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小型掃雪機(jī)掃雪機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì).docx

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小型掃雪機(jī)掃雪機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘  要

掃雪機(jī)的問(wèn)世，讓人們?cè)谏钪袦p少了很多麻煩。本文在分析了國(guó)內(nèi)外多種掃雪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀之后提出，主要運(yùn)用范圍是大型除雪設(shè)備所不能觸及到的路面。結(jié)合路面的寬窄，積雪的厚度等因素，設(shè)計(jì)了一種小型的路面掃雪機(jī)。本設(shè)計(jì)在對(duì)掃雪機(jī)的工作原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算確定機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及動(dòng)力裝置，然后進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，把控制和機(jī)械有機(jī)結(jié)合。

本設(shè)計(jì)運(yùn)用三維繪圖軟件創(chuàng)建了掃雪機(jī)各零部件三維模型，進(jìn)行整體的三維裝配，展現(xiàn)其整體的造型效果，繪制部分二維零件圖及裝配圖，完成了基于單片機(jī)的微機(jī)控制電氣原理圖。

關(guān)鍵詞:  掃雪機(jī)；機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；直流伺服電機(jī)；單片機(jī) 

ABSTRACT

The advent of snowplows has reduced people's troubles in their lives. This paper analyzes the development of many kinds of snowplows at home and abroad.The main application is the surface of the road that the large scale removal equipment cannot reach.Combined with the width of the road and the thickness of the snow, a small road snowplow was designed.This design on the basis of the analysis of the working principle of the snowplow, through the calceolation to determine the mechanical transmission mechanism and power device and then designed the control system to combine the control and machanism in a organic way.

This design using the 3 d drawing software to create a snowplow parts 3 d model, the whole 3 d assembly, show the modelling of its overall effect, the drawing part 2 d part drawing and assembly drawing, completed based on single chip microcomputer control electric schematic diagram.

keywords: snow sweepers; Mechanical design; Control system design; Dc servo motor Single chip microcomputer

目  錄

1 緒論 1

1.1 選題的目的與意義 1

1.2 目前主要的除雪方法 1

1.3 目前掃雪機(jī)種類(lèi)及存在問(wèn)題 2

1.4 掃雪機(jī)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 2

1.5 課題主要內(nèi)容 3

2 總體方案設(shè)計(jì) 5

2.1 雪的物理性質(zhì) 5

2.2 掃雪機(jī)總體方案及比較 5

2.3 工作原理概述 6

2.3.1 基本結(jié)構(gòu) 6

2.3.2 工作原理 7

2.4 方案的實(shí)施 7

3 掃雪機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9

3.1 動(dòng)力裝置的選擇 9

3.2 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 10

3.2.1 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 10

3.2.2鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 13

3.2.3 動(dòng)力軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 15

3.3 掃雪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 18

3.3.1 工作電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 18

3.3.2 掃雪輥的設(shè)計(jì)計(jì)算 18

3.3.3 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 20

3.3.4  同步帶的主要參數(shù) 23

3.3.5同步帶的設(shè)計(jì) 24

4 掃雪機(jī)的控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26

4.1 控制系統(tǒng)的選擇及整體設(shè)計(jì) 26

4.1.1 控制器 26

4.1.2伺服電機(jī)控制 27

4.1.3控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 27

4.1.4伺服系統(tǒng)接口設(shè)計(jì) 28

4.2 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28

總結(jié)與展望 31

參考文獻(xiàn) 32

致謝 33

本科生畢業(yè)答辯 指導(dǎo)老師：祁文軍 學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 班級(jí)：機(jī)械工程 13姓名：竇萬(wàn)文 小型掃雪機(jī)掃雪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 文獻(xiàn)檢索及調(diào)研工作，文獻(xiàn)檢索不低于 15篇。 1 進(jìn)行私服給進(jìn)系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 2 進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 4 繪制機(jī)械裝配圖一張（ 4 繪制電器控制原理圖一張（ 5 6 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 小型掃雪機(jī)介紹 2 2 2. 小型掃雪機(jī)設(shè)計(jì)方案介紹 ? 按其工作原理不通主要分為： 按其掃雪機(jī)掃雪械部分的不同分為： 小型臥式滾掃型掃雪機(jī) 小型掃雪機(jī)設(shè)計(jì)方案介紹 臥式滾掃型掃雪機(jī)是將滾刷直接與地面接觸，滾刷軸線(xiàn)與地面平行，即與工作機(jī)的行駛面平行，在驅(qū)動(dòng)力的作用下滾刷高速旋轉(zhuǎn)，掃除路面。 直列排布滾掃式掃雪機(jī)是指滾筒上各排刷毛均沿滾筒軸線(xiàn)方向平行排布， 滾刷刷毛密集，清掃路面時(shí)不會(huì)有漏掃的地方， 目前國(guó)內(nèi)多數(shù)滾掃型掃雪機(jī)的掃雪滾均采用這種排布形式。 電機(jī)工作后輸出的運(yùn)勱經(jīng)過(guò)減速箱降低轉(zhuǎn)速增加扭矩后通過(guò)鏈輪，鏈條輸出運(yùn)勱，驅(qū)勱行走輪向前行走。在通過(guò)掃雪電機(jī)輸出運(yùn)勱經(jīng)過(guò)皮帶輪降低轉(zhuǎn)速后驅(qū)勱掃雪刷旋轉(zhuǎn)，清掃路面積雪。清雪效果好 ，而且 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 運(yùn)勱方式多樣 ， 制造方便 ， 傳勱效果和使用維護(hù)方便 。同時(shí)，因?yàn)槭褂玫氖侵绷魉欧姍C(jī)，所以使用時(shí) 沒(méi)有噪聲污染 ，減少了對(duì)居民的騷擾。與此同時(shí)，使用電機(jī)也符合了國(guó)家的關(guān)于 使用清潔能 源戰(zhàn)略的政策。 計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)解決的問(wèn)題 ? ? 、帶傳動(dòng)等重要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及校核 ? ? 3. 小型掃雪機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 動(dòng)力源選擇： 考慮到本次的掃雪機(jī)方案設(shè)計(jì)，會(huì)有控制掃雪機(jī)的速度設(shè)計(jì)，按照不同程度的降雪，會(huì)有相應(yīng)的速度調(diào)節(jié)。所以，動(dòng)力源我們選擇獨(dú)立動(dòng)力分置型。 設(shè)計(jì)的是手推式掃雪機(jī)，機(jī)架上有扶手，支撐電動(dòng)機(jī)，變速箱，主動(dòng)鏈輪，帶輪等裝置。 帶傳動(dòng)依照傳遞方式分為摩擦傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)兩類(lèi)。摩擦傳動(dòng)帶包含平帶， V 帶，多楔帶，同步帶。在這里咱們選用的是同步帶，與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸相連；帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比是 3。 變速箱用的是蝸輪蝸桿傳動(dòng)，它的傳動(dòng)比是 32。電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與變速箱相連。 行走輪子主要是用于支撐，行走的作用，于機(jī)架的兩側(cè)呈對(duì)稱(chēng)分布。 掃雪裝置包括原動(dòng)機(jī)，帶輪，皮帶，滾刷，滾筒，掃雪輥。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 重要零件設(shè)計(jì)及校核 4 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 步帶傳勱的設(shè)計(jì) 步帶傳勱的設(shè)計(jì) 同步帶輪 設(shè)計(jì)中直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制采用 電機(jī)接口圖 存在的問(wèn)題 5 5 存在的問(wèn)題 部件需要進(jìn)行更進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì) 致謝 新 疆 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 班 級(jí)： 機(jī)械 1311 班 姓 名： 竇萬(wàn)文 論文（設(shè)計(jì)）題目： 小型掃雪機(jī)掃雪系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 題： 論文（設(shè)計(jì)）來(lái)源： 應(yīng)用研究 要求完成的內(nèi)容： 文獻(xiàn)檢索及調(diào)研工作，文獻(xiàn)檢索不低于 15 篇 要進(jìn)行伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 繪制機(jī)械裝配圖一張（ 繪制電氣控制原理圖一張（ 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 發(fā)題日期： 2016 年 12 月 30 日 完成日期： 2017 年 5 月 30 日 實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)單位： 中 國(guó) 一 拖 地點(diǎn)： 洛陽(yáng) 論文頁(yè)數(shù)： 頁(yè)； 圖紙張數(shù)： 指導(dǎo)教師 ： 教研室主任 ： 伊里哈木 院長(zhǎng)（系主任 ）： 孫文磊 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 聲 明 本人鄭重聲明，畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 —— 《 小型掃雪機(jī)掃雪系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 》系本人在相關(guān)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，沒(méi)有抄襲、剽竊他人成果，由此造成的一切后果由本人負(fù)責(zé)。 聲明人： 2017 年 5 月 30 日 大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題 目 : 小型掃雪機(jī)掃雪系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師 : 祁文軍 學(xué)生姓名： 竇萬(wàn)文 所屬院系： 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械工程（礦山機(jī)電） 班 級(jí) ： 13 完成日期 ： 2017 年 5 月 31 日 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） I 摘 要 掃雪機(jī)的 問(wèn)世 ， 讓人們?cè)谏钪袦p少了很多麻煩 。 本文在 分析了國(guó)內(nèi)外 多種掃雪機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 之 后提出 ， 主要運(yùn)用范圍是大型 除雪設(shè)備 所不能觸及 到 的 路面 。 結(jié)合 路面的寬窄， 積雪 的厚度 等 因素，設(shè)計(jì) 了 一種小型的路面掃雪機(jī) 。 本 設(shè)計(jì) 在對(duì)掃雪機(jī)的工作原理進(jìn)行 分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算確定機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及動(dòng)力裝置 ， 然后進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，把 控制 和 機(jī)械有 機(jī) 結(jié)合。 本 設(shè)計(jì) 運(yùn)用 三維繪圖 軟件 創(chuàng)建 了掃雪機(jī) 各零部件 三維 模型，進(jìn)行 整體的三維裝配 ， 展現(xiàn)其整體的造型效果 ， 繪制 部分 二維 零件圖及 裝配圖，完成了基于單片機(jī)的微機(jī)控制電氣原理圖。 關(guān)鍵詞 : 掃雪機(jī) ； 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ； 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ； 直流伺服電機(jī) ； 單片機(jī) 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） he of s in of of at is of of of a on of of of to to in a d to a d d of d on Dc 疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） 錄 1 緒論 ...................................................................... 1 題的目的與意義 ..................................................... 1 前主要的除雪方法 ................................................... 1 前掃雪機(jī)種類(lèi)及存在問(wèn)題 ............................................. 2 雪機(jī)國(guó)內(nèi)外的 發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................... 2 題主要內(nèi)容 ......................................................... 3 2 總體方案設(shè)計(jì) ............................................................... 5 的物理性質(zhì) ......................................................... 5 雪機(jī)總體方案及比較 ................................................. 5 作原理概述 ......................................................... 6 本結(jié)構(gòu) ....................................................... 6 作原理 ....................................................... 7 案的實(shí)施 ........................................................... 7 3 掃雪機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................... 9 力裝置的選擇 ....................................................... 9 動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................. 10 速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................. 10 ................................................ 13 力軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................. 15 雪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................. 18 作 電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................ 18 雪輥的設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................. 18 步 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .......................................... 20 同步帶的主要參數(shù) ............................................. 23 .................................................. 24 4 掃雪機(jī)的控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................................... 26 制系統(tǒng)的選擇及整體設(shè)計(jì) ............................................ 26 制器 ........................................................ 26 .................................................. 27 .............................................. 27 .............................................. 28 制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .............................................. 28 總結(jié)與展望 .................................................................. 31 參考文獻(xiàn) .................................................................... 32 致謝 ....................................................................... 33 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 1 緒論 題的目的與意義 冬天， 北方的 人 都是 天天盼 這下 雪， 如果整個(gè) 冬天 沒(méi)有下幾次大雪 ，就好像這 不是一個(gè)完整的冬天 。 早晨人們一覺(jué)醒來(lái) ， 出門(mén) 看見(jiàn)一片白茫茫 的景象 ， 就有種 “忽如一夜春風(fēng)來(lái)，千樹(shù)萬(wàn)樹(shù)梨花開(kāi)” 的感覺(jué) ，這是人間最美不過(guò)的畫(huà)面 了 。也是人們期盼已久的時(shí)候， 人們通常都喜歡出門(mén)玩耍， 在雪地里滑雪玩耍 。然而這種美景， 也會(huì)給 人們帶來(lái) 很多麻煩。 一場(chǎng) 大雪過(guò)后， 路面 濕滑， 并且 摩擦阻力變小，車(chē)輛通行時(shí) 往往會(huì) 發(fā)生交通事故，行人也是 會(huì) 時(shí)常滑倒，造成 身體損傷 。然而城市道路的清掃，大多 數(shù) 是環(huán)衛(wèi)工人 和大型除雪機(jī)械 。他們?cè)谘┩?后 ，就 全體出動(dòng) ， 拿著 掃帚趕到公路上開(kāi)始工作，辛苦一 天卻 效率不高 。因此，雪 會(huì)堆積在路面 ，道路越來(lái)越難 行走 ， 是 導(dǎo)致事故頻繁發(fā)生 的原因 。 為了解放勞動(dòng)力 ,提高勞動(dòng)效率 ,機(jī)械化是勞動(dòng)的必然選擇 ， 因此，為了更加方便快捷的清掃 路面積雪 ，提高工作效率 與質(zhì)量 ，設(shè)計(jì)出一種小型路面掃雪機(jī)是很有必要的 。 機(jī)器代替體力勞動(dòng) ,不僅效率高 ,而且能長(zhǎng)時(shí)間工作 ，這樣路面清掃速度 加 快，事故發(fā)生也會(huì) 必然 減少。 前主要的除雪方法 現(xiàn)在的 除雪采用的方法主要 是 ：①人工 的 傳統(tǒng)除雪；②利用融雪劑來(lái)清除 路面積雪 ；③利用各 類(lèi) 除雪 設(shè)備 來(lái)除雪。 人工除雪浪費(fèi)人力 、 工作效率 很 低、作業(yè)成本 也 高、占用 的 路面時(shí)間 很 長(zhǎng) ，而 且 只能 在白天 進(jìn)行作業(yè) ， 這樣就會(huì) 有很多 的 安全 隱患 ， 更 容易發(fā)生交通 安全 事故， 會(huì)對(duì) 來(lái)往的車(chē)輛 和 行人帶來(lái)不便。 融雪劑除雪是依靠熱的作用或化學(xué)藥劑 發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ，使積雪 慢慢 融化的方法。主要用于廣場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)、城市 大 路等，起 著 除雪 和 防凍的作用 。 但是，同時(shí)也 會(huì) 對(duì)周?chē)h(huán)境造成 一定的 危害。 并且 融雪劑的費(fèi)用高，容易對(duì)道路和城市環(huán)境造成 一定 污染， 對(duì) 人的身體健康 有一定損害 。而且，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)， 會(huì) 失去其原有的作用， 同時(shí) 不利于保護(hù)車(chē)輛的輪胎。所以，這種除雪方法的使用范圍有一定的 局限性 。 機(jī)械 除 雪是通過(guò)機(jī)械 設(shè)備 直接對(duì)雪進(jìn)行鏟除 與 清掃，主要 有 犁式掃雪機(jī)和螺旋轉(zhuǎn)子掃雪機(jī)兩大類(lèi)?，F(xiàn)今，傳統(tǒng)人工清雪法和融雪劑清雪法已經(jīng)不能滿(mǎn)足 生活需要，所以需要性能 好 、自動(dòng)化程度高的機(jī)械 除雪 設(shè)備來(lái)替代。但 現(xiàn)在 掃雪機(jī)種類(lèi)并不多，且設(shè)備還不 是很 完善，存在著 很 多不足 [1]。 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 前掃雪機(jī)種類(lèi)及存在問(wèn)題 目前市場(chǎng)上的掃雪機(jī) 有很多種， 按其工作原理 主要分為以下幾種： 一 種是 推移式掃雪機(jī)： 主要是將 推雪鏟刀 安裝在大型車(chē)輛上 ， 如推土機(jī)等等。在經(jīng)過(guò) 掃雪犁等裝置，將雪推走， 對(duì)路面進(jìn)行清掃 ，然后再利用其它車(chē)輛將雪拉走。這 類(lèi) 形式的掃雪機(jī)，清理效率低，容易劃傷地面，且耗費(fèi)時(shí)間。由于借助大型車(chē)輛，所以在路面 進(jìn)行作業(yè) 有一定的局限性 其除雪裝置如右圖。 第二類(lèi)是 拋雪式掃雪機(jī)：拋雪式 掃雪機(jī)在市面上最為常見(jiàn) ， 它 先利用攪龍 先 收集積雪，再利用拋雪泵 裝置將雪拋出。這種掃雪機(jī)清掃效率 比較 高，速度 也很 快，是使用最廣泛的一種 掃雪機(jī)，其除雪裝置如圖 第三類(lèi) 是吹雪式掃雪機(jī)： 它是 利用航空發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)大空氣流 ， 氣流 由噴口吹出， 從而達(dá)到 清除地面積雪 的目的 。 但是 這種掃雪機(jī)運(yùn)行速度 很 高， 能量消耗大， 成本高，只能 使用于 機(jī)場(chǎng)、高速路等寬曠地區(qū) 的 使用，不適合小型 產(chǎn)品的生產(chǎn)。 這幾類(lèi)大型的除雪 設(shè)備， 基本都使 用于較寬 或者空曠 的路面， 不適合 在城市交通道路上 作業(yè) ， 而 且這幾種掃雪機(jī) 都是采用 鏟刀或者攪龍 裝置 ， 更 容易 把 路面劃傷， 并 且對(duì)于 高低 不平的地面起不到很好地 處理 效果。 雪機(jī)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 資料顯示 國(guó)外掃雪機(jī)發(fā)展 歷史 已有很長(zhǎng)的 時(shí)間，尤其是 近 幾 年來(lái)，發(fā)展迅速，大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 種類(lèi) 繁多 ，各生產(chǎn) 廠(chǎng)家 在 不斷地采取 新技術(shù)的同時(shí)，不斷 地更新 產(chǎn)品的作業(yè)性能和操作性能，以便適應(yīng) 各種 掃雪 條件 的要求。早 年 的掃雪 裝置 是利用推土機(jī) 推行 ，后來(lái) 漸 漸 變 為犁式掃雪機(jī)。 1943 年 的時(shí)候 ，日本就 已經(jīng)在卡車(chē)上 開(kāi)始 裝配 V 型犁式掃雪器，用來(lái)掃 出路面積雪 。 我國(guó)在經(jīng)過(guò)了很多年的 發(fā)展，犁式掃雪機(jī)已有有了相當(dāng) 高的技術(shù)水平 。 在除雪機(jī)的研究在我國(guó)還比較少，據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)的實(shí)際研究和發(fā)展是在上世紀(jì) 80 年代后，隨著改革開(kāi)放的發(fā)展，開(kāi)始了新的道路，在機(jī)動(dòng)車(chē)層出不窮。掃雪機(jī)也出現(xiàn)了與時(shí)代發(fā)展的需求，主要的研究工作是在東北，下雪的地方在大數(shù)量、高需求。通過(guò)深入研究，國(guó)內(nèi)多臺(tái)機(jī)器生產(chǎn)，除雪作業(yè)外，發(fā)揮一定作用，但效率低，成本高，接地能力差。 90年代初，中國(guó)的沈陽(yáng)大連高速公路引進(jìn)德國(guó)“ 烏尼莫克道路綜合養(yǎng)護(hù)車(chē) 、犁式除雪 等 裝置 作為 輔助設(shè)備。國(guó)內(nèi)的犁式除雪機(jī)的研究 在近幾年 也取得了一定的成績(jī)，有了一些成功的產(chǎn)品，如 掃雪機(jī) 和 系列掃雪機(jī)， 分別 是由 西安公路研究院 和 吉林交通科學(xué)研究院 研究開(kāi)發(fā)的。還有 哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所開(kāi)發(fā)的集成 2]。 但 犁式除雪 機(jī) 對(duì) 剛下的積雪處理效果 好， 并 不能解決積雪 很久的 路。 旋轉(zhuǎn)式掃雪機(jī)的出現(xiàn)，清理道路上的積雪變得簡(jiǎn)單。旋轉(zhuǎn)式掃雪機(jī)一般具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 、功能多樣 等 的特點(diǎn)。德國(guó)和日本是主要生產(chǎn)國(guó)，這樣的技術(shù)是成熟的，在世界上處于領(lǐng)先水平的產(chǎn)品性能。 在雪地里， 掃 雪機(jī)的車(chē)身尺寸和速度是影響交通的重要因素，車(chē)身過(guò)大，會(huì)造成路面 占道 ；低速會(huì)影響交通，造成交通堵塞。小型 掃 雪機(jī)適用于企業(yè) 單位 、城市道路和環(huán)衛(wèi)工人，幾乎不常見(jiàn)， 而且 發(fā)展緩慢。所以小型 掃雪 機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)于國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展起著一定的作用。 題主要內(nèi)容 根據(jù)現(xiàn)有的除雪設(shè)備本 文 預(yù)設(shè)計(jì)一個(gè)適用于較窄的道路， 如 工廠(chǎng) 道路 ，學(xué)校馬路 ，或住宅小區(qū)內(nèi)的道路積雪清掃機(jī)。該掃雪機(jī)的工作原理是掃雪機(jī)在工作人 的推行操作下，沿著積雪路面做掃雪作業(yè)，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)刷子一次性把雪向前拋到行走的前方，集成一堆后在清掃裝車(chē)運(yùn)走 ，一次完成清掃任務(wù)。該設(shè)備不用集雪裝置，能實(shí)現(xiàn)一次性集雪功能，這設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，提高積雪的清掃效率。在完成預(yù)想設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其主要零件進(jìn)行計(jì)算和分析 。 主要完成的內(nèi)容如下： （ 1)通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外 掃雪 裝備的發(fā)展情況，提出 本文計(jì)劃設(shè)計(jì)的 一種小型掃雪機(jī)設(shè)備的工作原理。 (2)進(jìn)行小型掃雪機(jī)方案設(shè)計(jì)。 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 （ 3)各零部件的具體設(shè)計(jì)，確定掃雪機(jī)的基本尺寸，連接問(wèn)題。 （ 4）查閱相關(guān)資料，了解掃雪機(jī)行走的速度 ， 進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 （ 5）根據(jù)實(shí)際情況確定要使用的控制系統(tǒng)硬件。 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 2 總體方案設(shè)計(jì) 的物理性質(zhì) 由于溫度的改變，下雪時(shí)間的長(zhǎng)短，雪的密度、硬度均不同，且由于路面有車(chē)輛行駛，導(dǎo)致積雪的摩擦系數(shù)發(fā)生改變，所以在設(shè)計(jì)掃雪機(jī)之前，要先對(duì)道路上的積雪進(jìn)行研究了解。經(jīng)過(guò)多次調(diào)查取樣，雪的密度在 ???3。 道路不一樣 ，雪的性質(zhì) 也有所 不同， 故 雪的密度 、 厚度是設(shè)計(jì)計(jì)算的重要參數(shù)。 雪機(jī)總體方案及比較 滾刷 式 除雪機(jī)是 依靠的是 滾刷的高速旋轉(zhuǎn)來(lái) 對(duì)路面積雪進(jìn)行清掃 ， 掃雪刷的材料是由實(shí)際工作情況而定 。滾刷式掃雪機(jī)的 滾刷 屬于柔性 結(jié)構(gòu) ，滾動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)作業(yè) 時(shí) 相對(duì)其他大型掃雪設(shè)備 對(duì)路面造成的損害較小， 除雪 后路面基本不會(huì)產(chǎn)生明顯的 刮傷 痕跡。同時(shí) 滾刷式掃雪機(jī) 還具有噪音低、自適應(yīng)性強(qiáng)、清掃 干 凈等優(yōu)點(diǎn)。 滾刷 式除雪 機(jī) 作業(yè)范圍相對(duì)其他 掃雪設(shè)備 清雪較廣，清掃道路時(shí)可以應(yīng)付各種復(fù)雜路面 情況 。 這些年 ， 為了解決冰雪災(zāi)害對(duì)人們生活的不利影響，各研究部門(mén) 積極 對(duì)冰雪的處理進(jìn)行研究 ，滾刷 式 除雪 機(jī)頗受人們 重視， 隨著技術(shù)的不斷更新，冰雪對(duì)人們生活的影響逐漸減小。 滾刷式掃雪機(jī)的 機(jī)械 部分 主要分為盤(pán)式轉(zhuǎn)掃、碾壓磙以及臥式滾掃三種類(lèi)型。 我 分別對(duì)三類(lèi)清雪機(jī)械進(jìn)行 了 分析 如下 。 （ 1）盤(pán)式轉(zhuǎn)掃型掃雪機(jī)是指其刷掃裝置的轉(zhuǎn)軸垂直于地面或與地面保持一定傾角 (一般在 80° 左右 )的清雪裝備。 盤(pán)刷 好像 一個(gè)盤(pán)狀物 在向下倒扣 ，整個(gè) 形狀 呈圓臺(tái)狀。盤(pán)刷多安置于掃雪機(jī)的兩邊 ，這樣不 僅僅 可以更大范圍的攏掃積雪，同時(shí)還可以避免在 轉(zhuǎn)彎角度 過(guò)大時(shí) 工作 的 主機(jī)車(chē)輪 和路巖掛碰 。 為 防止刷盤(pán) 與 車(chē)輛、行人或路旁障礙物 碰撞， 側(cè)刷 上 一般 都要 安裝避障 裝置 。 依據(jù) 以往作業(yè) 效果 ， 設(shè)置 轉(zhuǎn)軸與地面的傾斜夾角可以 有效的 將積雪向 一個(gè) 位置 聚集 ，不 發(fā)生到處飛濺的情況 ，對(duì)清掃質(zhì)量有明顯的提升。 （ 2）碾壓磙結(jié)構(gòu)是一種 對(duì) 硬化積雪清除 的 裝置 ， 專(zhuān)門(mén) 為清除壓實(shí) 的 積雪 而設(shè)計(jì)的。這種 除雪裝置適 合對(duì) 堅(jiān)硬 的 冰雪 進(jìn)行 清除， 在 設(shè)計(jì)壓磙式除雪裝置時(shí)應(yīng)該要 充分 的 考慮 對(duì) 路面 的 保護(hù)問(wèn)題，保證路面不被破壞。 這種結(jié)構(gòu)是 在圓筒形的滾筒上安裝上刀片或齒刀，構(gòu)成碾壓磙。根據(jù)壓磙磙刀的安裝角度，分為斜刃式壓磙和直刃式壓磙。相關(guān)文獻(xiàn)表明，斜刃式壓磙的銑削效果及其對(duì)路面的保護(hù)性明顯優(yōu)于直刃式壓磙。 （ 3）臥式滾掃型掃雪機(jī)是將滾刷直接與地 面 相 接觸，滾刷軸與地面平行，即與 掃雪機(jī) 的行駛面平行， 在動(dòng)力裝置的驅(qū)動(dòng) 作用下滾刷高速旋轉(zhuǎn)， 對(duì)路面進(jìn)行大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 掃除。 直列排布滾掃式掃雪機(jī)是指滾筒上各排刷毛均沿滾筒軸線(xiàn)方向平行排布，滾刷刷毛密集，清掃路面時(shí)不會(huì)有漏掃的地方，目前國(guó)內(nèi)多數(shù)滾掃型掃雪機(jī)的掃雪滾均采用這種排布形式 [3]。 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)后發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)減速箱降低轉(zhuǎn)速增加扭矩后通過(guò)鏈輪，鏈條輸出運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)行走輪向前行走。在通過(guò)掃雪電機(jī)輸出運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)皮帶輪降低轉(zhuǎn)速后驅(qū)動(dòng)掃雪刷旋轉(zhuǎn)，清掃路面積雪。清雪效果好，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)方式多樣，制造方便，傳動(dòng)效果和使用維護(hù)方便。同時(shí)，因?yàn)槭褂玫氖侵绷魉欧姍C(jī)，所以使用時(shí)沒(méi)有噪聲污染，減少了對(duì)居民的騷擾。與此同時(shí)，使用電機(jī)也符合了國(guó)家的關(guān)于使用清潔能源戰(zhàn)略的政策。 綜上，我們選擇第三個(gè)方案。 除雪裝置的設(shè)置 依據(jù)動(dòng)力來(lái)源 可以分 以下 幾種 類(lèi)型 ： （ 1）獨(dú)立動(dòng)力型 用分離的發(fā)動(dòng)機(jī)作為除雪單元的動(dòng)力源 ,發(fā)動(dòng)機(jī)和除雪機(jī)構(gòu)組成一個(gè)整體。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是主機(jī)可以完成一臺(tái)機(jī)器的使用。 （ 2）獨(dú)立動(dòng)力分置型 有單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)作為除雪裝置的主要驅(qū)動(dòng)力 ， 但發(fā)動(dòng)機(jī)和除雪裝置可以單獨(dú)放置在主機(jī)的適當(dāng)位置。 （ 3）共用動(dòng)力型 即由主機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)采用液壓等方式將主機(jī)動(dòng)力分配使用，在保證正常行駛的同時(shí)，為除雪工作裝置提供動(dòng)力。一般發(fā)達(dá)國(guó)家的專(zhuān)業(yè)掃雪機(jī)通常是共用動(dòng)力型的，其優(yōu)勢(shì)在于可以根據(jù)負(fù)載情況將通用主要?jiǎng)恿α鞣峙涞母侠恚饶芴岣吖πв帜芄?jié)省能源。 考慮到本次的掃雪機(jī)方案設(shè)計(jì)，會(huì)有控制掃雪機(jī)的速度設(shè)計(jì)，按照不同程度的降雪，會(huì)有相 應(yīng)的兩檔速度調(diào)節(jié)。所以，我們選擇了方案（ 2）獨(dú)立動(dòng)力分置型。 作原理概述 本結(jié)構(gòu) 小 型掃 雪機(jī)一般由機(jī)架、原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、工作裝置、行走裝置 組成 。考慮到設(shè)計(jì)需要，本設(shè)計(jì)中原動(dòng)機(jī)選取的是電動(dòng)機(jī)。傳動(dòng)方案采用了皮帶傳動(dòng)， 蝸桿傳動(dòng) ,鏈傳動(dòng)。行走裝置用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械的 行走 。它有兩種手推和自走式 。 本次設(shè)計(jì)中采用的是手推式。 掃雪工作裝置采用的是滾刷式滾筒掃雪機(jī)構(gòu)。滾刷主要由滾筒，方頭刷，動(dòng)力軸（掃雪輥），軸承等組成。其通過(guò)可拆卸固定鏈接方式安裝于掃雪機(jī)的前端。大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 方頭刷的刷絲為尼龍絲或鋼絲（本次設(shè)計(jì)選用鋼絲與尼龍絲混用的方式）。滾筒固定在滾刷的上方，用于防止殘雪飛濺 [4}。 作原理 操作時(shí) ,直流伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)箱驅(qū)動(dòng)輸出功率 ,鏈接主動(dòng)鏈輪 ,這樣 ,鏈輪帶動(dòng)鏈條傳動(dòng) ,實(shí)現(xiàn)行走輪的向前運(yùn)動(dòng)。 案的實(shí)施 由于除雪機(jī)主要用于校園、人行道、單位、工廠(chǎng)和居民區(qū) ,所以機(jī)器體積不算太大。我們使用 的 電機(jī)按電源的分類(lèi) :可分為 直流 電機(jī)和交流電機(jī) ,其中交流電機(jī)又分為單相電機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。 這種掃雪機(jī)需要 靈活的運(yùn)動(dòng) ,工作適應(yīng)度高 ,用于戶(hù)外的積雪清掃工作。所以一般采用蓄電池供電 ,因此多采用直流電動(dòng)機(jī)。 直流伺服電機(jī)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn) : (1)機(jī)械特性 在當(dāng)輸入電樞電壓 持不變時(shí) ,電機(jī)轉(zhuǎn)速 n 隨電磁轉(zhuǎn)矩 m 變化 ,這稱(chēng)為直流電機(jī)的機(jī)械特性。 (2)監(jiān)管特點(diǎn) 當(dāng)直流電機(jī)處于一定的電磁轉(zhuǎn)矩 M(或負(fù)載轉(zhuǎn)矩 )時(shí) ,電機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 N 隨電樞電壓控制電壓的變化而變化 ,這稱(chēng)為直流電機(jī)的調(diào)節(jié)特性。 （ 3)動(dòng)態(tài)特性 從原來(lái)的 穩(wěn)定狀態(tài)到新的穩(wěn)定狀態(tài) ,存在一個(gè)過(guò)渡過(guò)程 ,這就是直流電機(jī)的 動(dòng)態(tài)特性。 本次 設(shè)計(jì)的是手推式掃雪機(jī)，機(jī)架上有扶手，支撐電動(dòng)機(jī)，變速箱，主動(dòng)鏈輪，帶輪等裝置。 扶手的基本作用是手推，其上按裝有起停，調(diào)速，掃雪工作開(kāi)關(guān)。起停開(kāi)關(guān)的作用是用于控制電源。調(diào)速開(kāi)關(guān)則是用于選擇掃雪機(jī)的速度，其中速度主要為兩個(gè)檔，一檔 m/s，二檔 s。掃雪開(kāi)關(guān)的作用是控制掃雪直流伺服電機(jī)的起停，從而控制滾刷的轉(zhuǎn)動(dòng)。 帶傳動(dòng)依照傳遞方式分為摩擦傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)兩類(lèi)。摩擦傳動(dòng)帶包含平帶，V 帶，多楔帶，同步帶。在這里咱們選用的是 同步 帶 ， 與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸 相 連；帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比是 3。 變速箱用的是蝸輪蝸桿傳動(dòng)，它的傳動(dòng)比是 32。電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與變速箱相連。 行走輪子主要是用于支撐 和 行走，于機(jī)架的兩側(cè)呈對(duì)稱(chēng)分布。 掃雪裝置包括原動(dòng)機(jī)，帶輪，皮帶，滾刷，滾筒，掃雪輥。 圖 2 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 圖 2雪機(jī)簡(jiǎn)單三維結(jié)構(gòu)示意圖 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 3 掃雪機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 力裝置的選擇 掃雪機(jī)在路面運(yùn)動(dòng)時(shí)需要克服來(lái)自地面的滾動(dòng)摩擦力 氣阻力 速行駛時(shí)的加速阻力 此小車(chē)行駛時(shí)的總阻力為 ∑ F=w+ (3 Ff= （ 3 小型掃雪機(jī)在戶(hù)外路面行走工作，易受到環(huán)境，雪量大小，路面狀況的影響。設(shè)計(jì)中，掃雪機(jī)的自重約為： 100膠輪與地面的摩擦系數(shù)： f=半徑：R=150入公式中 8N 設(shè)計(jì)中，小車(chē)的最高速度為 V=1m/s。所以空氣阻力暫不考慮。 小車(chē)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)需要克服質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力，設(shè)定小車(chē)經(jīng)過(guò)位移 S=1t=1m/s，則小車(chē)的加速度為 a = ????2???022?? = ??2 (3加速阻力 Fj=0N 總阻力 ∑ F=148N 本次設(shè)計(jì)中的小車(chē)采用一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，車(chē)輪的半徑 R=以總車(chē)的驅(qū)動(dòng)力矩： ∑ M=22N?m 因此鏈接輸出軸的輸出扭矩 T≥ 22 根據(jù)上述的條件，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用淄博博山樸林電機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的 180 表 3動(dòng)機(jī)參數(shù) 額定功率 額定電壓 額定電流 額定轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)矩 極數(shù) 8V 62A 1500r/2 小車(chē)行駛的最高速度 ????????=1m/s，車(chē)輪半徑 R=150 輸出軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)為： ????=???? ????? =96r/ (3電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 n=1500r/以減速比為： i=?? ????? =16 (3大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 小車(chē)行駛的最低速度 ????????=s,輸出軸轉(zhuǎn)速應(yīng)為 ????????=48r/最大減速比 i=32。 動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 在很多情況下，這類(lèi)掃雪裝置的速率按照工作過(guò)程當(dāng)中的不同請(qǐng)求隨時(shí)可以轉(zhuǎn)變。變速器平常很少作為零單獨(dú)的傳動(dòng)裝置，它是一臺(tái)機(jī)械全部傳動(dòng)系統(tǒng)的一部分，所以通常被稱(chēng)為變速制造。 根據(jù)最大傳動(dòng)比 32，本次設(shè)計(jì)中選擇的是蝸輪蝸桿減速器。相比于其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)： （ 1）傳動(dòng)比大，一般傳動(dòng)比 i=5（ 2）沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)。 （ 3）具有自鎖性。 設(shè)計(jì)總傳動(dòng)比 i≥ 32， i=??蝸 × ??齒 =32。 (3分配傳動(dòng)比 ??蝸 =16， ??齒 =2。 各 軸的參數(shù)計(jì)算 : 將傳動(dòng)裝置各軸從高速到低速一次定義為 1軸， 2軸。各軸的轉(zhuǎn)速： n=1500r/輪蝸桿的選擇：功率 P= 根據(jù) 10085推薦，采用漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿 料一般選用：蝸桿為 45號(hào)鋼，齒面要求淬火，硬度為 45~55輪采用 屬模制造。 按 計(jì)算，估取效率η =作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 ??2 ??2=106 ????=105 (3確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取 ????=1， 使用系數(shù) ????=動(dòng)載系數(shù) ????=K=????????????= (3確定彈性影響系數(shù) ???? 因選用的 輪與蝸桿相配合，故取 ????=160??12 確定蝸輪齒數(shù) 2=i=64 (3確定許用接觸應(yīng)力【 ????】 根據(jù)蝸輪的材料 、 金屬模制造 、 蝸桿螺旋齒面硬度 輪的基本許用應(yīng)力為 268 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 應(yīng)力循 環(huán)次數(shù) ： N=60j 2n 107 (3式 中 j— 為 電機(jī)是否單雙向轉(zhuǎn)動(dòng) (單向?yàn)?1，雙位 2)； 2n — 為渦桿的傳動(dòng)比 ； 為工作的總時(shí)間 。 壽命系數(shù)： ??????=8 710N(3=√ 078 = 則 許用接觸應(yīng)力 【 ????】 =??????×【 ????】′ (3= ??2480 ??2×? 【 ????】 ） 2 (3≈ 中 ??2為渦輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度； K— 為載荷系數(shù)。 因 1Z =2，故從 《 機(jī)械原理 》 表 10圖 3中，取模數(shù) m=4。蝸桿的分度圓直徑 0 蝸輪蝸桿的主要參數(shù)與幾何設(shè)計(jì)中心距 a=148 3疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 蝸桿 表 3桿參數(shù) 軸向齒距 直徑系數(shù) 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 分度圓導(dǎo)程角 蝸桿軸向齒厚 蝸桿法向齒厚 0 481?18′36′′ 輪 表 3輪參數(shù) 蝸輪分度圓直徑 蝸輪喉圓直徑 蝸輪齒根圓直徑 蝸輪咽喉母圓半徑 254629核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ????=??2 ??1??2??? × ??????2=≤ [????] （ 3 式中 ??????2 當(dāng)量齒數(shù) ????2=??2 3? = (3根據(jù) ????2， 從文獻(xiàn) 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 圖 11如圖 3中查齒形系數(shù) ??????2= 3疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 螺旋角系數(shù) ????=1- ??140= (3許用彎曲應(yīng)力 【 ????】 =【 ????】′× ?????? (3蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力【 ????】′ =56命系數(shù) ??????= ????】 =???=彎曲強(qiáng)度滿(mǎn)足 驗(yàn)算效率 η =（ ?? +??）? (3已知 r=11?18′ 36′′， φ=????;相對(duì)滑動(dòng)速度 ????有關(guān)， ????=????1??1 60 ?1000? =s （ 3 從文獻(xiàn)中，表 11如圖 3，用插值法查得 φ=入公式中得 η≈ 于估計(jì)值，因此不用重算。 圖 3度等級(jí)和表面粗糙度的確定： 從 10089柱蝸桿蝸輪精度造 8 級(jí)精度。側(cè)隙種類(lèi)為 f，標(biāo)注為8f， 10089有關(guān)手冊(cè)得公差項(xiàng)目及表面粗糙度。 輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 鏈傳動(dòng)由鏈條和鏈輪（大，小鏈輪）組成，動(dòng)力經(jīng)過(guò)進(jìn)程鏈條鏈節(jié)和鏈輪的輪齒之間的嚙合來(lái)傳輸。機(jī)械制造中鏈傳動(dòng)有著普遍的利用。 鏈傳動(dòng)與摩擦型的帶傳動(dòng)對(duì)比，鏈傳動(dòng)是集體打滑和無(wú)彈性滑動(dòng)現(xiàn)象，因而能保持精確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率高；由于鏈條不需要像帶那樣緊，鏈條作用軸上的徑向壓力?。恢圃戽湕l采取的是金屬材料，平常在不異的利用條件下 ， 鏈傳動(dòng)的整體的尺寸比較小，布局有點(diǎn)緊湊；同時(shí)，鏈傳動(dòng)可以在溫度高的情況下和潮濕的情況下工作。 選擇鏈的齒數(shù) 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 取小鏈輪的齒數(shù)為 7，傳動(dòng)比為 i=1，則大鏈輪的齒數(shù) 7。 確定 計(jì)算功率 從《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第九版）表 9如圖 3查得 : ????=該書(shū)的圖9如圖 3查得： ????= 圖 3 圖 3當(dāng)量的單排鏈計(jì)算功率 ： ??????= ???????? ????? × P= (3式中： 為工況系數(shù)； 為主動(dòng)連輪齒數(shù)系數(shù)； 為多排鏈系數(shù)。 選擇鏈條的型號(hào)和節(jié)矩 根據(jù) ??????=????=96r/械設(shè)計(jì)》圖 9如圖 3，選取節(jié)矩 P=子直徑 d=鏈接內(nèi)寬 b=軸直徑2 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 圖 3算中心距 初選中心距 ??0=(30?50)P ??0= ??0=600 計(jì)算鏈節(jié)數(shù) ????0=2??0??+??1+??22 +(??2???12?? ) (??2???12?? )????0=80 (3鏈節(jié)數(shù)取 80 因?yàn)閭鲃?dòng)比為 1，鏈輪齒數(shù)相同，所以計(jì)算鏈傳動(dòng)的最大中間距為 ????????=P[???????2 ]= (3取中間距為 600算鏈速 V V= ??1??1??60×1000= (3計(jì)算壓軸力 ???? 有效的圓周力： ????=1000????= (3鏈輪壓軸力系數(shù) ??????=???=??????× ????= (3選擇潤(rùn)滑方式 按照鏈速為 s，鏈節(jié)距 擇定期人工潤(rùn)滑的方式。 力軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 動(dòng)力軸是連接減速箱與車(chē)輪之間扭矩的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。本次設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)軸主要是承受較大的扭矩和承受較小的彎矩。 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 ????=?? ????? ≈ 9550000???? 3? ≤ [????] (3得 d≥ ??0√????3 (3其中： P— 為傳遞的功率； d— 為軸的直徑； 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 N— 為軸的轉(zhuǎn)速； [????] — 為材料的許用剪應(yīng)力； 中間軸材料采用 45號(hào)鋼，調(diào)值，硬度為 217 經(jīng)過(guò)減速器完成變速后， P=n=48r/ 取 ??0=105， 則 d≥ ??0√????3 = (3考慮到有鍵槽，軸徑增大 5%， d= 1+5%） =40此選 ????????=40 3的載荷分布圖 由第三強(qiáng)度理論： ??????=√αT)2?? ≤ [???1] (3大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 查表可知 45號(hào)鋼的 [???1]=60 軸的截面存在鍵，因此 W=????332 -????(?????)22?? (3取 α≈ ??????=用彎曲應(yīng)力 ?????? < [???1]，所以軸安全。 軸的剛度校核 軸上存在鏈輪，兩端存在鍵，因此視為階梯軸。加工計(jì)算中對(duì)計(jì)算精度要求不高，所以將其作為當(dāng)量直徑為 ????的光軸。按材料力學(xué)中的公式計(jì)算： ????=√?? ∑ ????????4????=1?4 (3設(shè)計(jì)中，載荷作用于軸的兩端， L=l+k。 軸的彎曲剛度條件 撓度 y≤ [y] 偏轉(zhuǎn)角 θ≤ [θ] 軸的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 扭轉(zhuǎn)角 φ表示軸的扭轉(zhuǎn)變形 階梯軸 φ=104 1 ????? ∑ ????????????=1 (3扭轉(zhuǎn)剛度條件 φ ≤ [φ] [φ]的取值 ，計(jì)算 φ= 因此，軸的設(shè)計(jì)合格。 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 雪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 作電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 原動(dòng)機(jī) 2 主要是用于為滾刷提供動(dòng)力，是作為工作電動(dòng)機(jī)使用的。在滾刷工作過(guò)程中，滾刷所消耗的功率主要包括：克服路面摩擦所消耗的功率，掃雪功率，克服空氣阻力的功率等。（本次設(shè)計(jì)忽略空氣阻力） 本次設(shè)計(jì)以每小時(shí)掃雪面積 900??2,雪的平均密度 ?3,積累的厚度為 10 則每小時(shí)完成掃雪量： 前推進(jìn) 3600m，則所消耗的功率 ????? ??? =225W (3滾筒克服阻力矩 M=速以 n=150r/么刷子消耗的功率 2πn= (3則執(zhí)行部分所消耗的功率 ??總 =2= (3選用直流伺服電動(dòng)機(jī)，控制轉(zhuǎn)速在 150r/用的電機(jī)與原動(dòng)機(jī) 1 是一樣的型號(hào)： 180 雪輥的設(shè)計(jì)計(jì)算 掃雪輥主要是支撐滾刷，帶動(dòng)滾刷的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鍵與大帶輪相相連接。它的設(shè)計(jì)計(jì)算與動(dòng)力軸的設(shè)計(jì)計(jì)算相同，在校核時(shí)，應(yīng)為只有一端存在扭矩，所以 校核不同。 計(jì)算公式：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 ????=?? ????? ≈ 9550000???? 3? ≤ [????] （ 3 得 d≥ ??0√????3 (3采用 45號(hào)鋼，調(diào)值，硬度為 217過(guò)帶輪傳動(dòng)后，它的功率 P=速 n=150r/ 取 ??0=110 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 d≥ ??0√????3 ≈ 鍵槽，軸徑增大 5%， 所以 8 軸的校核 圖 3雪輥的載荷分布圖 由第三強(qiáng)度理論： ??????=√??2+(????)2?? ≤ [???1] (3查表可知 45號(hào)鋼的 [???1]=60 軸的截面存在鍵，因此 W=????332 -????(?????)22?? (3取 α ≈ ??????=用彎曲應(yīng)力 ?????? < [???1]，所以軸安全。 軸不涉及到彎曲強(qiáng)度的校核。軸的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 扭轉(zhuǎn)角 φ 表示軸的扭轉(zhuǎn)變形 階梯軸 φ =104 1 ????? ∑ ????????????=1 (3扭轉(zhuǎn)剛度條件 φ ≤ [φ ] [φ ]的取值 ，計(jì)算 φ = 因此，軸的設(shè)計(jì)合格。 步 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、確定計(jì)算功率 電動(dòng)機(jī)每天 約 使用 8表 3K =計(jì)算功率為 : ??????=????× P= （ 3 2、 小帶輪轉(zhuǎn)速計(jì)算 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 ????1=224算帶速 : V=??????1?? 60×1000? ≈ s (3由于 5m/s≤ V≤ 30m/s,故帶速合適。 3、選定同步帶帶型和節(jié)距 由同步帶選型圖 3于在這次設(shè)計(jì)中功率轉(zhuǎn)速都比較小，所以帶的型號(hào)可以任意選取，現(xiàn)在選取 距 3作情況系數(shù) 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21 圖 3同步帶選型圖 4、選取主動(dòng)輪齒數(shù) 1z 查表 34，現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為 41。 小帶輪節(jié)圓直徑確定 ?? ? 1 （ 3 表 3小帶輪最小齒數(shù)表 5、大帶輪相關(guān)數(shù)據(jù)確定 由于系統(tǒng)傳動(dòng)比為 1:1 ，所以大帶輪相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)與小帶輪完全相同。齒數(shù)292 ?z ，節(jié)距 6、帶速 ? ????? ? （ 3疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 22 7、初定 軸 間間距 根據(jù)公式 )(2)(1021 ??? （ 3 得 63232 0 ?? 現(xiàn)在選取軸間間距為 600 8、同步帶帶長(zhǎng)及其齒數(shù)確定 0L =22 0 ??a( 21 ) （ 3 0L= 2/)??? =、帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算 有在本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)比為一，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即0。 10、 基本額定功率01000 )(20a ?? （ 3 查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量表 3m=m。 所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為 0P = 1 0 0 0 0 0( 2?? = （ 3 表 3準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 23 11、 計(jì)算作用在軸上力 3 同步帶的主要參數(shù) 1、同步帶的節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度 在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)梯形齒同步帶的各種哨線(xiàn)長(zhǎng)度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見(jiàn)表 3 表 3節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度表 2、 帶的節(jié)距 圖 3對(duì)沿節(jié)線(xiàn)同步帶相鄰兩齒測(cè)量的長(zhǎng)度稱(chēng)為同步帶的節(jié)距。節(jié)距大小決定皮帶的尺寸和皮帶的每一部分。間距越大 ,皮帶的每個(gè)部分的尺寸越大 ,承載能力越高。因此 ,皮帶距是同步帶最重要的參數(shù)。梯形齒同步帶齒尺寸見(jiàn)表 3 3、帶的齒根寬度 一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線(xiàn)與齒根底部廓線(xiàn)交點(diǎn)之間的距離稱(chēng)為帶的齒根寬度，以的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng)，相應(yīng)就能傳送較大的裁荷。 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 24 圖 3帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸 表 3形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸 步帶的設(shè)計(jì) 在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表 3的圖形如圖 3 表 3同步帶尺寸 型號(hào) 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓半徑 H 0。 疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 25 圖 3步帶 同步帶輪用梯形齒，其圖形如圖 3圖 3同步帶輪結(jié)構(gòu) 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 26 4 掃雪機(jī)的控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 制系統(tǒng)的選擇及整體設(shè)計(jì) 制器 常用的工業(yè)控制系統(tǒng)中的主機(jī)芯片大多是 于許多的控制要求和任務(wù)無(wú)論采用單片機(jī)方案還是 本次設(shè)計(jì)中，由于程序簡(jiǎn)單，需要處理的信息少。而由于 的穩(wěn)定性和抗干擾性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于民用級(jí)的單片機(jī)芯片，也正是因?yàn)檫@些功能和有點(diǎn)，所以?xún)r(jià)格昂貴。這樣顯然會(huì)增加控制系統(tǒng)的成本，所以在本次設(shè)計(jì)中運(yùn)用到了單片機(jī)。 單片機(jī)有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)，如以下幾個(gè)方面 [13][14]： 1、具有優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的高性能、低價(jià)格是它最顯著的一個(gè)特點(diǎn)。單片機(jī)盡可能把應(yīng)用所需的存儲(chǔ)器、各種功能的陽(yáng)口都集成在一塊芯片內(nèi) ,使之成為名副其實(shí)的單片機(jī)。 2、集成度高、體積小、可靠性好 單片機(jī)內(nèi)部采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu) ,減 少了各芯片之間的連線(xiàn) ,大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。 3、控制功能強(qiáng) 單片機(jī)體積雖小 ,但“五臟俱全” ,它非常適用于專(zhuān)門(mén)的控制用途。一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、口的邏輯操作以及位處理功能 ,單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微型機(jī)算計(jì)。 4、低電壓、低功耗 許多單片機(jī)可在低電壓下工作 ,功耗非常低 [15]。 圖 4型式 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 27 服電機(jī)控制 設(shè)計(jì)中直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制采用 4控制輸出電壓。當(dāng)脈沖寬度不變時(shí)，輸出的是額定電壓。如圖 4脈沖變化相同時(shí)，占空比為 50%示。 制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 1、 圖 4