(yù)緊力F0公式(3-3)F=500^C^（^^一1）+qv2公式(3-3)0zvKa帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得F0=115.33N計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上的力FpF=2zFcosp/2=2zFcos(兀/2—a/2)=2X2X115.33NXsin(167.49°/2)=458.59N式中z——帶的根數(shù)；F0——單根帶是預(yù)緊力；a1——主帶輪上的包角。3.2蝸桿傳動(dòng)計(jì)算本設(shè)計(jì)中工作部分和行走部分都用到蝸桿傳動(dòng)，現(xiàn)以工作部分為例，展示蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算過程計(jì)算參數(shù)：分配的輸入功率P=1.6Kw,壽命Lh=10000小時(shí)，傳動(dòng)比i=8，輸入轉(zhuǎn)速n=2000r/min。根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用阿基米德蝸桿(ZA)。選擇材料考慮到蝸桿傳遞的功率不大，速度中等，故蝸桿采用45鋼；但希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45?55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了降低成本，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用HT200。

按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距公式(3-4)1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2按z1=6,估取效率門=0.9，則……PT=9.55X106T2=9.55x106x1.6Kw=9.55x106x1.6Kwx0.92000r/min/8=34380Nmm2）確定載荷系數(shù)K因工作載荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)K^=1,選取使用系數(shù)Ka=1.15,由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.05；則*K=KKK=1X1.15X1.05=1.213）確定彈性影響系數(shù)ZE因?yàn)檫x擇鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故ZE=160MP1/2/4）確定接觸系數(shù)ZEap先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.35，取Z=2.9。5）確定許用接觸應(yīng)力th]11'根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。蝸桿螺旋齒面硬度大于45HBC，查得蝸輪的基本許用應(yīng)力thI=268MP。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60jn2匕=60x1x^00°x10000=2.4x1078壽命系數(shù)K=HN則t]=KtI=0.8963X268MP=240MP。6)計(jì)算中心距

a>'1.21x34380x(160*2§)2mm=53.77mm240取中心距a=63mm，因i=8,取模數(shù)m=2,蝸桿分度圓直徑d1=22.4mm,這時(shí)d1/a=0.355，查得接觸系數(shù)Z'=2.8VZ，因此以上結(jié)果可用。蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)和尺寸計(jì)算P1)蝸桿軸向齒距p=兀m=3.14X2=6.28mm；直徑系數(shù)q=10；齒根圓直徑d=d-2(h*am+c)=22.4-2(1X2+0.25X2)=17.4mm；分度圓導(dǎo)程帛;=28°10z43〃；蝸桿軸向齒厚S=a-兀m=3.14mm22)蝸輪蝸輪齒數(shù)z2=51；變位系數(shù)七二+0.400；驗(yàn)算傳動(dòng)比i=勺z1￥=8.5這時(shí)傳動(dòng)比誤差為是允許的。蝸輪分度圓直徑d=mz=2X51=102mm；蝸輪喉圓直徑d=d+2h=102+2X2X(1+0.400)=107.6mm；蝸輪齒根圓直徑4.2=d2-2h22=102-2X2(1-0.400+0.25)=98.6mm；蝸輪咽喉母圓半徑r2g，，小1_=a-—d=63一一107.6=9.2mm25.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度1工yy』］

ddmFa蝸桿軸向齒厚S=a-兀m=3.14mm22)蝸輪蝸輪齒數(shù)z2=51；變位系數(shù)七二+0.400；驗(yàn)算傳動(dòng)比i=勺z1￥=8.5這時(shí)傳動(dòng)比誤差為是允許的。蝸輪分度圓直徑d=mz=2X51=102mm；蝸輪喉圓直徑d=d+2h=102+2X2X(1+0.400)=107.6mm；蝸輪齒根圓直徑4.2=d2-2h22=102-2X2(1-0.400+0.25)=98.6mm；蝸輪咽喉母圓半徑r2g，，小1_=a-—d=63一一107.6=9.2mm25.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度1工yy』］

ddmFa2PF公式(3-5)51z

z=2當(dāng)量齒數(shù)V2C0S3y(cos28.18。)3=74.465F。=1.53x1.21X34380x2.12x0.7987=23.584MPa<■F22.4x102x2F彎曲強(qiáng)度是滿足的。6.精度等級公差和表面粗糙度的確定考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿是動(dòng)力傳動(dòng)，從GB/T10089—1988圓柱蝸桿、蝸輪精度等級中選擇7級精度，表面粗糙度取1.6。3.3軸承壽命計(jì)算和潤滑方式的選擇3.3.1壽命計(jì)算輸入功率P=3.6Kw，帶傳動(dòng)效率門=0.97,傳動(dòng)比i=1.8r

P36x097T=9.55x106—=r

P36x097T=9.55x106—=9.55x106二-—=16674.3N

n36001.8h圓周力F=2T=2X16674.3=231.59Ntd144

圖3-2求兩軸承受到的徑向載荷［八和F2圖3-2將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面（圖3-1）和水平面（圖3-2）兩個(gè)平面力系，帶輪安裝于兩軸承的中心位置。其中F458.59F=F二一r==229.3Nr1vr2v22F231.59一F=F二一t==115.8Nr1Hr2H22F=4F2―+F2—=256.88Nr1r1vr1HF=yF2+F2=256.8Nr2r2vr2H軸向上沒有受力，所以F=F=0△1a2求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P和P2因?yàn)镕…―a1=0因?yàn)镕…―a1=0VeF1r1式中e1、e2則對軸承1對軸承2F…—a2=0VeF2r2為判斷系數(shù)其值大于0。Y=01Y2=03.驗(yàn)算軸承壽命3.驗(yàn)算軸承壽命由于輕微沖擊，取f12查得深溝球軸承的基本額定動(dòng)載荷C=19.5kN,則軸承壽命為:=1.1PP=f(XF+YF)=256.88NTOC\o"1-5"\h\zp1r11a1P=f(XF+YF)=256.88Np2r22a2由于P=P，所以兩個(gè)軸承的壽命一樣。只需計(jì)算其中一個(gè)，深溝球軸承_108=，3!21(_￡)8=__106X(19500U=1.5X107h>LL=10000h60nP60x2000256.88h1故滿足要求。

3.3.2潤滑方式的選擇在本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的軸承中，蝸桿傳動(dòng)箱體內(nèi)的圓錐滾子軸承30203和圓錐滾子軸承30206采用油潤滑。對于其它軸承由于轉(zhuǎn)速不高，故采用脂潤滑。其中傳動(dòng)軸一軸1（見小型清雪車裝配圖）上的兩個(gè)深溝球軸承60206的轉(zhuǎn)速最高，因此只計(jì)算此對軸承的dn值。一般用滾動(dòng)軸承的dn值（d為滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑，單位為mm；n為軸承轉(zhuǎn)速，單位為r/min）來選擇軸承的潤滑方式。查得深溝球軸承60206的內(nèi)徑d=30mm，軸1的轉(zhuǎn)速n=2000r/min，適用于深溝球軸承脂潤滑的dn值界限是16x104。對于此對軸承dn=30mmX2000r/min=6x104<16x104。故可以采用脂潤滑。3.4軸的校核由于工作裝置中蝸桿軸（見小型清雪車裝配圖）直徑最小，而且跨度最大，因此要進(jìn)行必要的校核計(jì)算。由發(fā)動(dòng)機(jī)傳向工作部分的功率P=3Kw,效率門=0.8，轉(zhuǎn)速n=2000r/min。1.求蝸桿軸上的功率P2和轉(zhuǎn)距T2P2=P門二3KwX0.8=2.4KwP2.4……T=9.55x106—=9.55x106x^000=11460Nmm2.求作用在蝸桿上的力已知蝸桿的分度圓直徑d1=22.4mm日2T11460F=~d^==2.求作用在蝸桿上的力已知蝸桿的分度圓直徑d1=22.4mm日2T11460F=~d^==511.6N1.廠tana『./

=Fn=511.6xtan20。cos3.18。=186.5NF=Ftany=511.6xtan3.18。=28.4Na圓周力F、徑向力F和軸向力F的方向如下圖所示:圖3-3蝸桿受力示意圖其中L=50mm,L=465mm。初步確定軸的最小直徑軸的材料是45鋼，調(diào)質(zhì)處理。取A=112，于是得03P'24d.=A=112x,2000=11.9mm軸上直徑最小的地方是左端安裝軸承處，其直徑為17mm。求軸上載荷從軸的結(jié)構(gòu)圖上可以看出蝸桿部分中間位置是最危險(xiǎn)的截面，計(jì)算其M、MH和Mv列于下表。載荷水平面H垂直面V支反力FFnh1=462NF^2=50NF=169NF=18N彎矩MM疽23100NmmMv1=8450NmmM^2=8132NmmM「J231002+84502=24597Nmm總彎矩M=J‘231002+81322=244902扭矩TT2=11460N表3-1按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度取a=0.6,軸上的計(jì)算應(yīng)力bca、"M21+件=、245972+(0.6x11460)2=7aTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"W0.1x703."bca軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得b1]=60MPa。因此bvb]，故安全。-1ca-1第四章三維造型、人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用和有限元分析4.1三維造型4.1.1小型清雪車整體造型圖4-14.1.2工作部分造型

4.1.3行走部分造型圖4-34.2人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用根據(jù)人機(jī)學(xué)原理，人要在各種環(huán)境中，使用工具、操作機(jī)器。人和機(jī)器及周圍的環(huán)境句構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)，人機(jī)學(xué)就是從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)來研究人（操作者和使用者）一機(jī)器（包括人操作和使用的機(jī)器工具，設(shè)備幾工程系統(tǒng)）一環(huán)境（人操作和機(jī)器工作的環(huán)境）所組成的系統(tǒng)，組成三要素及其相互關(guān)系。它研究的重點(diǎn)是人，從人的生理和心理特征來考慮，使系統(tǒng)中的三要素相協(xié)調(diào)，以便促進(jìn)人的身心健康，提高人的工作效率。圖4-4在本設(shè)計(jì)中，由于人的身高不同，所以在操作本清雪車時(shí)，對扶手的高度要求也不一樣，因此要考慮扶手要能調(diào)節(jié)，而且結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜。本設(shè)計(jì)中采用一種簡單易行的辦法對扶手進(jìn)行調(diào)節(jié)。如上圖所示。通過扶手末端和車架相連，調(diào)節(jié)高度時(shí)，先松開螺栓，進(jìn)行調(diào)節(jié)到合適的高度，再擰緊螺栓，這種方法簡潔方便，而且成本低。成年人的身高大約從1.5m到2m不等?？烧{(diào)節(jié)的最大高度從1.2m到0.8m，方便一般人的操作。4.3有限元分析SolidEdge是十分實(shí)用的三維設(shè)計(jì)軟件，應(yīng)用此軟件可以對零件進(jìn)行有限元分析，并導(dǎo)出分析報(bào)告。方便設(shè)計(jì)人員對設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行校核檢驗(yàn)。本設(shè)計(jì)中對拋雪輪進(jìn)行了有限元分析，并導(dǎo)出分析報(bào)告，結(jié)果如下：材料屬性材料名稱鋼質(zhì)量密度7833.000kg/m"3楊氏模里199947953.000kPa泊松比.290熱膨脹系數(shù).0000/C導(dǎo)熱率.032kW/m-C屈服強(qiáng)度262000.766kPa極限強(qiáng)度358527.364kPa2.載荷和約束信息載荷集名稱載荷1載荷類型力載何元素?cái)?shù)量8載荷值250000.000mN受約束面的數(shù)量13.研究屬性網(wǎng)格類型Tetrahedral單元網(wǎng)格元素?cái)?shù)量8,747節(jié)點(diǎn)數(shù)量18,013求解器類型Nastran4.應(yīng)力結(jié)果類型范圍值XYZVonMises最小值1.166e+001kPa50.00mm.00mm-25.00mm昱京lt：E堂每塞Hi!昱京lt：E堂每塞Hi!:OT^'j.ibE2i：M應(yīng)力最大值2.028e+005kPa4.42mm32.42mm-34.54mm旻示it曖刑H撈型旻示it曖刑H撈