大型清雪機(jī)結(jié)構(gòu)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1、大型清雪機(jī)結(jié)構(gòu)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案1.1 課題背景我國北方冬季漫長， 降雪頻繁、 降雪量大。 高速公路和機(jī)場(chǎng)跑道積雪會(huì)給人們出行帶來極大不便，不僅影響正常交通秩序，還存在安全隱患，極易發(fā)生交通事故，每年因路面積雪而引發(fā)的交通事故很多，數(shù)輛乃至數(shù)十輛汽車在途中首尾相撞的事故時(shí)有發(fā)生，直接威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，高速公路和機(jī)場(chǎng)的積雪已成為交通的“白色殺手”。為了避免上述現(xiàn)象發(fā)生，下雪后必須及時(shí)、徹底清除路面積雪，給人們創(chuàng)造一個(gè)良好的出行環(huán)境。 傳統(tǒng)的清雪方式是人工清掃和往道路上撒鹽， 而這兩種方法都存在弊端，人工清雪工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境惡劣、效率低、清雪不徹底，而且過往車輛還會(huì)威脅到工人的人身安全；

2、 而往道路上撒鹽則會(huì)直接對(duì)環(huán)境造成污染。 因此我們覺得機(jī)械化清雪勢(shì)在必行， 它有著人工清雪所無法比擬的許多優(yōu)點(diǎn)： 高效、 低耗、 清雪徹底等。隨著時(shí)代的進(jìn)步和人類社會(huì)文明程度的提高， 人工清雪以不能滿足人們對(duì)機(jī)場(chǎng)和高速公路的要求， 采用機(jī)械設(shè)備清雪來代替人工清雪是人們所希望的。 因此很多單位和個(gè)人都致力于研究和開發(fā)高性能清雪設(shè)備。 現(xiàn)在已經(jīng)有一些清雪設(shè)備問世并投入使用。 它們有的是在卡車前面加裝推雪板， 工作時(shí)先將積雪聚攏然后由人工或裝載機(jī)將雪裝入卡車運(yùn)走；有的在壓路機(jī)的滾子上面安裝鐵釘；還有的采用錘擊方法將積雪打碎再收起，等等。但是這些現(xiàn)有的清雪設(shè)備都存在一些不足，比如：效率不高、清雪不徹底

3、、對(duì)道路損傷大等， 而進(jìn)口清雪車價(jià)格昂貴不利于普及。 所以， 設(shè)計(jì)一套工作可靠、 清雪徹底、效率高、對(duì)路面損傷小、能耗低、造價(jià)少的清雪設(shè)備有其實(shí)際意義。另外，這也是一個(gè)國家、一座城市現(xiàn)代化與文明程度的標(biāo)志之一。此題目的完成旨在綜合運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，正確的思想方法和工作態(tài)度將終身受益。1.2 技術(shù)要求和主要容清雪車要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、操縱方便、便于加工制造及維修、有過載保護(hù)機(jī)構(gòu)；各回轉(zhuǎn)件、移動(dòng)件潤滑良好；各聯(lián)結(jié)處密封有效、不得出現(xiàn)漏油現(xiàn)象；工作時(shí)噪音低、防振性好；高效、節(jié)能、清雪徹底，能適應(yīng)雪量變化，清雪厚度及行進(jìn)速度可調(diào)；對(duì)路面狀況適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)路面損

4、傷小。作業(yè)寬度2500mm工作時(shí)行進(jìn)速度為0.3km/h20km/h,空載時(shí)行進(jìn)速度為30km/h, 噪音低于80dB。1.3 設(shè)計(jì)方案及計(jì)劃清雪機(jī)由輸出功率為 80 馬力以上的機(jī)車牽引，牽引機(jī)車輸出轉(zhuǎn)速為 1000r/min 以上。清雪機(jī)主要工作部件由旋拋機(jī)和螺旋鏟組成。工作時(shí)，由螺旋鏟將機(jī)車行進(jìn)前方2500mm寬度圍的積雪收攏，并不斷送入旋拋機(jī)，旋拋機(jī)高速旋轉(zhuǎn)形成低壓區(qū)，將由螺旋鏟送來的積雪快速吸入、 同時(shí)加速， 然后從旋拋機(jī)上方的出雪口拋入運(yùn)雪車斗或拋到路邊。 螺旋鏟和旋拋機(jī)固定在一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)架上， 此鋼結(jié)構(gòu)架則與牽引機(jī)車相連， 形成一個(gè)整體。鋼結(jié)構(gòu)架可由液壓缸控制，能在50cm圍垂直升降

5、，以適應(yīng)路面變化和積雪厚度變化， 牽引機(jī)車空載行駛時(shí)液壓缸可將鋼結(jié)構(gòu)架舉起實(shí)現(xiàn)快速行進(jìn)。 另外， 在鋼結(jié)構(gòu)上螺旋鏟和旋拋機(jī)之間還安裝有兩個(gè)萬向輪， 通過萬向輪軸上的螺母可以根據(jù)路面狀況調(diào)節(jié)該軸的長度， 萬向輪可以起到支撐作用， 同時(shí)， 還能隨路面變化自動(dòng)調(diào)整螺旋鏟與路面的距離防止螺旋鏟碰傷路面。 在螺旋鏟下方， 螺旋鏟和旋拋機(jī)之間安裝有一組刮雪片， 它始終與路面相切并與旋拋機(jī)罩相聯(lián)接， 刮雪片可由兩個(gè)滑動(dòng)墊塊調(diào)整與地面的距離， 它的作用是將路面極薄的雪層收起并送入旋拋機(jī)。 在螺旋鏟葉片外側(cè)還鑲有尼龍刷，它的作用是將路面浮雪掃起。 刮雪片和尼龍刷共同作用達(dá)到徹底清雪的目地。 由于清雪機(jī)清雪部件與

6、路面始終是軟接觸，所以此清雪機(jī)工作中不會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生任何傷害。旋拋機(jī)與螺旋鏟均有過載保護(hù)裝置， 它們由兩組銷軸組成。 在螺旋鏟的葉片與驅(qū)動(dòng)軸之間有兩個(gè)銷軸， 正常工作時(shí)此二銷軸與其他零件組成銷軸聯(lián)軸器， 起到傳遞動(dòng)力的作用，如果螺旋鏟工作時(shí)碰到硬物過載，銷軸則會(huì)被剪斷，螺旋鏟停止工作，此時(shí)銷軸則起到安全銷的作用； 同樣， 旋拋機(jī)葉片和驅(qū)動(dòng)軸之間也有兩個(gè)銷軸， 正常工作時(shí)傳遞動(dòng)力， 當(dāng)葉片被積雪或硬物阻塞時(shí)銷軸剪斷螺旋鏟停止工作， 這樣就能有效保護(hù)其它零部件不被損壞。牽引機(jī)車輸出軸有4 級(jí)轉(zhuǎn)速以滿足不同的需要， 可以根據(jù)具體情況恰當(dāng)選用。 旋拋機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與螺旋鏟驅(qū)動(dòng)軸之間由減速器實(shí)現(xiàn)降速傳動(dòng)，速比為

7、 2.42/1 ，采用此速比的目的是使旋拋機(jī)有足夠的能力將積雪拋出， 以免積雪堵塞旋拋機(jī)葉片。 減速器采用二級(jí)齒輪傳動(dòng)，高速級(jí)采用斜齒輪傳動(dòng)，低速級(jí)采用圓錐齒輪傳動(dòng)。動(dòng)力傳遞路線是：牽引機(jī)車輸出軸-萬向聯(lián)軸節(jié)-旋拋機(jī)驅(qū)動(dòng)軸-減速器-螺旋鏟驅(qū)動(dòng)軸。單純的除雪設(shè)備具有極強(qiáng)的季節(jié)性， 其使用效率極低， 此清雪車的另一種用途是除沙， 在我國的西北部地區(qū)， 一年四季常受風(fēng)沙的侵襲， 高速公路和機(jī)場(chǎng)跑道積沙也是一件另人頭疼的事情， 如果采用此清雪車除沙也一定會(huì)達(dá)到另人滿意的效果。 此清雪車的另一優(yōu)點(diǎn)在于，清雪機(jī)構(gòu)與牽引機(jī)車采用活性連接，清雪車閑置時(shí)可將清雪機(jī)構(gòu)卸下，牽引機(jī)車可另做它用。1.4 本文主要容本

8、文詳細(xì)論述了清雪車的全部設(shè)計(jì)過程及方案論證。 包括： 螺旋鏟各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算；清雪機(jī)構(gòu)減速器的設(shè)計(jì)、計(jì)算與校核；清雪機(jī)構(gòu)旋拋機(jī)各部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算與校核； 以及出雪筒、 萬向輪和機(jī)架的設(shè)計(jì)及計(jì)算等。 最后還對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性成本估算和環(huán)保分析。第 2 章 螺旋鏟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 引言采用機(jī)械設(shè)備清雪的目的是要高效低耗的完成清雪任務(wù)， 為了能夠不間斷地快速把雪收起，我在本設(shè)計(jì)中采用了螺旋鏟結(jié)構(gòu)。螺旋鏟的作用是將機(jī)車行進(jìn)前方2500mme度圍的積雪收攏并不斷送入旋拋機(jī)。2.2 螺旋鏟結(jié)構(gòu)及組成螺旋鏟由以下幾部分組成：葉片、葉片支撐、套筒等。螺旋鏟共有兩個(gè)，對(duì)稱安裝在減速器兩側(cè)，動(dòng)力由減速器輸

9、出軸經(jīng)花鍵、傳動(dòng)盤、銷軸聯(lián)軸器傳至螺旋鏟套筒，螺旋鏟套筒旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)螺旋鏟葉片支撐和葉片一起旋轉(zhuǎn)， 隨著機(jī)車的不斷前進(jìn)螺旋鏟不斷地將機(jī)車前方的積雪收起并送入旋拋機(jī)， 這樣一來就能完成收雪任務(wù)。 為了達(dá)到清雪徹底的目的，在螺旋鏟葉片外側(cè)還安裝有70mmfc的尼龍刷，尼龍刷隨螺旋鏟葉片一起旋轉(zhuǎn)能將地面的浮雪掃起，這樣一來就能達(dá)到清雪徹底的目的。2.3 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算2.3.1 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在引言中我提及了銷軸聯(lián)軸器這個(gè)概念，銷軸聯(lián)軸器安裝在傳動(dòng)盤與螺旋鏟套筒之間，每個(gè)螺旋鏟有兩個(gè)銷軸聯(lián)軸器，相差180 度對(duì)稱布置。銷軸聯(lián)軸器的作用是：當(dāng)清雪機(jī)正常工作時(shí)，它起到聯(lián)軸器的作用一傳遞動(dòng)

10、力；如果清雪機(jī)在工作過程中螺旋鏟碰到硬物過載或被積雪阻塞時(shí)它將被剪斷， 此時(shí)動(dòng)力將不再傳到螺旋鏟， 這樣一來就能很好地保護(hù)清雪機(jī)的其他機(jī)構(gòu)不被破壞1 。綜上所述，銷軸聯(lián)軸器有落兩個(gè)作用：(1) 傳遞動(dòng)力；(2) 過載保護(hù)。2.3.2 銷軸的強(qiáng)度計(jì)算由于銷軸既要傳遞動(dòng)力又要過載保護(hù)，所以銷軸在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材上要兼顧二者、得以平衡。因此銷軸材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其直徑小=16mm選用片?號(hào)：20(GB699-88),其(rb=410N/mm s=245N/mmi1. 按剪切強(qiáng)度計(jì)算其許用剪切應(yīng)力用為：r= (T s/ (3.5 5)則：可知 3 ：T =245/5=49Mpay=QX r（2-1

11、）式中：Q一剪切面上的剪力（N）; A一剪切面白面積（m；用一許用剪切應(yīng)力（N/ mm2）Q=F/2（2-2）式中Q一剪切面上的剪力（N）; F一銷軸的工作載荷（N則有：r =F/2A（2-3）可知 4 ：T=F d（2-4）式中T 減速器軸傳遞的轉(zhuǎn)距（N/mnm; F一銷軸的工作載荷（N）d 兩銷軸的距離（mm）由式 （2-3） 有：F=r - 2A由式（2-4）可知，當(dāng)p=p時(shí)，是銷軸傳遞轉(zhuǎn)矩最大且即將被剪斷的臨界時(shí)刻,時(shí)有：F=r - 2A=r X2X Ttd 2/42 =49X 2X 兀 X 16 /4=19.7kN將式上代入式（ 2-4 ） ，則有：T=F d=19.7X220=43

12、34000Nmm即：兩銷軸傳遞的最大轉(zhuǎn)距為4334000Nmm由于：(2-5)T=9.55 X 106P/n則有：P=n/（9.55 X 106）=4334000X 412/（9.55 X106）=186.9Kw2. 按擠壓強(qiáng)度計(jì)算可知 3 ：6 b=p/A=p/ntd (T b(2-6)式中p 每個(gè)銷軸受到的擠壓力（N） ；A 擠壓面積（mm2） ；N 銷軸的數(shù)目；T 受擠壓的長度（mm）；D 銷軸的直徑（mm）。則有：（T b=P/A=19.7/（33 X 17）=0.04Mpa58.8 ,所以此銷軸聯(lián)軸器可以安全可靠 地傳遞動(dòng)力，同時(shí)又能在外力過大時(shí)及時(shí)破壞，起到安全保護(hù)的作用2.4 其

13、它零部件設(shè)計(jì)及選2.4.1 襯套襯套的作用是將減速器輸出軸與螺旋鏟套筒隔離開，它由耐磨的錫青銅 （ZCuSn10p）1 2 制成，相當(dāng)于滑動(dòng)軸承的作用。清雪機(jī)正常工作時(shí)它不起作用，當(dāng)清雪機(jī)過載而銷軸聯(lián)軸器被剪斷時(shí)減速器輸出軸與螺旋鏟套筒脫離， 此時(shí)減速器輸出軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而螺旋鏟則停止轉(zhuǎn)動(dòng)，由于襯套的隔離作用，減速器輸出軸、螺旋鏟和襯套三者之間將發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，從而可以避免損壞減速器輸出軸或螺旋鏟套筒。2.4.2 螺旋鏟支撐螺旋鏟支撐的作用是聯(lián)結(jié)螺旋鏟葉片和螺旋鏟套筒， 它由熱軋等邊角鋼制成， 型為： 7（GB9787-88） 5 。螺旋鏟支撐的下端與螺旋鏟套筒采用焊接方式連接，上端與螺旋鏟葉片采

14、用螺栓連接，這樣做的目的是為了在螺旋鏟葉片損壞時(shí)便于更換與維修。2.4.3 螺旋鏟葉片螺旋鏟葉片采用700m由130m由6mm的鋼板制成螺旋形、螺旋角為30 ,故名螺旋鏟。 每個(gè)螺旋鏟有8 片葉片， 每?jī)善~片由螺旋鏟支撐連接在一起形成一個(gè)整體， 即一組。再把它們按90間隔焊接在螺旋鏟套筒的圓周上，每個(gè)套筒焊接四組。在螺旋鏟葉片外側(cè)還安裝有70m求的尼龍刷，用來清掃地面上的浮雪。2.4.4 花鍵連接及螺栓的選用減速器輸出軸端部的傳動(dòng)花鍵選用漸開線花鍵，根據(jù)文獻(xiàn)5 可知花鍵副，齒數(shù)26、模數(shù) 5， 30o 圓齒跟花鍵，公差等級(jí)6 級(jí)、外花鍵公差等級(jí)7 級(jí)，配合類別 H/h 。標(biāo)記為：花鍵副 IN

15、T/EXT 26ZX 5mx 30RX 6H/7h GB3478.1 -83。螺旋鏟葉片支撐與螺旋鏟葉片的連接螺栓根據(jù)文獻(xiàn)6選用M2(X 25和M20X 35(GB5783-86),螺母選用 M20(GB6170-86),彈簧墊圈選用(GB97-83) 20。軸端擋圈處 連接螺栓選用 M6X 30 ( GB5783-8。，彈簧墊圈選用(GB97-83)。第 3 章 減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算3.1 傳動(dòng)方案的選擇3.1.1 傳動(dòng)方案的制定根據(jù)原動(dòng)機(jī)輸出軸與工作機(jī)的相互位置關(guān)系及外部尺寸的限制，可設(shè)計(jì)出多種傳動(dòng)方案供選擇，現(xiàn)提出如下四種傳動(dòng)方案:1. 一級(jí)V帶傳動(dòng)加一級(jí)圓錐齒輪減速器：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

16、帶傳動(dòng)易加工、成本低，可吸震緩沖，應(yīng)用較廣泛。缺點(diǎn)：外廓尺寸大，帶的壽命短，需經(jīng)常更換。2. 一級(jí)圓錐齒輪減速器加一級(jí)鏈傳動(dòng)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率較高，應(yīng)用較廣泛。缺點(diǎn)：外廓尺寸大，工作時(shí)有噪聲。3. 一級(jí)蝸桿傳動(dòng)：優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)。缺點(diǎn)：效率低，功率損失大，需用貴重的青銅制造蝸輪，成本高。4. 二級(jí)閉式齒輪減速器（第一級(jí)為斜齒輪，第二級(jí)為圓錐齒輪） ：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，成本低，傳動(dòng)效率高，工作可靠，應(yīng)用較廣泛。缺點(diǎn)：齒輪相對(duì)于軸承不對(duì)稱布置，沿齒向載荷分布不均勻。3.1.2 傳動(dòng)方案的確定清雪機(jī)構(gòu)對(duì)傳動(dòng)方案要：1. 滿足螺旋鏟的工作要求，適應(yīng)冬季室外工作條件，工作可靠，

17、效率高。2. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外廓尺寸小，制造與安裝容易，使用與維護(hù)方便，成本低。3. 滿足原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)軸線位置的要求。4. 傳動(dòng)順序布置合理，承載能力高，傳動(dòng)平穩(wěn)。綜合考慮以上幾個(gè)方面，決定采用前面提出的第四種方案，即：二級(jí)閉式齒輪減速器（第一級(jí)為斜齒輪，第二級(jí)為圓錐齒輪） 。3.2 傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比分配及動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定3.2.1 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及分配由于牽引機(jī)車的型號(hào)未定，目前暫定牽引機(jī)車的輸出轉(zhuǎn)速為 1000r/min ，輸出功率 為80馬力（58.8kw）計(jì)算。參考國外同型號(hào)清雪車確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為i卡2.42 ,第一級(jí)斜齒輪的傳動(dòng)比為 i 1=1.19 ，第二級(jí)錐齒輪的傳

18、動(dòng)比為 i 2=2.03 7 。即： i e= i i i 2o3.2.2 確定傳動(dòng)裝置中各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)為使傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，各軸的功率按牽引機(jī)車的工作功率Pd 來計(jì)算，而且各軸的功率和轉(zhuǎn)矩按輸入處計(jì)算8 。將傳動(dòng)裝置中各軸由高速至低速依次定為I軸、 II軸、，相鄰兩軸間的傳動(dòng)比分 別為i 12、i 23、，相鄰兩軸間的傳動(dòng)效率分別為 “12、刀23、，則按牽引機(jī)車輸出軸 至螺旋鏟的運(yùn)動(dòng)傳遞路線推算出的各軸運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)如下：1.各軸的轉(zhuǎn)速：牽引機(jī)車輸出軸 nI軸（旋拋機(jī)軸和小斜齒輪軸）II軸n田軸（螺旋鏟軸）n2. 各軸的輸入功率：牽引機(jī)車輸出軸 （ 輸出功率 ） PI軸（旋拋機(jī)軸和

19、小斜齒輪軸）m =1000r/minn I = n m=1000r/minn= ni/i i2=1000/1.19=840.3r/miny n n/i 23=840.3/2.03=412.9r/mind=58.8kwP i=PdT 01= Pdi軸承=58.8 X 0.98=57.62kWII 軸 P n = P i t 12= P 1 刀齒輪”軸承=57.62 X 0.98 X 0.98=55.33kWin軸（螺旋鏟軸）Frn = P n T 23= P n刀齒輪”軸承=55.33 義 0.98 義 0.98=53.14kW3. 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：牽引機(jī)車輸出軸（輸出轉(zhuǎn)矩）6Td=9.55 X

20、 10Pd/ n m=9.55 X106X 58.8/1000=561540NmmI軸（旋拋機(jī)軸和小斜齒輪軸）二工 oi=561540X 0.98=550309.2NmmII軸 T n= Tii 12Tl 12=550309.2X 1.19 X0.96=62 8673.2Nmm in軸(螺旋鏟軸)T=tj 23 Tl 23=628673.2X2.03 X 0.96=1225158.4 Nmm現(xiàn)將各軸的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理于表3-1中。表3-1動(dòng)力參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矢巨傳動(dòng)比效率軸名功率P/kWn/(r/min)T/ (N*mrmi刀牽引機(jī)車輸出軸58.8100056154010.98I軸57

21、.621000550309.21.190.96n軸55.33840.3628673.22.420.96出軸（螺旋鏟軸）53.14412.91225158.43.3傳動(dòng)裝置中傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)3.3.1斜齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)3.1.1.1 選擇材料及熱處理方式小齒輪選45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度HB=210-230;大齒輪選45鋼，正火處理，硬度 HB=170-2208。3.1.1.2 確定齒輪的許用應(yīng)力分別按的中間值HB=220和HB2=190,可知網(wǎng)：(T Hlim1=560MP(TFiim1=220MP(T Hlim2=400MPim2=170MP取 Sh=1.05,浮=1.35,則：(T F 1=(T

22、Flim1 /SF=220/1.35=162.96MP(T h 1= (T Hlim1/SH=560/1.05=533.33MP(T F 2=(T Flim2/SF=170/1.35=125.93MP(T h 2= (T Hlim2/SH=400/1.05=380.95MP3.1.1.3 幾何參數(shù)的確定參考國外同型號(hào)清雪車確定傳動(dòng)件幾何參數(shù)如下：Zi=27,乙=32, m=6, B =10 29 24，a=180mm分度圓直徑為d產(chǎn)mZi/cosB =6X 27/(cos10 0 29 24)=164.75mmd2=mZ2/cos B=6X 32/(cos10 0 29 24)=195.26m

23、m因?yàn)閎=W a - a=0.4 x 180=72mm故?。盒↓X輪寬度 bi=80mm大齒輪寬度b2=72mm3.1.1.4 校核齒跟彎曲強(qiáng)度載荷工作情況系數(shù)Ka=1.25o動(dòng)載荷系數(shù)(=1.03,齒向載荷的分布系數(shù) Kb=1.06。 所以載荷系數(shù) K=K& =1.25X 1.03 X1.06=1.365 8?？芍?YFai=2.76 , YFa2=2.17 ,得：(TF1=1.6X 1.365 X 550309.2 X 2.76 X cos10 29 24 /(72 X6 2X27)=46.6MP(tf2=1.6X 1.365 X 550309.2 X 2.17 X cos10 29 24

24、/(72 X6 2X32)=31.9MP可見，(T F1 (T f 1 , (T F2 (T f 2 ,故齒跟彎曲強(qiáng)度足夠。3.1.1.5 驗(yàn)算圓周速度v= J(1101/60000= JI 義 164.75 義 1000/60000=8.62m/s所選8級(jí)齒輪精度是適合的(8級(jí)斜齒圓柱齒輪的合適圓周速度 v10m/s)o3.3.2 直齒圓錐齒輪設(shè)計(jì)3.3.2.1 選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級(jí)大、小齒輪均選用 45 號(hào)鋼，小齒輪1 調(diào)質(zhì)處理，大齒輪2 正火處理，齒面硬度HB=217-225, HB=162-2178 ,平均硬度 HB=236, HB=190, HB-HB2=46 在 HB

25、在 30-50之間，故選用 8 級(jí)精度。3.3.2.2 確定傳動(dòng)尺寸參考國外同型號(hào)清雪車確定直齒圓錐齒輪幾何參數(shù)如下：已知：6 1=26 , 6 2=64 , d1=142.53mm d2=295.18mm I=ctg 6 1=Z2/Z 1=2.051 .計(jì)算動(dòng)載系數(shù)使用系數(shù)KA=1.0 8 ，dm1=d1t=(1- 0.5 乎 r)=142.53(1- 0.5 X0.3)=121.15mm2故 Vm=ji d m1n1=/60000= ji 121.15 X 840.3/60000=5.33m/s 。按 8 級(jí)精度查得動(dòng)載系數(shù)KV=1.222Wdn=W rVi2+1/(2- Wr)=0.3

26、XV2.05 2+1/(2-0.3)=0.403齒向載荷分布系數(shù) K =1.12,故 K=KKKp =1.0X1.22 X1.12=1.37。2 . 修正小齒輪1 分度圓直徑d產(chǎn)di3,K/Kt=142.533，1.37/1.3=145.04mm。3 .則初選 Zi=25, Z2=Zi i=25 X 2.05=51.52 取 3=51WJ i =51/25=2.04, A i/i=(2.05 -2.04)/2.05=0.5% ,在允許圍。4 .大端模數(shù) m=d/Zi=145.04/24=6.04mm,選取錐齒輪大端模數(shù) m=625 .大端分度圓直徑di=Zi - m=25145.04d2=Z2

27、 - m=5ix 6=306mm6 .錐頂距2得：R= . d12+d22=1502 +3062 =170.39mm7 .齒寬：b=Wr R=0.3X170.39=51.12mm取 b=528 .分度錐頂角:tan 6 1=d1/d 2=150/306=0.49則有:6 1=26 6 36占2=90 -6 1=90 -26 6 36 =63 53 243.3.2.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度(3-1)(TF=KFVYS/0.85bm(1- 0.5 Wr) 6f1 .K、b、m、Vr同前;2 .圓周力FtFt=2Tn/d 1 (1- 0.5 Wr) =2 X 628673.2/ 150 乂 (1 -0

28、.5 X 0.3) =9861.5N3 .齒形系數(shù)Yf和應(yīng)力修正系數(shù)Ys2cos 6 1=i/ Vi 2+1=2.05/V2.05 2+1=0.8988cos 6 2=1/Vi2+1=1/V2.052+1=0.4384Zv1=Z1/cos 6 1=25/0.8988=27.81Zv2=Z2/cos 5 2=51/0.4384=116.33YF1=2.85 ， YF2=2.12Ys1=1.6 ， Ys2=1.834 .許用彎曲應(yīng)力門2得：(TF=YN(T Flim/SF(3-2)彎曲疲勞極限應(yīng)力(T Fliml =220MP Flim2=170MP壽命系數(shù)：YN1=YN2=1.0安全系數(shù)：SF=

29、1.25故(rFi=YNi(TFiimi/SF=1.0X220/1.25=176MP(TF2=YN2(T Flim2/SF=1.0X 170/1.25 =136MP(TFi=KFYFY/0.85bm(1- 0.5 5)=1.37 義 9861.5 義 2.58 義 1.6/ 0.85 義 52X 6X (1 -0.5*0.3) =147.4MB 6fi(TF2=(T fiYf2%2/YfiYsi=147.4X2.12 X1.83/ (2.58 X1.6) =134.5 MR (r F2滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。5 . 確定齒輪其它尺寸小錐齒輪根據(jù)實(shí)際情況制造成齒輪軸結(jié)構(gòu)，大錐齒輪由于尺寸較大采用鑲

30、套式結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)見清雪機(jī)構(gòu)減速器裝配圖。3.4 清雪機(jī)的設(shè)計(jì)3.4.1 選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級(jí)大、小齒輪均選用 45 號(hào)鋼，小齒輪1 調(diào)質(zhì)處理，大齒輪2 正火處理，由文獻(xiàn)2 ，表 8-2 得齒面硬度HB1=217-225， HB2=162-217， 平均硬度HB1=236， HB2=190， HB1-HB2=46在HB在30-50之間，故選用8級(jí)精度。3.4.2 確定傳動(dòng)尺寸參考國外同型號(hào)清雪車確定直齒圓錐齒輪幾何參數(shù)如下：已知：6 1=26 ,8 2=64 , d1=142.53mm d2=295.18mm I=ctg 6 尸 Z2/Zi=2.051. 計(jì)算動(dòng)載系數(shù)使用系數(shù)K

31、A=1.0 ，dm產(chǎn)dit=(1- 0.5 乎 r)=142.53(1- 0.5 X0.3)=121.15mm故 Vm=ji dmini=/60000= ji 121.15 X840.3/60000=5.33m/s按 8 級(jí)精度查得動(dòng)載系數(shù)KV=1.22Wdm=W rVi2+1/(2- Wr)=0.3 XV2.05 2+1/(2-0.3)=0.403查得齒向載荷分布系數(shù)Kb=1.12故 K=KK/Kb=1.0X1.22 X 1.12=1.372. 修正小齒輪1 分度圓直徑d1=d13V K/Kt=142.533V 1.37/1.3=145.04mm3. 則初選 Z=25, Z2=Z i=25

32、X 2.05=51.52 取 乙=51WJ i =51/25=2.04, A i/i=(2.05 -2.04)/2.05=0.5% ,在允許圍。4. 大端模數(shù) m=dZ1=145.04/24=6.04mm,選取錐齒輪大端模數(shù) m=625. 大端分度圓直徑d1=Z1 - m=25145.04d2=Z2 - m=51X 6=306mm6. 錐頂距R=Vd 12+d22/2=V 1502+3062/2=170.39mm7. 齒寬b=Wr - R=0.3X 170.39=51.12mm取 b=528. 分度錐頂角tan 6 1=d1/d 2=150/306=0.49則有：，=26 6 36=90。-

33、6 1=90 -26 6 36 =63 53 243.4.3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度(TF=KFYF%/0.85bm(1- 0.5 Wr) W 6f式中各計(jì)算參數(shù)：1 .K、b、m甲r同前;2 . 圓周力FtFt=2Tn/d i(1- 0.5 里前=2X 628673.2/150 X (1 - 0.5 X 0.3)=9861.5N3 .齒形系數(shù)Yf和應(yīng)力修正系數(shù)Ys2cos 6 I=i/ Vi 2+1=2.05/ V2.05 2+1=0.8988cos 6 2=1/Vi2+1=1/V2.052+1=0.4384Zvi=Zi/cos 6 1=25/0.8988=27.81Zv2=Z2/cos 5

34、2=51/0.4384=116.33YF1=2.85 ， YF2=2.12Ys1=1.6 ， Ys2=1.834 .許用彎曲應(yīng)力邛，得：(T F=Y1 Flim /S F彎曲疲勞極限應(yīng)力( Flim1 =220MP，(Flim2=170MP壽命系數(shù)：YN1=YN2=1.0安全系數(shù)：SF=1.25故(rF1=M1(TFlim1/SF=1.0X220/1.25=176MPb F2=M2(T Flim2/SF=1.0 義 170/1.25=136MP(T F1=KFYFYS/0.85bm(1- 0.5 W r)=1.37X9861.5X2.58 X 1.6/0.85 X52X6X(1 -0.5*0.

35、3)=147.4MP ( F1(TF2=(T fiY2Ys2/YfiYsi=147.4X2.12 X 1.83/(2.58 X 1.6)=134.5 MP(tf2 滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。5. 確定齒輪其它尺寸小錐齒輪根據(jù)實(shí)際情況制造成齒輪軸結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)見清雪機(jī)構(gòu)減速器裝配圖。大錐齒輪由于尺寸較大采用鑲套式結(jié)構(gòu)， 其3.4.4 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算已知輸入軸功率 P=57.62kW 轉(zhuǎn)矩T=550309.2N mm轉(zhuǎn)速n=1000r/min ,圓柱齒 輪分度圓直徑d=150mm齒寬b=80mm圓周力 F t=2T1/d 1=7337.46N徑向力 f kFttan a n/cos 0 =733

36、7.46 tan20 o /cos10 . 49o =2716.0N法向力Fn=Ft/(cos a ncos B )= 7337.46/(cos20 o cos10. 49o )=7940.9N軸向力 F a=E tan B =7337.46 tan10 . 49o =1358.6N3.4.4.2 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 選擇軸的材料因傳遞的功率不大，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，故選用常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。2. 初算軸徑：對(duì)與轉(zhuǎn)軸，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初算軸徑， C=106-1352 ，考慮傳動(dòng)的實(shí)際情況，取C=135,則dmin=C3，P/n=1353,57.62/1000=52.11mm3. 結(jié)構(gòu)

37、設(shè)計(jì)(1) 軸承部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于減速器的結(jié)構(gòu)需要，減速器的機(jī)體采用整體式結(jié)構(gòu)。因傳遞功率不大，齒輪減速器效率高，發(fā)熱小，估計(jì)軸不會(huì)伸長，故軸承部件可采用兩端固定方式，可按軸上零件的安裝順序，從dmin處開始設(shè)計(jì)。(2) 軸承及軸段1。在本設(shè)計(jì)中dmin就是軸段1的直徑，又考慮到軸段1上將安裝圓錐滾子軸承，因此, 軸段 1 的設(shè)計(jì)應(yīng)與軸承的設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。因?yàn)檩S段 1 的 dmin=52.11mm， 所以該處圓錐滾子軸承選用滾動(dòng)軸承7211E(GB297-84)11 。相應(yīng)的軸段1的直徑d1=55mm為了方便齒輪軸向定位，該軸段還要安裝套筒，因此軸段1的長度為軸承的寬度加上套筒的寬度，滾動(dòng)軸承

38、7211E的寬度為23mm套筒的設(shè)計(jì)寬度為10mm故取11=33mm(3) 小齒輪與軸段2。由于軸段 2 將來要安裝小齒輪，且小齒輪采用漸開線花鍵傳動(dòng)，故軸段2 的軸徑與所采用的漸開線花鍵有關(guān)，漸開線花鍵采用花鍵副，齒數(shù)26、模數(shù)3、 30圓齒根、 公差等級(jí)為7級(jí)、配合類別為H/h;標(biāo)記為：INT/EXT 26ZX 3mK 30RX 7H/7h GB3478183。由前述可知小齒輪寬度為 80mml為了便于小齒輪軸向定位，該處軸段長度應(yīng)比小 齒輪寬度略短，故軸段2 的軸徑為d2=81mm， l 2=76mm。(4) 軸承及軸段3。由于軸段 3 將要安裝圓錐滾子軸承，故軸段3 的軸徑和長度與該處

39、的軸承有關(guān)，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要該處圓錐滾子軸承選用滾動(dòng)軸承7214E(GB297-84)11 。相應(yīng)的軸段3的直徑di=70mm為了方便齒輪軸向定位，該軸段還要安裝套筒，因 此軸段3的長度為軸承的寬度加上套筒的寬度，滾動(dòng)軸承7214E的寬度為26.5mm套筒的設(shè)計(jì)寬度為10mm為了便于軸承軸向定位和調(diào)整軸向間隙，軸段 3的長度應(yīng)比軸 承的寬度與套筒的寬度之和略短，故取l 1=34mm。(5) 傳動(dòng)花鍵及軸段4。由于結(jié)構(gòu)限制，軸段4 的直徑應(yīng)比軸段3 略小，且該處軸段還有花鍵，故確定該處軸徑時(shí)應(yīng)綜合考慮上述兩項(xiàng)。漸開線花鍵采用花鍵副，齒數(shù)22、模數(shù)3、 30圓齒根、公差等級(jí)為7 級(jí)、配合類別為 H/h

40、;標(biāo)記為：INT/EXT 22Z 乂 3mx 30RX 7H/7h GB3478.1 -835。由于軸段 4 處于軸端位置， 為了便于其它零件的裝拆， 暫取軸段 4 的長度l 4=110mm，所以 d4=68mm， l 4=110mm。3.4.4.3 軸的受力分析1. 計(jì)算支承反力。在水平面上R產(chǎn)(Ft Lr+Fa d/2)/(L i+L2)=(7337.5 X 50+1358.6 X 150/2)/(50+50)=4687.7NR2H=Ft-R1H=7337.5-4687.7=2649.9N在垂直平面上R1V=R2V=Fr/2=2716.0/2=1358.0N軸承I的總支反力R=V R 忑+

41、儲(chǔ)=，1 3582+4687.72=4880.4N軸承n的總支反力R=M r 2V2+RH2=，13582+2469.92=2818.6N2. 畫彎矩圖在水平面上， a-a 剖面左側(cè)Mh= Rih L 1=4687.7 X50=234385N mma-a 剖面右側(cè) _ Mh = R2H L 2=2649.9 X50=132495N mm在垂直平面上M尸 Riv Li=1358X 50=67900N mm合成彎矩， a-a 剖面左側(cè)M=，MaH2+Mv2=，2343852+6790C2=244022N- mma-a 剖面右側(cè)M =，(MaH )2+(MLv )2=V 1324952+679CC2

42、=14888CN- mm3. 畫轉(zhuǎn)矩圖3.4.4.4 校核軸的強(qiáng)度a-a 剖面右側(cè)，因彎矩大，有轉(zhuǎn)矩，還有花鍵引起的應(yīng)力集中，故a-a 剖面右側(cè)為危險(xiǎn)剖面?？箯澠拭婺Ａ縒=0.1(d3-d b=0.1(72 3-223)=36260mm抗扭剖面模量W=0.2(d 3-d 1=0.2(72 3-223)=72520mm彎曲應(yīng)力6 b= Ma/W=244022/36260=6.73MPa扭剪應(yīng)力r =T/W=550309.2/72520=7.59Mpa對(duì)于一般用途的轉(zhuǎn)軸，可按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算2 ，對(duì)于單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，通常轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)處理8,故由文獻(xiàn)2, 188-189可知，折合系數(shù)a =

43、0.6,則當(dāng)量應(yīng) 力：(Te=V(Tb2+4(a T ) 2=v6.732+4X (0.6 X 7.59) 2=8.12MP已知軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理網(wǎng)，(T b=650MP (r-ib=60MPo顯然，(T e Fr2, Fa1Fa2,故只需校核軸承I。2 .計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷2e=1.5tan a=1.5tan15=0.4因?yàn)樗訶=1Y=0a1 /Fr1=1721.7/4880.4=0.353e當(dāng)量動(dòng)載荷P=X Fri+Y Fai=1 X 4880.4=4880.43 . 計(jì)算軸承壽命軸承在100以下工作，由文獻(xiàn) 2 ， 表 11-9 查得：f T=1.0 。 中等沖擊查得2 ： f P

44、=1.2軸承I的壽命Lh=106(f t C/f p p)3/60n=1061.0 X 48500/(1.2 X 4880.4) 3/60 X 1000 =9466h由于清雪機(jī)構(gòu)屬于間歇工作，故軸承的壽命合適。第4章旋拋機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1 引言清雪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，螺旋鏟將路面上的積雪收起并送入旋拋機(jī)， 旋拋機(jī)的作用是將螺 旋鏟不斷送來的積雪通過出雪筒拋到遠(yuǎn)處路邊或運(yùn)雪車斗，旋拋機(jī)要完成這樣的任務(wù)， 則需要有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的外徑尺寸，旋拋機(jī)安裝在減速器和車體之間。4.2 旋拋機(jī)結(jié)構(gòu)及組成旋拋機(jī)由以下幾部分組成：旋拋機(jī)罩、旋拋機(jī)葉片、旋拋機(jī)軸、出雪筒等，如圖4-1所示。1 2A1.旋拋機(jī)葉片2

45、.旋拋機(jī)罩3.旋拋機(jī)軸 圖4-1旋拋機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖旋拋機(jī)共有5片葉片，沿圓周均勻分布，葉片由6mmff的鋼板制成，為了增加其強(qiáng)度，每片葉片都由相同厚度加強(qiáng)筋作為葉片支承。由牽引機(jī)車輸出的動(dòng)力經(jīng)聯(lián)軸器直 接傳至旋拋機(jī)軸，旋拋機(jī)軸靠近車體的一端采用漸開線花鍵傳動(dòng)，花鍵副，齒數(shù)26、模數(shù)3、300圓齒根、公差等級(jí)為7級(jí)、配合類別為H/h ;標(biāo)記為：INT/EXT 26ZX 3mx 30RX 7H/7h GB3478.1 -83。4.3 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算4.3.1 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在第 2 章中我提及了銷軸聯(lián)軸器這個(gè)概念，此處也采用了銷軸聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)，銷軸聯(lián)軸器在旋拋機(jī)結(jié)構(gòu)中也發(fā)揮了重用的作

46、用， 在此處銷軸聯(lián)軸器安裝在軸套與螺旋鏟套筒之間，相差180 度對(duì)稱布置。銷軸聯(lián)軸器的作用是：當(dāng)清雪機(jī)正常工作時(shí)，它起到聯(lián)作器的作用一傳遞動(dòng)力；如果清雪機(jī)在工作過程中旋拋機(jī)被積雪阻塞時(shí)它將被剪斷，此時(shí)動(dòng)力將不再傳到旋拋機(jī)， 這樣一來就能很好地保護(hù)清雪機(jī)的其他機(jī)構(gòu)不被破壞。 綜上所述，銷軸聯(lián)軸器有落兩個(gè)作用：(1) 傳遞動(dòng)力；(2) 過載保護(hù)。銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)如圖 4-1 所示。4.3.2 銷軸的強(qiáng)度計(jì)算由于銷軸既要傳遞動(dòng)力又要過載保護(hù)，所以銷軸在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材上要兼顧二者、得以平衡。因此銷軸材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其直徑 小=16mm,選用牌號(hào)：20(GB699-88),其(rb=410N/m

47、m s=245N/m61. 按剪切強(qiáng)度計(jì)算其許用剪切應(yīng)力為：r=(T s/ (3.5 5)則：r =245/5=49Mpa可知：p=Q/A& r(4-1)式中 Q 剪切面上的剪力( N) ；A 剪切面的面積(mm2)；p一許用剪切應(yīng)力(N/ mm)0Q=F/2(4-2)式中 Q 剪切面上的剪力(N)F一銷軸的工作載荷(N)則有：=F/2A可知：T=F d(4-3)式中 T 減速器軸傳遞的轉(zhuǎn)距(N/mm) ；F 銷軸的工作載荷(N) ；d 兩銷軸的距離(mm) 。由式 (4-2) 有：F=r - 2A由上式可知，當(dāng)p=p時(shí)，是銷軸傳遞轉(zhuǎn)矩最大且即將被剪斷的臨界時(shí)刻，此時(shí)有：F=r - 2A =r

48、 2 - Ttd 2/4 =49X 2乂 兀 X 162/4=19.7kN將式上式代入式( 4-3 )則有：T=F d=19.7X180=3546000Nmm即：兩銷軸傳遞的最大轉(zhuǎn)距為3546000Nmm由于：T=9.55Xl06P/n(4-4)則有P=T- n/(9.55 X 106)=3546000X 1000/(9.55 X106)=371.3KW2. 按擠壓強(qiáng)度計(jì)算由文獻(xiàn) 3 ， 42-47 可知：6 b=P/A=P/ntd (T b(4-5)式中 P 每個(gè)銷軸受到的擠壓力(N) ；B一擠壓面積(mm ;n銷軸的數(shù)目；t 受擠壓的長度(mm) ；d銷軸的直徑(mm。則有：b b=P/A

49、=19.7/33 X 17=0.04Mpa58.8 ,所以此銷軸聯(lián)軸器 可以安全可靠地傳遞動(dòng)力，同時(shí)又能在外力過大時(shí)及時(shí)破壞，起到安全保護(hù)的作用。4.4 旋拋機(jī)軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算已知旋拋機(jī)軸傳遞的功率 P=57.62kW 轉(zhuǎn)矩T=550309.2N mm轉(zhuǎn)速n=1000r/min。選擇軸的材料因傳遞的功率不大，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，故選用常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。確定軸徑根據(jù)實(shí)際情況， 確定該軸為階梯軸， 參考國外同型號(hào)清雪車確定該軸的實(shí)際結(jié)構(gòu)見 圖 4-1 。4.5 其它零部件設(shè)計(jì)及選用4.5.1 襯套襯套的作用是將旋拋機(jī)軸與旋拋機(jī)軸套隔離開它由耐磨的錫青銅(ZCuSn10P)1 2制成， 相當(dāng)于滑動(dòng)軸承的作用。 清雪機(jī)正常工作時(shí)它不起作用， 當(dāng)清雪機(jī)過載而銷軸