大型清雪機結(jié)構(gòu)設(shè)計

黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計大型清雪機結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要本論文較為詳細的說明了清雪機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理；接著論述了螺旋鏟的結(jié)構(gòu)設(shè)計并對關(guān)鍵零件進行了校核計算；然后是對減速器的設(shè)計與計算，提出了4種傳動方案，并論證了各自的優(yōu)缺點，最終選擇了一種較理想的傳動方案，并對此方案進行了設(shè)計與計算；本文通過對螺旋鏟的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算，確定了螺旋鏟各部分結(jié)構(gòu)及尺寸；通過對傳動方案的提出及優(yōu)缺點分析，確定了減速器的傳動件結(jié)構(gòu)，由傳動零件的設(shè)計及計算可知，此清雪機構(gòu)的傳動裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，效率高，噪聲小，成本低，工作可靠等優(yōu)點；通過對旋拋機的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算，確定了旋拋機的各部分結(jié)構(gòu)及尺寸。最后對本設(shè)計的可行性進行了分析。本清雪車的結(jié)構(gòu)比較簡單，能夠很好的完成清雪任務(wù)。由于該清雪車結(jié)構(gòu)中大量采用了標準件，故此清雪車制造和維修保養(yǎng)都比較方便；除此之外，清雪車的其它零部件也大都采用了型鋼和一些價格較便宜的常用材料，因此，此清雪車的制造成本不會很高，而且維修保養(yǎng)的費用也很低。由于此清雪車的傳動機構(gòu)采用了斜齒輪和錐齒輪傳動，且傳動件的加工精度比較高，故傳動效率很高，功率損失小，節(jié)約了能源；另外，由于采用了齒輪傳動，所以清雪車工作時噪音很低，符合環(huán)保要求。關(guān)鍵詞：清雪機；螺旋鏟；旋拋機Design of Large Snow-clearing MachineAbstractUsing the unmixed snow-clearing of machinery to substitute for man-made snow-clearing being that we hope， this thesis has carried on detailed analysis and demonstration to the snow-clearing machine that my designed. The major work parts of this snow-clearing machine are rotary throwing snow plough，deceleration parachute and rotary spiral shovel. The necessity and urgency of snow-clearing machine of design firstly expounded in this thesis. Then has discussed the structure design of rotary spiral shovel and calculates to the key parts .Then is design and calculation of deceleration parachute，and has puts forward 4 kinds of transmission schemes to the deceleration parachute， has mentioned in the same breath to have proved each the most excellent and shortcoming， finally selected one kind the ideal transmission scheme， and has been in progress designing to this scheme and calculates. Next the rotary throwing snow plough has carried on design and calculations. The analysis finally has been in progress to feasible It is knowable with calculation to pass through the analysis of detail， the snow-clearing machine design scheme is feasible， the structure design is reasonably， and the economy satisfies the requirement with environmental protection， therefore the enough satisfied reality work of this snow-clearing function needs.Keywords：snow-clearing machine；rotary spiral shovels；rotary throws snow plough不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 II 目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 技術(shù)要求和主要內(nèi)容21.3 設(shè)計方案及計劃21.4 本文主要內(nèi)容3第2章 螺旋鏟結(jié)構(gòu)設(shè)計42.1 引言42.2 螺旋鏟結(jié)構(gòu)及組成42.3 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算42.3.1 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計42.3.2 銷軸的強度計算4第3章 減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算83.1 傳動方案的選擇83.1.1 傳動方案的制定83.1.2 傳動方案的確定83.2 傳動裝置的傳動比分配及動力和運動參數(shù)的確定93.2.1 傳動裝置的總傳動比及分配93.3 傳動裝置中傳動零件的設(shè)計103.3.1 斜齒圓柱齒輪設(shè)計103.4.1 選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級133.4.2 確定傳動尺寸133.4.3 校核齒根彎曲疲勞強度143.4.4 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算15第4章 旋拋機的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算214.1 引言214.2 旋拋機結(jié)構(gòu)及組成214.3 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算224.3.1 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計224.3.2 銷軸的強度計算224.4 拋機軸的設(shè)計及計算244.5 其它零部件設(shè)計及選用244.5.1 襯套244.5.2 花鍵連接及螺栓的選用24結(jié) 論26參考文獻27附 錄28致 謝37 黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計大型清雪機結(jié)構(gòu)設(shè)計第1章 緒論1.1 課題背景我國北方冬季漫長，降雪頻繁、降雪量大。高速公路和機場跑道積雪會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有發(fā)生，直接威脅到人們的生命財產(chǎn)安全，高速公路和機場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、徹底清除路面積雪，給人們創(chuàng)造一個良好的出行環(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，人工清雪工人勞動強度大、工作環(huán)境惡劣、效率低、清雪不徹底，而且過往車輛還會威脅到工人的人身安全；而往道路上撒鹽則會直接對環(huán)境造成污染。因此我們覺得機械化清雪勢在必行，它有著人工清雪所無法比擬的許多優(yōu)點：高效、低耗、清雪徹底等。隨著時代的進步和人類社會文明程度的提高，人工清雪以不能滿足人們對機場和高速公路的要求，采用機械設(shè)備清雪來代替人工清雪是人們所希望的。因此很多單位和個人都致力于研究和開發(fā)高性能清雪設(shè)備?，F(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，工作時先將積雪聚攏然后由人工或裝載機將雪裝入卡車運走；有的在壓路機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、對道路損傷大等，而進口清雪車價格昂貴不利于普及。所以，設(shè)計一套工作可靠、清雪徹底、效率高、對路面損傷小、能耗低、造價少的清雪設(shè)備有其實際意義。另外，這也是一個國家、一座城市現(xiàn)代化與文明程度的標志之一。此題目的完成旨在綜合運用大學(xué)四年所學(xué)的知識，培養(yǎng)獨立分析問題、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)要求和主要內(nèi)容清雪車要求結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、操縱方便、便于加工制造及維修、有過載保護機構(gòu)；各回轉(zhuǎn)件、移動件潤滑良好；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，清雪厚度及行進速度可調(diào)；對路面狀況適應(yīng)性強，對路面損傷小。作業(yè)寬度2500mm，工作時行進速度為0.3km/h20km/h，空載時行進速度為30km/h，噪音低于80dB。1.3 設(shè)計方案及計劃清雪機由輸出功率為80馬力以上的機車牽引，牽引機車輸出轉(zhuǎn)速為1000r/min以上。清雪機主要工作部件由旋拋機和螺旋鏟組成。工作時，由螺旋鏟將機車行進前方2500mm寬度范圍內(nèi)的積雪收攏，并不斷送入旋拋機，旋拋機高速旋轉(zhuǎn)形成低壓區(qū)，將由螺旋鏟送來的積雪快速吸入、同時加速，然后從旋拋機上方的出雪口拋入運雪車斗或拋到路邊。螺旋鏟和旋拋機固定在一個鋼結(jié)構(gòu)架上，此鋼結(jié)構(gòu)架則與牽引機車相連，形成一個整體。鋼結(jié)構(gòu)架可由液壓缸控制，能在50cm范圍內(nèi)垂直升降，以適應(yīng)路面變化和積雪厚度變化，牽引機車空載行駛時液壓缸可將鋼結(jié)構(gòu)架舉起實現(xiàn)快速行進。另外，在鋼結(jié)構(gòu)上螺旋鏟和旋拋機之間還安裝有兩個萬向輪，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，還能隨路面變化自動調(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，螺旋鏟和旋拋機之間安裝有一組刮雪片，它始終與路面相切并與旋拋機罩相聯(lián)接，刮雪片可由兩個滑動墊塊調(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。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到徹底清雪的目地。由于清雪機清雪部件與路面始終是軟接觸，所以此清雪機工作中不會對路面產(chǎn)生任何傷害。旋拋機與螺旋鏟均有過載保護裝置，它們由兩組銷軸組成。在螺旋鏟的葉片與驅(qū)動軸之間有兩個銷軸，正常工作時此二銷軸與其他零件組成銷軸聯(lián)軸器，起到傳遞動力的作用，如果螺旋鏟工作時碰到硬物過載，銷軸則會被剪斷，螺旋鏟停止工作，此時銷軸則起到安全銷的作用；同樣，旋拋機葉片和驅(qū)動軸之間也有兩個銷軸，正常工作時傳遞動力，當(dāng)葉片被積雪或硬物阻塞時銷軸剪斷螺旋鏟停止工作，這樣就能有效保護其它零部件不被損壞。牽引機車輸出軸有4級轉(zhuǎn)速以滿足不同的需要，可以根據(jù)具體情況恰當(dāng)選用。旋拋機驅(qū)動軸與螺旋鏟驅(qū)動軸之間由減速器實現(xiàn)降速傳動，速比為2.42/1，采用此速比的目的是使旋拋機有足夠的能力將積雪拋出，以免積雪堵塞旋拋機葉片。減速器采用二級齒輪傳動，高速級采用斜齒輪傳動，低速級采用圓錐齒輪傳動。動力傳遞路線是：牽引機車輸出軸萬向聯(lián)軸節(jié)旋拋機驅(qū)動軸減速器螺旋鏟驅(qū)動軸。單純的除雪設(shè)備具有極強的季節(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，高速公路和機場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達到另人滿意的效果。此清雪車的另一優(yōu)點在于，清雪機構(gòu)與牽引機車采用活性連接，清雪車閑置時可將清雪機構(gòu)卸下，牽引機車可另做它用。1.4 本文主要內(nèi)容本文詳細論述了清雪車的全部設(shè)計過程及方案論證。包括：螺旋鏟各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算；清雪機構(gòu)減速器的設(shè)計、計算與校核；清雪機構(gòu)旋拋機各部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計、計算與校核；以及出雪筒、萬向輪和機架的設(shè)計及計算等。最后還對本設(shè)計進行了經(jīng)濟性成本估算和環(huán)保分析。第2章 螺旋鏟結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 引言采用機械設(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)計中采用了螺旋鏟結(jié)構(gòu)。螺旋鏟的作用是將機車行進前方2500mm寬度范圍內(nèi)的積雪收攏并不斷送入旋拋機。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，對稱安裝在減速器兩側(cè)，動力由減速器輸出軸經(jīng)花鍵、傳動盤、銷軸聯(lián)軸器傳至螺旋鏟套筒，螺旋鏟套筒旋轉(zhuǎn)并帶動螺旋鏟葉片支撐和葉片一起旋轉(zhuǎn)，隨著機車的不斷前進螺旋鏟不斷地將機車前方的積雪收起并送入旋拋機，這樣一來就能完成收雪任務(wù)。為了達到清雪徹底的目的，在螺旋鏟葉片外側(cè)還安裝有70mm長的尼龍刷，尼龍刷隨螺旋鏟葉片一起旋轉(zhuǎn)能將地面的浮雪掃起，這樣一來就能達到清雪徹底的目的。2.3 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算2.3.1 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計在引言中我提及了銷軸聯(lián)軸器這個概念，銷軸聯(lián)軸器安裝在傳動盤與螺旋鏟套筒之間，每個螺旋鏟有兩個銷軸聯(lián)軸器，相差180度對稱布置。銷軸聯(lián)軸器的作用是：當(dāng)清雪機正常工作時，它起到聯(lián)軸器的作用傳遞動力；如果清雪機在工作過程中螺旋鏟碰到硬物過載或被積雪阻塞時它將被剪斷，此時動力將不再傳到螺旋鏟，這樣一來就能很好地保護清雪機的其他機構(gòu)不被破壞1。綜上所述，銷軸聯(lián)軸器有落兩個作用：(1)傳遞動力；(2)過載保護。2.3.2 銷軸的強度計算由于銷軸既要傳遞動力又要過載保護，所以銷軸在結(jié)構(gòu)設(shè)計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=16mm，選用牌號：20（GB699-88），其b=410N/mm2， s=245N/mm2。1. 按剪切強度計算其許用剪切應(yīng)力為2： =s（3.55） 則： =245/5=49Mpa可知3： =Q/A (2-1)式中：Q剪切面上的剪力（N）；A剪切面的面積（mm2）；許用剪切應(yīng)力（N/ mm2） Q=F/2 (2-2)式中 Q剪切面上的剪力（N）；F銷軸的工作載荷（N）則有： =F/2A (2-3)可知4： T=Fd (2-4)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(2-3)有：F=2A由式（2-4）可知，當(dāng)=時，是銷軸傳遞轉(zhuǎn)矩最大且即將被剪斷的臨界時刻，此時有：F=2A =2d2/4=492162/4=19.7kN將式上代入式（2-4），則有：T=Fd=19.7220=4334000Nmm即：兩銷軸傳遞的最大轉(zhuǎn)距為4334000Nmm。由于： T=9.55106P/n (2-5)則有： P=Tn/(9.55106) =4334000412/(9.55106)=186.9Kw2. 按擠壓強度計算可知3： b=P/A=P/ntdb (2-6)式中 P每個銷軸受到的擠壓力（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： b=P/A=19.7/(3317)=0.04Mpa<b 所以銷軸不會被壓饋，即：銷軸在工作中不會因受擠壓而破壞。綜上：螺旋鏟的銷軸聯(lián)軸器可傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為4334000Nmm，最大功率為186.9Kw，由于牽引機車的輸出功率為58.8Kw以上且186.9>58.8，所以此銷軸聯(lián)軸器可以安全可靠地傳遞動力，同時又能在外力過大時及時破壞，起到安全保護的作用 2.4 其它零部件設(shè)計及選 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（ZCuSn10P1）2制成，相當(dāng)于滑動軸承的作用。清雪機正常工作時它不起作用，當(dāng)清雪機過載而銷軸聯(lián)軸器被剪斷時減速器輸出軸與螺旋鏟套筒脫離，此時減速器輸出軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，而螺旋鏟則停止轉(zhuǎn)動，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)生相對滑動，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用螺栓連接，這樣做的目的是為了在螺旋鏟葉片損壞時便于更換與維修。2.4.3 螺旋鏟葉片螺旋鏟葉片采用700mm130mm6mm的鋼板制成螺旋形、螺旋角為30，故名螺旋鏟。每個螺旋鏟有8片葉片，每兩片葉片由螺旋鏟支撐連接在一起形成一個整體，即一組。再把它們按90間隔焊接在螺旋鏟套筒的圓周上，每個套筒焊接四組。在螺旋鏟葉片外側(cè)還安裝有70mm長的尼龍刷，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花鍵選用漸開線花鍵，根據(jù)文獻 5可知花鍵副，齒數(shù)26、模數(shù)5，30圓齒跟內(nèi)花鍵，公差等級6級、外花鍵公差等級7級，配合類別H/h。標記為：花鍵副 INT/EXT 26Z5m30R6H/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 6選用M2025和M2035（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M630（GB5783-86）， 彈簧墊圈選用(GB97-83)。第3章 減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算3.1 傳動方案的選擇3.1.1 傳動方案的制定根據(jù)原動機輸出軸與工作機的相互位置關(guān)系及外部尺寸的限制，可設(shè)計出多種傳動方案供選擇，現(xiàn)提出如下四種傳動方案:1.一級V帶傳動加一級圓錐齒輪減速器:優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，帶傳動易加工、成本低，可吸震緩沖，應(yīng)用較廣泛。缺點：外廓尺寸大，帶的壽命短，需經(jīng)常更換。2.一級圓錐齒輪減速器加一級鏈傳動：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，效率較高，應(yīng)用較廣泛。缺點：外廓尺寸大，工作時有噪聲。3.一級蝸桿傳動：優(yōu)點：傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)。缺點：效率低，功率損失大，需用貴重的青銅制造蝸輪，成本高。4.二級閉式齒輪減速器（第一級為斜齒輪，第二級為圓錐齒輪）：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，成本低，傳動效率高，工作可靠，應(yīng)用較廣泛。缺點：齒輪相對于軸承不對稱布置，沿齒向載荷分布不均勻。3.1.2 傳動方案的確定清雪機構(gòu)對傳動方案要求是：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，效率高。2.結(jié)構(gòu)簡單，外廓尺寸小，制造與安裝容易，使用與維護方便，成本低。3.滿足原動機與工作機軸線位置的要求。4.傳動順序布置合理，承載能力高，傳動平穩(wěn)。綜合考慮以上幾個方面，決定采用前面提出的第四種方案，即：二級閉式齒輪減速器（第一級為斜齒輪，第二級為圓錐齒輪）。3.2 傳動裝置的傳動比分配及動力和運動參數(shù)的確定3.2.1 傳動裝置的總傳動比及分配由于牽引機車的型號未定，目前暫定牽引機車的輸出轉(zhuǎn)速為1000r/min，輸出功率為80馬力（58.8kw）計算。參考國外同型號清雪車確定傳動裝置的總傳動比為i=2.42，第一級斜齒輪的傳動比為i1=1.19，第二級錐齒輪的傳動比為i2=2.037。即：i= i1i2。3.2.2 確定傳動裝置中各軸的運動和動力參數(shù)為使傳動裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，各軸的功率按牽引機車的工作功率Pd來計算，而且各軸的功率和轉(zhuǎn)矩按輸入處計算8。將傳動裝置中各軸由高速至低速依次定為軸、軸、，相鄰兩軸間的傳動比分別為i12、i23、，相鄰兩軸間的傳動效率分別為12、23、，則按牽引機車輸出軸至螺旋鏟的運動傳遞路線推算出的各軸運動及動力參數(shù)如下：1.各軸的轉(zhuǎn)速：牽引機車輸出軸 nm =1000r/min軸（旋拋機軸和小斜齒輪軸） n= nm=1000r/min軸 n= n/i12=1000/1.19=840.3r/min軸（螺旋鏟軸） n= n/i23=840.3/2.03=412.9r/min2.各軸的輸入功率：牽引機車輸出軸(輸出功率) Pd=58.8kw軸（旋拋機軸和小斜齒輪軸） P=Pd01= Pd軸承=58.80.98=57.62kW軸 P= P12= P齒輪軸承=57.620.980.98=55.33kW 軸（螺旋鏟軸）P= P23= P齒輪軸承=55.330.980.98=53.14kW3.各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：牽引機車輸出軸（輸出轉(zhuǎn)矩）Td=9.55106Pd/ nm=9.5510658.8/1000=561540Nmm軸（旋拋機軸和小斜齒輪軸） T=Td01=5615400.98=550309.2Nmm軸 T= Ti1212=550309.21.190.96=628673.2Nmm 軸（螺旋鏟軸）T= Ti2323=628673.22.030.96=1225158.4Nmm現(xiàn)將各軸的運動及動力參數(shù)計算結(jié)果整理于表3-1中。表3-1 動力參數(shù)計算軸 名功 率P/kW轉(zhuǎn) 速n/(r/min)轉(zhuǎn) 矩T/（N*mm）傳動比i效 率牽引機車輸出軸58.8100056154011.192.420.980.960.96軸57.621000550309.2軸55.33840.3628673.2軸（螺旋鏟軸）53.14412.91225158.43.3 傳動裝置中傳動零件的設(shè)計3.3.1 斜齒圓柱齒輪設(shè)計3.3.1.1 選擇材料及熱處理方式小齒輪選45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度HB1=210-230；大齒輪選45鋼，正火處理，硬度HB2=170-2208。3.3.1.2 確定齒輪的許用應(yīng)力分別按的中間值HB1=220和 HB2=190，可知8：Hlim1=560MP， Flim1=220MPHlim2=400MP， Flim2=170MP取SH=1.05，SF=1.35，則：F1=Flim1/SF=220/1.35=162.96MPH1=Hlim1/SH=560/1.05=533.33MPF2=Flim2/SF=170/1.35=125.93MPH2=Hlim2/SH=400/1.05=380.95MP3.3.1.3 幾何參數(shù)的確定參考國外同型號清雪車確定傳動件幾何參數(shù)如下：Z1=27，Z2=32，mn=6，=102924，a=180mm分度圓直徑為d1=mnZ1/cos=627/(cos102924)=164.75mmd2=mnZ2/cos=632/(cos102924)=195.26mm因為b=aa=0.4180=72mm，故?。盒↓X輪寬度b1=80mm，大齒輪寬度b2=72mm。3.3.1.4 校核齒跟彎曲強度載荷工作情況系數(shù)KA=1.25。動載荷系數(shù)Kv=1.03，齒向載荷的分布系數(shù)K=1.06。所以載荷系數(shù)K=KAKVK=1.251.031.06=1.3658?？芍?YFa1=2.76，YFa2=2.17，得:F1=1.61.365550309.22.76 cos102924/(726227)=46.6MPF2=1.61.365550309.22.17 cos102924/(726232)=31.9MP可見，F(xiàn)1F1，F(xiàn)2F2，故齒跟彎曲強度足夠。3.3.1.5 驗算圓周速度v=d1n1/60000=164.751000/60000=8.62m/s所選8級齒輪精度是適合的（8級斜齒圓柱齒輪的合適圓周速度v10m/s）。3.3.2 直齒圓錐齒輪設(shè)計3.3.2.1 選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級大、小齒輪均選用45號鋼，小齒輪1調(diào)質(zhì)處理，大齒輪2正火處理，齒面硬度HB1=217-225，HB2=162-2178，平均硬度HB1=236，HB2=190，HB1-HB2=46在HB在30-50之間，故選用8級精度。3.3.2.2 確定傳動尺寸參考國外同型號清雪車確定直齒圓錐齒輪幾何參數(shù)如下：已知：1=26，2=64，d1=142.53mm，d2=295.18mm，I=ctg1=Z2/Z1=2.051.計算動載系數(shù)使用系數(shù)KA=1.08，dm1t=d1t=(1-0.5R)=142.53(1-0.50.3)=121.15mm2故Vm1=dm1tn1=/60000=121.15840.3/60000=5.33m/s。按8級精度查得動載系數(shù)KV=1.222dm=Ri2+1/(2-R)=0.32.052+1/(2-0.3)=0.403齒向載荷分布系數(shù)K=1.12，故K=KAKVK=1.01.221.12=1.37。2.修正小齒輪1分度圓直徑d1=d13K/Kt=142.5331.37/1.3=145.04mm。3.則初選Z1=25，Z2=Z1i=252.05=51.52取Z2=51則i=51/25=2.04，i/i=(2.05-2.04)/2.05=0.5%，在允許范圍內(nèi)。4.大端模數(shù)m=d1/Z1=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=Z1m=256=150mm>145.04d2=Z2m=516=306mm。6.錐頂距2得： R= =170.39mm7.齒寬：b=RR=0.3170.39=51.12mm取b=528.分度錐頂角：tan1=d1/d2=150/306=0.49則有：1=26636 2=90-1=90-26636=6353243.3.2.3 校核齒根彎曲疲勞強度 F=KFtYFYS/0.85bm(1-0.5R)F (3-1)式中各計算參數(shù)：1.K、b、m、R同前；2.圓周力FtFt=2T/ d1 (1-0.5R) =2628673.2/ 150 (1-0.50.3) =9861.5N3.齒形系數(shù)YF和應(yīng)力修正系數(shù)YS2 cos1=i/i2+1=2.05/2.052+1=0.8988cos2=1/i2+1=1/2.052+1=0.4384ZV1=Z1/cos1=25/0.8988=27.81ZV2=Z2/cos2=51/0.4384=116.33YF1=2.85，YF2=2.12Ys1=1.6， Ys2=1.834.許用彎曲應(yīng)力2得：F=YNFlim/SF (3-2)彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim1=220MP，F(xiàn)lim2=170MP壽命系數(shù)：YN1=YN2=1.0安全系數(shù)：SF=1.25故 F1=YN1Flim1/SF=1.0220/1.25=176MP F2=YN2Flim2/SF=1.0170/1.25=136MPF1=KFtYFYS/0.85bm(1-0.5R) =1.379861.52.581.6/ 0.85526 (1-0.5*0.3)=147.4MP< F1F2=F1YF2YS2/YF1YS1=147.42.121.83/ (2.581.6) =134.5MP< F2滿足齒根彎曲疲勞強度。5.確定齒輪其它尺寸小錐齒輪根據(jù)實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套式結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)見清雪機構(gòu)減速器裝配圖。3.4 清雪機的設(shè)計3.4.1 選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級大、小齒輪均選用45號鋼，小齒輪1調(diào)質(zhì)處理，大齒輪2正火處理，由文獻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級精度。3.4.2 確定傳動尺寸參考國外同型號清雪車確定直齒圓錐齒輪幾何參數(shù)如下：已知：1=26， 2=64， d1=142.53mm， d2=295.18mm，I=ctg1= Z2/Z1=2.051.計算動載系數(shù)使用系數(shù)KA=1.0，dm1t=d1t=(1-0.5R)=142.53(1-0.50.3)=121.15mm故Vm1=dm1tn1=/60000=121.15840.3/60000=5.33m/s按8級精度查得動載系數(shù)KV=1.22dm=Ri2+1/(2-R)=0.32.052+1/(2-0.3)=0.403查得齒向載荷分布系數(shù)K=1.12故K=KAKVK=1.01.221.12=1.372.修正小齒輪1分度圓直徑d1=d13K/Kt=142.5331.37/1.3=145.04mm3.則初選Z1=25，Z2=Z1i=252.05=51.52取Z2=51則i=51/25=2.04，i/i=(2.05-2.04)/2.05=0.5%，在允許范圍內(nèi)。4.大端模數(shù)m=d1/Z1=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=Z1m=256=150mm>145.04d2=Z2m=516=306mm6.錐頂距 R=d12+d22/2=1502+3062/2=170.39mm7.齒寬b=RR=0.3170.39=51.12mm取b=528.分度錐頂角tan1=d1/d2=150/306=0.49則有：1=266362=90-1=90-26636=6353243.4.3 校核齒根彎曲疲勞強度F=KFtYFYS/0.85bm(1-0.5R)F式中各計算參數(shù)：1.K、b、m、R同前；2.圓周力Ft， Ft=2T/d1(1-0.5R) =2628673.2/150(1-0.50.3)=9861.5N3.齒形系數(shù)YF和應(yīng)力修正系數(shù)YS2 cos1=i/i2+1=2.05/2.052+1=0.8988cos2=1/i2+1=1/2.052+1=0.4384ZV1=Z1/cos1=25/0.8988=27.81ZV2=Z2/cos2=51/0.4384=116.33YF1=2.85，YF2=2.12Ys1=1.6， Ys2=1.834.許用彎曲應(yīng)力2，得：F=YNFlim/SF 彎曲疲勞極限應(yīng)力Flim1=220MP，F(xiàn)lim2=170MP壽命系數(shù)：YN1=YN2=1.0安全系數(shù)：SF=1.25故 F1=YN1Flim1/SF=1.0220/1.25=176MP F2=YN2Flim2/SF=1.0170/1.25=136MPF1=KFtYFYS/0.85bm(1-0.5R)=1.379861.52.581.6/0.85526(1-0.5*0.3)=147.4MP<F1F2=F1YF2YS2/YF1YS1=147.42.121.83/(2.581.6)=134.5MP<F2滿足齒根彎曲疲勞強度。5.確定齒輪其它尺寸小錐齒輪根據(jù)實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套式結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)見清雪機構(gòu)減速器裝配圖。3.4.4 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算已知輸入軸功率P=57.62kW，轉(zhuǎn)矩T=550309.2Nmm，轉(zhuǎn)速n=1000r/min，圓柱齒輪分度圓直徑d=150mm，齒寬b=80mm。圓周力 Ft=2T1/d1=7337.46N徑向力 Fr=Fttann/cos=7337.46tan20/cos1049=2716.0N法向力 Fn=Ft/(cosncos)= 7337.46/(cos20cos1049)=7940.9N軸向力 Fa =Ft tan=7337.46tan1049=1358.6N3.4.4.2 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計1.選擇軸的材料因傳遞的功率不大，并對重量及結(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：對與轉(zhuǎn)軸，按扭轉(zhuǎn)強度初算軸徑， C=106-1352，考慮傳動的實際情況，取C=135，則dmin=C3P/n=135357.62/1000=52.11mm3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)軸承部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于減速器的結(jié)構(gòu)需要，減速器的機體采用整體式結(jié)構(gòu)。因傳遞功率不大，齒輪減速器效率高，發(fā)熱小，估計軸不會伸長，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。(2)軸承及軸段1。在本設(shè)計中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)計應(yīng)與軸承的設(shè)計同時進行。因為軸段1的dmin=52.11mm，所以該處圓錐滾子軸承選用滾動軸承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，滾動軸承7211E的寬度為23mm，套筒的設(shè)計寬度為10mm，故取l1=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，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、公差等級為7級、配合類別為H/h；標記為：INT/EXT 26Z3m30R7H/7h GB3478.1-83。 由前述可知小齒輪寬度為80mm，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，l2=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軸承7214E(GB297-84)11。相應(yīng)的軸段3的直徑d1=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，滾動軸承7214E的寬度為26.5mm，套筒的設(shè)計寬度為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l1=34mm。(5)傳動花鍵及軸段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，故確定該處軸徑時應(yīng)綜合考慮上述兩項。漸開線花鍵采用花鍵副，齒數(shù)22、模數(shù)3、30圓齒根、公差等級為7級、配合類別為H/h；標記為：INT/EXT 22Z3m30R7H/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l4=110mm，所以d4=68mm，l4=110mm。3.4.4.3 軸的受力分析1.計算支承反力。在水平面上R1H=(FtL1+Fad/2)/(L1+L2)=(7337.550+1358.6150/2)/(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軸承的總支反力R1=R1V2+R1H2=13582+4687.72=4880.4N軸承的總支反力R2=R2V2+R2H2=13582+2469.92=2818.6N2.畫彎矩圖在水平面上，a-a剖面左側(cè)MaH= R1HL1=4687.750=234385Nmma-a剖面右側(cè)MaH= R2HL2=2649.950=132495Nmm在垂直平面上MaV= R1VL1=135850=67900Nmm合成彎矩，a-a剖面左側(cè)Ma=MaH2+MaV2=2343852+679002=244022Nmma-a剖面右側(cè)Ma=(MaH)2+(MaV)2=1324952+679002=148880Nmm3.畫轉(zhuǎn)矩圖3.4.4.4 校核軸的強度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)為危險剖面?？箯澠拭婺Ａ縒=0.1(d3-d3)=0.1(723-223)=36260mm3抗扭剖面模量WT=0.2(d3-d3)=0.2(723-223)=72520mm3彎曲應(yīng)力b= Ma/W=244022/36260=6.73MPa扭剪應(yīng)力=T/WT=550309.2/72520=7.59Mpa對于一般用途的轉(zhuǎn)軸，可按彎扭合成強度進行校核計算2，對于單向轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，通常轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)處理8，故由文獻2，188-189可知，折合系數(shù)=0.6，則當(dāng)量應(yīng)力：e=b2+4()2=6.732+4(0.67.59)2=8.12MP已知軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理8，B=650MP， -1b=60MP。顯然，e-1b，故軸的a-a剖面左側(cè)的強度滿足要求。計算軸承壽命7211E軸承的C=4850，C0=461012。1.計算軸承的軸向力。由文獻2，表11-13查得7211E軸承內(nèi)部軸向力計算公式為:S=Fr/2Y (3-3)得：Y=cot (3-4) 查得7211E軸承的=15，則由式（3-3）有：Y=cot15=3.73代入式（3-2）有： S1=Fr1/2Y=4880.4/(23.73)=654.2NS2=Fr2/2Y=2818.6/(23.73)=377.8NS1及S2的方向如圖（3-1）所示，S2與A同向。Fr1Fr2S1AS2圖3-1 軸承布置及受力則： S2+A=363.1+1358.6=1721.7N顯然，S2+AS1因此軸有左移趨勢，但由軸承部件的結(jié)構(gòu)圖分析可知軸承將使軸保持平衡，故兩軸承的軸向力分別為Fa1=S2+A=363.1+1358.6=1721.7NFa2=S2=363.1比較兩軸的受力，因Fr1>Fr2，F(xiàn)a1>Fa2，故只需校核軸承。2.計算當(dāng)量動載荷2e=1.5tan=1.5tan15=0.4因為 Fa1 /Fr1=1721.7/4880.4=0.353<e所以 X=1，Y=0當(dāng)量動載荷P=X Fr1+Y Fa1=14880.4=4880.43.計算軸承壽命軸承在100以下工作，由文獻2，表11-9查得：fT=1.0。中等沖擊查得2：fP=1.2。軸承的壽命Lh=106(fTC/fPp)3/60n=1061.048500/(1.24880.4)3/601000=9466h由于清雪機構(gòu)屬于間歇工作，故軸承的壽命合適。第4章 旋拋機的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算4.1 引言清雪機構(gòu)工作時，螺旋鏟將路面上的積雪收起并送入旋拋機，旋拋機的作用是將螺旋鏟不斷送來的積雪通過出雪筒拋到遠處路邊或運雪車斗，旋拋機要完成這樣的任務(wù)，則需要有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的外徑尺寸，旋拋機安裝在減速器和車體之間。4.2 旋拋機結(jié)構(gòu)及組成旋拋機由以下幾部分組成：旋拋機罩、旋拋機葉片、旋拋機軸、出雪筒等，如圖4-1所示。1.旋拋機葉片2.旋拋機罩 3.旋拋機軸圖4-1 旋拋機結(jié)構(gòu)示意圖旋拋機共有5片葉片，沿圓周均勻分布，葉片由6mm厚的鋼板制成，為了增加其強度，每片葉片都由相同厚度加強筋作為葉片支承。由牽引機車輸出的動力經(jīng)聯(lián)軸器直接傳至旋拋機軸，旋拋機軸靠近車體的一端采用漸開線花鍵傳動，花鍵副，齒數(shù)26、模數(shù)3、30圓齒根、公差等級為7級、配合類別為H/h；標記為：INT/EXT 26Z3m30R7H/7h GB3478.1-83。4.3 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算4.3.1 銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計在第2章中我提及了銷軸聯(lián)軸器這個概念，此處也采用了銷軸聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)，銷軸聯(lián)軸器在旋拋機結(jié)構(gòu)中也發(fā)揮了重用的作用，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度對稱布置。銷軸聯(lián)軸器的作用是：當(dāng)清雪機正常工作時，它起到聯(lián)軸器的作用傳遞動力；如果清雪機在工作過程中旋拋機被積雪阻塞時它將被剪斷，此時動力將不再傳到旋拋機，這樣一來就能很好地保護清雪機的其他機構(gòu)不被破壞。綜上所述，銷軸聯(lián)軸器有落兩個作用：(1)傳遞動力；(2)過載保護。銷軸聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。4.3.2 銷軸的強度計算由于銷軸既要傳遞動力又要過載保護，所以銷軸在結(jié)構(gòu)設(shè)計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=16mm1，選用牌號：20（GB699-88），其b=410N/mm2，s=245N/mm2。1. 按剪切強度計算其許用剪切應(yīng)力為2： =s/（3.55）則： =245/5=49Mpa可知： =Q/A (4-1)式中 Q剪切面上的剪力（N）； A剪切面的面積（mm2）；許用剪切應(yīng)力（N/ mm2）。Q=F/2 (4-2)式中 Q剪切面上的剪力（N）F銷軸的工作載荷（N）則有： =F/2A可知： T=Fd (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=2A由上式可知，當(dāng)=時，是銷軸傳遞轉(zhuǎn)矩最大且即將被剪斷的臨界時刻，此時有：F=2A=2d2/4=492162/4=19.7kN將式上式代入式（4-3）則有：T=Fd=19.7180=3546000Nmm即：兩銷軸傳遞的最大轉(zhuǎn)距為3546000Nmm。由于： T=9.55106P/n (4-4)則有 P=Tn/(9.55106) =35460001000/(9.55106) =371.3KW2. 按擠壓強度計算由文獻3，42-47可知： b=P/A=P/ntdb (4-5)式中 P每個銷軸受到的擠壓力（N）；B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：b=P/A=19.7/3317=0.04Mpa<b所以銷軸不會被壓饋，即；銷軸在工作中不會因受擠壓而破壞。綜上：旋拋機的銷軸聯(lián)軸器可傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為3546000Nmm，最大功率為371.3KW，由于牽引機車的輸出功率為58.8KW以上且371.3>58.8，所以此銷軸聯(lián)軸器可以安全可靠地傳遞動力，同時又能在外力過大時及時破壞，起到安全保護的作用。4.4 旋拋機軸的設(shè)計及計算已知旋拋機軸傳遞的功率P=57.62kW，轉(zhuǎn)矩T=550309.2Nmm，轉(zhuǎn)速n=1000r/min。選擇軸的材料因傳遞的功率不大，并對重量及結(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)實際情況，確定該軸為階梯軸，參考國外同型號清雪車確定該軸的實際結(jié)構(gòu)見圖4-1。4.5 其它零部件設(shè)計及選用4.5.1 襯套襯套的作用是將旋拋機軸與旋拋機軸套隔離開它由耐磨的錫青銅（ZCuSn10P1）2制成，相當(dāng)于滑動軸承的作用。清雪機正常工作時它不起作用，當(dāng)清雪機過載而銷軸聯(lián)軸器被剪斷時旋拋機軸與旋拋機軸套脫離，此時旋拋機軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，而旋拋機則停止轉(zhuǎn)動，由于襯套的隔離作用，旋拋機軸、旋拋機和襯套三者之間