畢業(yè)論文（設計）小型路面除冰裝置設計學生姓名：指導教師：講師合作指導教師： 專業(yè)名稱：機械設計化專業(yè)所在學院：機械與動院2017年6月目錄摘要 =5.5KW（1）式中：——最終所需的功率，KWg——重力加速度，g=9.8N/KgF——激振力，KN,F=4KNf——振動頻率，HZ,f=33HZV帶的滑動率=0.01工作機載荷性質：載荷變化較大（2）（3）（4），（5）基準長度,（6）（5）驗算（7）得=0.95，查表8-2得帶長修正系數(shù)=0.87，于是=（+）=2.28KW（8）=2.89故根數(shù)取值為3。,所以=41N（9）式中：=1.00，==0.45KW，=9.42m/s（10）帶的實際初拉力應滿足（11）查機械手冊可得該輪采用實心輪[12]，具體尺寸如下。表2帶輪輪槽截面尺寸(mm)槽A113.0010.012±0.316由于輪槽數(shù)z=3,所以B=3f=48。=96mm。表3帶傳動的參數(shù)(mm)90mm帶基準長度900mm188mm帶的根數(shù)3.4整體結構參數(shù)設計車體離地高度為10mm，扶手的高度774mm，車身寬為420mm，總車長1860mm，拋冰筒高度為200mm。車身整體設計的藍本是手推車以及叉車，綜合考慮碎冰鋸齒的震蕩、車斗的負載和車身整體配重，車體采用5板材進行焊接，軸承座與車身鋼板接口緊密切合、分別用螺栓與車身緊密連接減少碎冰工作時的震蕩影響增加了強度和穩(wěn)定性[13]，并且軸承之間具有互換性為后期的維護提供了良好的條件。汽油機側面和底面雙面固定，確保動力穩(wěn)定輸出。圖7除冰車仿真圖片3.5章末總結.以上內容對總體的設計方案及參數(shù)進行了分析，分別對動力參數(shù)、動力傳動的原理以及帶傳動的詳細計算過程進行了剖析，要知道在滿足機械的實用目的的基礎之上，盡可能節(jié)約成本，盡可能降低對環(huán)境的污染做到“綠色”機械才是機械設計所追求的。所以對除冰車的車身結構外形，動力的輸出與傳遞，鋸齒碎冰裝置等各個系統(tǒng)進行了深入的考究和合理化的設計。在此過程中，也學習到了原動機選擇上的注意事項以及選擇帶傳動為整體設計過程所帶來的便利。值得提出的是本次設計在帶傳動過程中加入了離合，在改變拋冰筒的拋冰方向上加入了蝸桿，詳細的說明會在后面寫出。大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計）第四章各零部件設計方案及參數(shù)第四章各零部件的設計方案及參數(shù)4.1除冰車車體結構設計方案參照國內的現(xiàn)有除冰裝置的實例和對整體設計參數(shù)的分析[4]，對各個零部件的放置和安排又有了更僅一步的優(yōu)化。從損耗的角度考慮，取消了拋冰筒與碎冰裝置間用螺母連接的設計，而是采用12.6號槽鋼對新車架進行整體的焊接，保證了車體結構的基本使用壽命。發(fā)動機底盤固定架與扶手根部在放置汽油機空間充足以外還留有了一定的距離，為的是讓整體車身看起來更加的協(xié)調和對稱。圖8車體及拋冰筒三維渲染圖4.2除冰車扶手結構設計方案除冰車扶手是決定小型路面除冰裝置舒適度的重要體現(xiàn)部分，高低粗細的設計都需要綜合以往生活經驗來的設定，最后將其直徑設定為4cm加上海綿質地的扶手把套可以給人以最佳的操控舒適度。其結構特點類似山地自行車車把，工作時會有向前運動的震蕩力扶手向前彎曲一定角度更利于控制小車工作[15]，無論是推、拉除冰車都能夠順利完成具有更高的操控性，并且能夠滿足不同身高的工人作業(yè)。扶手的設計如下圖。圖9除冰車扶手4.3螺旋集拋器結構設計方案除雪機中拋雪的裝置通常是用絞龍和呈90度角設置的扇葉相結合，絞龍將雪匯集至軸中心，再由扇葉的帶動下將雪卷起送出拋雪筒。而拋冰與其最大的不同是密度和物理狀態(tài)，所以不需要扇葉的旋轉將冰拋出，而是采用螺旋狀的集拋器來同時完成收集碎冰和拋出碎冰的功能。螺旋狀的集拋器由主軸及向主軸中間呈一定角度扭曲的鋼帶構成，兩條鋼帶距離最遠的部分用鋼板連接以起到支撐、加固以及最大限度拋冰的作用[16]。加固的鋼板之所以沒有聯(lián)接實心板材而是鏤空設置，其主要目的是防止反向作用力過大而達不到預想的集冰效果。螺旋集拋器結構更加具體直觀的感受，如下圖所示。圖10集冰絞龍圖11集冰絞龍和拋冰筒工作原理：冰層在前段鋸齒的切割下被打碎，隨即除冰裝置使用者向前推移，被敲碎的碎冰與螺旋集拋器相接觸，在車體移動和集拋器高速旋轉的雙重作用下碎冰沿筒壁作高速離心運動，當?shù)诌_拋冰口時較為強烈的離心力迫使碎冰順著光滑的筒壁被拋出，完成整個集冰拋冰的工作。4.4拋冰筒的結構設計方案4.4.1拋冰筒結構設計其實拋冰筒這一描述不夠準確，它兼顧的是兩個作用：收集匯攏和高速拋冰。根據集拋器的機構設計可以知道，碎冰與集拋器接觸后雙旋的鋼帶在角度的作用下，使得碎冰均向中心聚集，那么拋冰筒的位置就應該設置在集冰筒的中間。而拋冰筒的切口的角度，決定碎冰在作離心運動是脫離中心的時間。如果角度過小拋冰距離很遠但拋冰效率不高，作切面圖可以看出角度越小其單位時間內拋冰體積越?。幌喾?，如果切口角度過大，雖滿足了單位時間的拋冰量，但大角度的滑移使得離心力的作用逐漸變小，到不到預想的拋冰高度，綜合理論分析，最后選定的理想工作角度為45度。（a）(b)圖12拋冰筒4.4.2拋冰筒參數(shù)分析計算1.碎冰脫離螺旋葉片和碎冰鋸齒后，緊跟著進入拋冰筒在的集拋器的迫使下作離心運動，受筒壁的限制作圓周運動，此時的速度為。，（12）EQ2.碎冰離開拋冰筒的速度碎冰經由集拋器加速，具有一定的初速度和離心力，到拋冰筒的出口時，代入公式中，螺旋集拋器主軸的鉛垂距離[17]。拋冰距離計算做直角坐標系遠點選擇為拋冰筒45度角出口,（13）（14）設，得，解得EQ，通過經驗公式知c的值很小，可忽略不計，所以按照級數(shù)展開后可知： （15） （16）將的數(shù)值帶入式中，計算出拋冰的最大距離：（17）采用計算有風度時候拋冰距離X[18]。通過經驗公式可知，圓周速度高的轉子其產生的離心力大。這里要特殊說明的是，對于本次拋冰距離的計算是基于將碎冰理想化為小正方體均勻受力來進行計算的。因為通過查閱相關資料，并沒有查到對碎冰具體計算分析的實例。4.5螺旋葉片和碎冰鋸齒的設計通常，碎冰鋸齒與油鋸等類似是螺旋葉片最容易磨損的部分。開始階段，鋸齒的外側被磨成刃口狀，工作原理與刀鋸類似，呈一定角度的鋸齒在高速旋轉下具有非常大的剪切力，達到碎冰的工作目的。但慢慢地鋸齒的刃口越磨越小，直至無法運輸，嚴重影響運轉效果。所以在材料的選擇上采用型號為JX9的硬質合金，其硬度,抗彎強度，完全滿足碎冰的需求，同時也增加了除冰車是使用壽命，間接降低了日后維護的成本。(b)圖13碎冰鋸齒

圖14鋸齒與冰雪接觸的簡圖4.6章末總結以上是對小型路面除冰裝置的各個零部件的設計想法和具體的參數(shù)分析，其中涉及了車體外形結構比例和美觀度的設計、扶手舒適度的考慮、除冰裝置和螺旋集拋器的科學數(shù)據分析。更加具體闡述了，整體的設計想法和方案，并附帶三維實體的渲染圖片加以表述。同時確定了除冰裝置的尺寸數(shù)據裝置離高約10mm，扶手至發(fā)動機座的垂直高度為774mm，小車寬為420mm，前輪至扶手末端長1860mm，拋冰筒高200mm。大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計）第五章關鍵零件校核第五章關鍵零件校核5.1鍵的校核（1）鍵的選擇根據鍵連接的結構特點、使用要求和工作條件選擇普通平鍵，并且是圓頭平鍵[19]。鍵材料選用45號鋼。由于輸出軸的軸徑d=20mm，查表6-1得鍵寬b×鍵高h=10x8mm，鍵長L=56mm。(2)普通平鍵鏈接強度的計算：查閱手冊知：連接時強度條件為：（18）式中：；mm；l——；這里L為鍵的公稱長度，mm；b為鍵的寬度，mm；d——軸的直徑，mm；——MPa,見表6-2；此時有：（19）又；；；查表6-2得取。代入式符合要求（20）鍵的標記為：鍵10×8GB/T1096-2003。5.2軸承的選擇及校核其大量生產，價格最低。考慮以上諸多因素都特別符合要求，所以決定選用深溝球軸承[20]。由于軸承都是成對支承，所以軸承徑向載荷,軸承轉速,又由于該機構屬于短時間或間歇式工作的的機械，間斷使用不會導致十分嚴重的損耗，所以假設使用壽命,直徑可在20~27mm范圍內選擇，機構運轉時有強大沖擊。（1）計算當量動載荷（21）式中：P——軸承的當量動載荷，KN——載荷系數(shù)，按照表13-6，由于受到強大沖擊，所以=1.8~3.0，取=3.0，——徑向載荷，KN，=2KN則有P=6KN（2）計算基本額定動載荷（22）式中：C——基本額定動載荷KNP——軸承的載荷，KN,此時P=6KN——指數(shù)。對于球軸承，——預期計算壽命，h，=5000hn——軸承的轉速，r/min，n=1800r/min解得C=50.61KN.（3）按照設計手冊其范圍內沒有適合的軸承，所以改選為四個軸承支承，則由于C=25.305KN。查表選取的6306軸承5.3集拋器主軸的校核轉矩為：（23），（24）（25）：（26）（27），得（28）（29）（30）總彎矩：（31）計算軸上的應力：（32）所以校核結果安全。5.4螺旋葉片和碎冰鋸齒的校核螺旋葉片和碎冰鋸齒是整個結構的重要組成部分，它的工作直接影響的碎冰的效果。節(jié)距P：相鄰兩鋸齒上對應點間的水平距離；葉片外徑D：根據設計尺寸來定。計算其下料尺寸：（33）式中：L──外螺旋線實長（mm）；l──內螺旋線實長（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）大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計）結論與建議第六章結論與建議結論：本次對于小型路面除冰裝置的設計設計到了30多個零件其中也囊括標準和非標準零件?？梢哉f從大四上學期期末開始，學校的畢業(yè)設計就已經逐步展開了，歷時這么多月，期間確實有許多讓自己反省的東西，四年的大學生活自己真正不用去查找資料而能夠確定的知識點和公式有多少。不過通過這次對于小型除冰機械的研究上受益匪淺，無論是鍵、帶輪等小知識點上，還是從汽油機的合理選擇上，都拓寬了知識面，并且對office、AutoCAD、UG10.0以及DiagramDesigner等軟件都有了更深的了解和更加熟練的操作，相信著在以后的職業(yè)生涯中將是重要的鋪墊。本次設計首先是對除冰裝置在國內的情況和特點進行了了解和綜合，然后結合國外較為先進的案例，綜合分析國內外在路面除冰裝置上的優(yōu)缺點，再加上自己對有效綠色除冰的一些構思和生活經驗，整合成了本次的設計——小型路面除冰裝置。應用AutoCAD完成了除冰車的裝配、部裝和零件圖并且利用大學期間所學習的UG軟件完成了小型除冰裝置的運動仿真。建議：由于所掌握的知識點不充分和經驗不足，本次設計也是存在不足之處，例如：在小車空載時移動，破冰鋸齒和絞龍不能及時停止工作，這使得移動起來還是較為笨拙，不夠便利；目前除冰裝置的共性問題不能根據冰層厚度來隨時調整破冰裝置的高度；在漲緊輪的設計當中，原本的設計是離合器裝置，但帶傳動過程中打滑是造成皮帶壽命縮短的主要原因，違背了機械設計的合理性，雖更改為漲緊輪，仍不夠完善；車斗本來是在設計當中，后來由于配重以及碎冰厚度的綜合考慮取消了車斗，希望通過日后的知識的完善能夠將車斗進行改進和加裝。大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計）致謝致謝時間匆匆的過去，原本數(shù)月的畢業(yè)設計也接近尾聲。雖然是寥寥萬字，但是卻傾注了很多人的操勞和心血，最要感謝的就是我的指導老師老師老師，從選題，課題研究和論文撰寫方面都給了我很大的幫助，在設計最開始的時候遇到的瓶頸也都是老師一一進行講解指導，所以本次設計才能順利的完成。牛老師有著非常紳士的性格對于我們在平時學習中所出現(xiàn)的不足總是敦敦教誨，他淵博的知識也是我們航行的指明燈，當我們遇到瓶頸的時候他總能為我們找到一條適合我們的路線，指引我們不會迷茫，能夠在設計之初選到牛老師作為我的指導老師成為他的學生是我的幸運也是我的榮幸。感謝我的指導老師，在論文寫作及答辯準備階段給予的無私幫助和日夜的指導，他兢兢業(yè)業(yè)的工作精神、一絲不茍的科學態(tài)度、以誠待人的品格令我十分敬佩。生活中牛老師不僅僅是我的老師，我還將他看做親人和長者，在他的每次畢設小組研討會上我都能夠學到許多新的知識。他的三維實體建模的軟件的應用能力也始終是我學習過程中的榜樣，與此同時也要感謝他在多屆大創(chuàng)中帶領我完成項目，接觸機械產業(yè)和設計當中新鮮的事物。在這里，還是要由衷的說上一句：感謝您！大學生涯也接近尾聲了，有回憶也有遺憾。四年時光轉眼即逝，希望自己以后面對任何生活瑣事或者工作任務都不會再像大學這般拖泥帶水，珍惜每一刻時光，做好每一件有意義的事同時，還要感謝教育和幫助過我的各位老師、同學，正是有你們的幫助我的畫圖水平才能有穩(wěn)步的提升，雖然我現(xiàn)在的畫圖整體能力還是處于一個很低的水平，相信在以后的學習和應用過程中會很大的提高。在本設計中我也是第一次系統(tǒng)的學習三維繪圖軟件UG，之前就有學習過其他的繪圖軟件但都是大體了解，這次能夠繪圖的完成老師給予了我很大的幫助，很多不會的技巧都是老師給我解答的。尤其是在各個零件進行裝配的時候，有很多的約束限制，很多時候我都會漏掉一些，但是這些錯誤都不會逃過老師的眼睛，老師一一對其進行指正并指導我進行修改。感謝老師在百忙之中對我的論文進行閱讀和評審。大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計）參考文獻參考文獻[1]吾布利，小型清雪機研制[J]，新疆農機化，2000：6-12.[2]王承惠，經濟實用的永江牌清冰除雪車[J]，商用汽車，2001：28-29.[3]齊曉杰.楔韌振動式道路冰雪清除機理和除雪機械研究[D].哈爾濱:哈爾濱理工大學.2007.[4]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]，農機化研究，1995：23-25.[5]凌波,朱志堅，多功能道路清雪機的液機聯(lián)合傳動[J]，液壓與氣動，2003：43-44.[6]王國安.清雪車拋雪離心風機特性與結構優(yōu)化研究[D].長春:吉林大學.1983.[7]張汝鵬.臥式螺旋滾掃