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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 1 引言 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，這種方式不但浪費了較大的人力和物力，而且清雪的效率低，往往不能及時清除積雪，而積雪被車輛壓實后更加難以清除。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務之急。 目前，各國普遍采用的除雪方法是機械除雪法和融雪法兩種基本方法。機械除雪法是通過機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： (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，流動性好； (2)壓實雪，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)地堅硬，和地面粘接牢固。 所以除雪機械包括除雪機和除冰機兩種。根據(jù)工作原理的不同，除雪機可分為推移式、拋雪式和吹雪式三種。推移式除雪機是將推雪鏟刀，除雪犁等裝置安裝在推土機或其它車輛上，將雪推走，開出通道，然后用卡車將積雪運走。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雪，效率較低，容易劃傷地面。拋雪式除雪機配有拋雪泵，將收集到的積雪拋到路邊或送入運輸車輛。其中以螺旋式最為常見。吹雪式除雪機一般配備航空發(fā)動機，產(chǎn)生強大的高壓空氣流由噴口吹除地面積雪。吹雪式除雪機運行速度較高，有很高的生產(chǎn)率，但它只適用于新鮮雪，只能在機場、橋梁和高速路上應用，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比與分析，我們得出結(jié)論，除雪應以機械除雪為主 1.1 研究的目的和意義 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重的交通障礙，在有些路段如坡道、轉(zhuǎn)彎、交叉路口、機場跑道等，路面有積雪和積冰則影響更為嚴重，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。傳統(tǒng)的人工除雪方式勞動強度大，工作效率低。北方城市往往采用專業(yè)的大型除雪機除雪，但是由于其購置及使用成本高、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，往往不會配置除雪設備。本設計的目的在于設計一種小型低成本的除雪設備，可以廣泛用于各種小面積的除雪需求環(huán)境。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 利用機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，科學工作者一直在探索如何研制出安全、可靠和實用的清雪機械。 在國外，最初的清雪機械是采用推土機或裝載機，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。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，國外犁式除雪機已具有較高的技術(shù)水平。犁式除雪機出現(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)式清雪機后，清理積雪的工作才變得簡單。旋轉(zhuǎn)式除雪機一般具有切削、集中、推移和拋投的功能，具有結(jié)構(gòu)復雜、功能多的特點。俄羅斯和日本是生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)式除雪機的主要國家，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)相當成熟。根據(jù)我國國情，國內(nèi)應加強雪的力學性質(zhì)研究，建立道路氣象系統(tǒng)，除雪機械應向小型化、高速度的方向發(fā)展，向多功能、機電液一體化的方向發(fā)展，同時注意提高安全性和舒適性。 簡言之，與其它類型的除雪機械相比，拋雪式除雪機一般具有對積雪的切削、集中、推移和拋投功能，其應用較廣，是一種現(xiàn)代化、高效率的除雪機械。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。所以對這種小型的清雪機的研究、設計和開發(fā)必然有很大的現(xiàn)實意義（1）。 2 總體設計方案 2.1 設計任務與要求 冬季降雪覆蓋在路面上給人們的出行帶來諸多不便。傳統(tǒng)的人工除雪方式勞動強度大，工作效率低。北方城市往往采用專業(yè)的大型除雪機除雪，但是由于其購置及使用成本高、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，往往不會配置除雪設備。本設計的目的在于設計一種小型低成本的除雪設備，可以廣泛用于各種小面積的除雪需求環(huán)境（2）。 2.2 系統(tǒng)工作原理 工作時由原動機提供動力，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體，拋雪葉輪利用高速旋轉(zhuǎn)時的離心力將積雪拋出；風機葉片利用氣流將積雪吹出。這樣在人力推動(手推式)下，清雪車不斷前進，就能實現(xiàn)連續(xù)的清除積雪。機械式掃雪機結(jié)構(gòu)示意圖如下： 原動機 傳動裝置 車架 行走裝置 拋雪 裝置 集雪 裝置 積雪 圖1 掃雪機結(jié)構(gòu)示意圖 Fig1 Snowplow structure schematic drawing 本設計通過利用攪龍旋轉(zhuǎn)將雪集中向后推送，再利用離心式風機葉片高速旋轉(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，從而達到除雪目的。 動力傳遞過程為：發(fā)動機→傳動軸→渦輪蝸桿減速器→驅(qū)動軸→攪龍 結(jié)構(gòu)簡圖如下： 1. 攪龍 2. 清雪鏟3. 拋雪筒 4. 傳動系統(tǒng) 5. 發(fā)動機 6. 操作裝置 7. 車輪 8. 車架9. 拋雪輪 圖2 掃雪機結(jié)構(gòu)簡圖 Fig2 Total diagrammatic drawing 2.3 主要技術(shù)參數(shù) 設計的基本參考數(shù)見表1、表2 表1 技術(shù)參數(shù) Table1 Rechnnique parmeter 型號 鏟雪寬（mm） 鏟雪高（mm） 拋雪距離（m） 驅(qū)動功（kw） 1000 200~250 2~3 2 表2 技術(shù)參數(shù) Tabe2 Rechnnique parmeter 自重（kg） 清除率（%） 攪龍直徑（mm） 100kg 2~2.5 95 360 1200×1100×1100 3 具體方案設計及加工 3.1 動力參數(shù) 發(fā)動機型號：EM100 發(fā)動機型式：單缸、風冷、四沖程 缸的容積：163cm3 排量：87 最大輸出：2.2kw/2500 凈重：27kg 3.2 鏈輪、鏈 鏈輪和鏈條將發(fā)動機的動力輸給傳動軸以實現(xiàn)整個機構(gòu)的運轉(zhuǎn)。為了既能保證動力的平 穩(wěn)傳遞，又能保證轉(zhuǎn)速要求，鏈輪的設計和在整個機構(gòu)中的作用也就顯得尤為重要。 暫選齒數(shù)為21，傳動比1:1鏈輪，鏈條暫選型號06B。 功率Pc=KAP=1.3×2=2.6kw(KA=1.3根據(jù)查表得)（3） (1) 3.2.1 定鏈條節(jié)數(shù) 假定中心距a=35p ,則鏈節(jié)數(shù)位 (2) 所以，Lp 取91節(jié) 3.2.2 確定節(jié)距P 單根鏈傳遞功率為P0（4） 。按照轉(zhuǎn)速估計，根據(jù)相應條件和公式得出； (3) (4) 單排鏈條排數(shù)系數(shù)=1 。則P0=2.4 kw (5) 根據(jù)鏈輪的轉(zhuǎn)速和，查表選鏈號06B。得出節(jié)距p=9.525mm。 3.2.3 確定中心距a 初定中心距，其最小中心距0.2Z18.4p, 。 (6) =233.38mm（取整數(shù)234） 3.2.4 驗算鏈速 鏈的平均速度： (7) =8.331m/s V小于12~15m/s, 可用。 3.2.5 壓軸力FQ 有效圓周力為 (8) 取,則壓軸力為 (9) 4 傳動軸的設計與校核 傳動軸是整個機構(gòu)轉(zhuǎn)動的重點，動力由汽油機輸出后直接通過鏈輪將動力向傳動軸，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)動并將動力傳給渦輪，以此實現(xiàn)方向的變化和動力的傳輸。 軸的設計過程如下： 軸的工作情況：無腐蝕條件 軸的轉(zhuǎn)速：n1=2500r/min 軸的輸入功率： P1=P 轉(zhuǎn)矩：T=Td (10) 所設計的軸選用是實心軸，材料牌號： 45正火，回火。 硬度（HB）： 230MPa，抗拉強度：600MPa（5）。 4.1 傳動軸的設計計算 按照扭矩初算軸徑，軸選用45鋼調(diào)質(zhì)，硬度317-255HBS。 根據(jù)機械設計基礎(chǔ)P262（14-2）式，并查表14-3，取c=118 輸入軸 11.256mm (11) 4.2 確定各軸段的直徑和長度(根據(jù)設計要求) 軸的總長為615mm，軸的段數(shù)位4，各段的直徑及長度見表3。 表3 各軸段長度及直徑 Table 3 Each shaft segment length and diameter 長度 直徑 備注 30mm 20mm 裝配深溝球軸承 191mm 34mm 軸肩 76mm 26mm 裝配鏈輪 243mm 20mm 深溝球軸承 235mm 14mm 連接螺旋槳 軸段的載荷信息見表4： 表4 各軸段的載荷信息 Table4 Carries a benelux information 直徑 距左端距離 垂直面剪力 垂直面彎矩 水平面剪力 水平面彎矩 軸向扭矩 20mm 15mm -13.07 0Nmm 0N 0Nmm 6494Nmm 20mm 418.5mm -46.89N 0Nmm 0N 0Nmm 6494Nmm 軸所受支撐的信息如表所示： 表5 軸的支撐信息 Table5 The backing infrmationof shaft 直徑 距左端距離 20mm 15mm 20mm 418.5mm 4.3 軸的校核 4.3.1 垂直支反力計算 距左端距離15mm，垂直支反力FA，距左端距離418.5mm，垂直支反力FB FQ=FA+FB , 又因，則有 解得，F(xiàn)B=183.8N，， (12) 4.3.2 截面C左側(cè)彎矩 (13) 截面C右側(cè)彎矩 (14) 5 渦輪蝸桿 由于動力在傳遞過程中其傳遞方向要發(fā)生改變，同時也需要將轉(zhuǎn)速降低，所以在設計中使用了渦輪蝸桿減速器。所選類型是蝸桿作為動力輸入端，安裝位置處于渦輪上方（6）。 選擇材料：蝸桿用45鋼，表面硬度45-50HCRC。渦輪材料采用ZCuSn10Pb1， 金屬型鑄造（7）。 5.1按接觸強度計算 5.1.1 確定蝸桿頭數(shù)、蝸桿齒數(shù) 查表， (15) 5.1.2 確定渦輪轉(zhuǎn)矩 = 9.55×106 (16) 5.1.3 確定條件 確定載荷系數(shù)=1.1（8），確定彈性系數(shù)ZE =155 轉(zhuǎn)速系數(shù) (17) 壽命系數(shù) 接觸系數(shù)查圖得 接觸疲勞極限由表得，接觸強度安全系數(shù) 5.1.4 初定中心距、模數(shù)、倒程角 (18) =29.95 （a取35mm） M=（1.4~1.7）， 取m=1.6 (19) 5.1.5 計算傳動效率 當量摩擦角, 嚙合效率， (20) 傳動效率 （9）（取，因查時考慮軸承的摩擦損耗， ，考慮蝸桿轉(zhuǎn)速較高） 5.2 驗算齒面接觸強度 = (21) (22) =30.3<35mm ( 原參數(shù)強度足夠） 5.3 計算傳動的主要尺寸 中心距 (23) 蝸桿的分度園直徑 ， 蝸桿齒頂圓直徑 ， (24) 蝸桿齒根圓直徑 ，(25) 蝸桿軸向齒距 ， (26) 蝸桿輪齒螺紋部分長度 (27) 渦輪分度圓直徑 ， (28) 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 5.4 彎曲強度驗算 齒形系數(shù)查表得， ，螺旋角系數(shù) 極限彎曲應力查表得， 許用彎曲應力 （取SFmin=1.4） 彎曲應力10) (29) ( 6 攪龍軸設計與校核 攪龍軸是整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的核心，通過連接渦輪和裝有螺旋葉片的圓筒來實現(xiàn)其功能。軸的中間與渦輪相連接，依次往兩邊在通過軸承固定在箱體上，然后連接圓筒，是整個機構(gòu)運轉(zhuǎn)順暢。 攪龍軸的加工，先車一根長670mm材料，然后將左右兩端車到，再根據(jù)設計要求車出所需要的大小、長度以及精度，最后銑出花鍵。整個加工過程不算是很復雜，但是需要反復的加工以及把握好精度的控制（11）。 軸的設計過程如下： 軸的工作情況：無腐蝕條件 軸的轉(zhuǎn)速n2=83.3 軸輸入功率 轉(zhuǎn)矩T=9.55 =9.55 =1.49 所設計的軸是實心軸，材料牌號為45正火、回火（12）。 6.1 軸的設計計算 按扭矩初算軸徑，軸選用45鋼調(diào)質(zhì)，硬度217-255HBS。根據(jù)機械設計基礎(chǔ) (14-2)式，并查表14-3，取c=118 輸入軸 (30) 考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則 所以選擇d=17mm 6.2 確定各軸的直徑和長度 軸的總長為615mm， 軸的段數(shù)為7，各段的直徑及長度見表6 表6 各軸段長度及直徑 T able6 Each shaft segment length and diameter 長度 直徑 備注 30mm 17mm 裝配軸承 252.5mm 19.2mm 裝配攪龍滾筒 15mm 20mm 裝配軸承 10mm 24mm 軸肩 252.5mm 19.2mm 裝配攪龍軸承 30mm 17mm 裝配軸承 6.3 軸的校核 1、求水平面支反力 根據(jù)渦輪蝸桿傳動的受力分析， 蝸桿徑向力 渦輪受徑向力 渦輪受軸向力 軸支撐的跨度為620mm所以； （13） (31) 2、水平彎矩： (32) 3、 求垂直面支反力， 由 得： (33) 則有： (34) 由得： 4、 垂直彎矩： 截面C左側(cè)彎矩 截面右側(cè)彎矩 5、 合成彎矩：根據(jù)得（14）， 6、 轉(zhuǎn)矩： 7、 當量彎矩： (35) 由當量彎矩圖和軸的結(jié)構(gòu)圖可知，C和D處都有可能是危險截面，分別計算其當量彎矩（15）。 C截面： D截面： 8、 校核危險截面處的強度： C截面： (36) D截面： (37) 所以軸的強度足夠。 7 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。 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=6mm。根據(jù)參考鍵長系列，選鍵長L=18mm（16）。 2、校核鍵連接的強度 鍵、軸的材料都是鋼，渦輪材料為ZCuSn10Pb1，查表得鍵的許用應力，取。工作長度，鍵與輪轂鍵槽的高度（17）。于是可求得： (38) 該鍵標記為取件標記為：鍵6 8 螺旋葉片的設計 攪龍的螺旋葉片是整個結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的工作直接影響的除雪的效果。而且設計和安裝都比較困難，其動力輸入部分在中間，攪龍也要講雪向中間集中并向后輸送，所以，攪龍葉片左右旋向相反。螺旋葉片成型后的節(jié)距P、葉片內(nèi)徑d、葉片外徑D（18）。 節(jié)距P：相鄰兩葉片上對應點間的軸向距離； 葉片內(nèi)經(jīng)d：3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，嚴重影響運轉(zhuǎn)效果（19）。 再者，同一根軸上葉片的磨損速度也不一樣，旋轉(zhuǎn)無序狀態(tài)，對葉片的磨損最為嚴重（尤其是負載較大或使用次6數(shù)過多）。往往一根軸上只有一端的三五篇葉片磨損需要更換，由此而廢棄整根軸很可惜，我們將葉片設計成可以互換的，這樣大大減少成本（20）。 螺旋葉片的下料尺寸其尺寸可通過計算得，計算式： (39) 式中：L── 外螺旋線實長（mm）； l ── 內(nèi)螺旋線實長（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（mm） P ── 節(jié)距（mm） 9 結(jié)論 9.1 設計完成情況 通過一個學期的努力，終于順利完成了掃雪機的設計工作，進行了工程圖的繪制、傳動的計和重要零件的校核?；就瓿闪嗽O計要求。當然其中還有些不足之處，在以后的學習工作中要注意。 9.2結(jié)論 通過此次掃雪機的設計過程中的理論分析和設計得出以下結(jié)論： 1．通過研究目前國內(nèi)外該種設備的發(fā)展情況提出了一種清雪設備的工作原理。 2．設計出了該種清雪設備，并進行了工程圖的繪制，確定了其基本參數(shù)。 3．針對現(xiàn)有掃雪機的不足進行改進，完善了其中的一些細節(jié)，使設計出的產(chǎn)品更新穎、美觀、適用。 4．通過對掃雪機的進一步研究和完善，為以后生產(chǎn)出適合中國情的清雪設備奠定了基礎(chǔ)。 參考文獻 [1] 吾布利，小型清雪機研制[J]，新疆農(nóng)機化，2000：6-12 [2] 朱彩霞， 夏智武，QX700型庭院清雪機的研制[J]，新疆農(nóng)機化，2002：31-32 [3] 劉清，張宏光，陳玉清，DQX—1.2型道路積雪清除機的實驗研究[J]，農(nóng)機化研究，1995：23-25 [4] 杜明清，小型螺桿式清雪車研究[D]，南京理工大學，2004：68-81 [5] 李晶，小型旋轉(zhuǎn)式清雪車的總體設計和三維繪圖[D]，大連鐵道學院，2003：45-52 [6] 耿志凌，鮑俠，吉爾133 除雪車增加救援裝置的研究[J],黑龍江交通科技，2006：60-61 [7] 朱志堅，凌波，多功能道路剁冰清雪機液壓系統(tǒng)抗沖擊措施[J]，液壓與氣動，2001：33-34 [8] 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在完成設計的過程中，得到了很多關(guān)心、支持和幫助，再一次對各位老師同學表示感謝。