摘要本項目擬在現(xiàn)有市場上除雪設備的基礎上，設計一款適用于狹窄道路、工廠、學校、單位或住宅區(qū)的道路除雪設備。該系統(tǒng)由機械部分和控制部分組成。這種除雪機由操作人員操作，用于在積雪的道路上除雪。其高速旋轉的刷子可以將積雪一口氣拋到路邊，從而一口氣完成整個清潔工作。過程。由于旋轉刷上有螺旋槽，可以刮掉旋轉刷外表面附著的積雪，同時也會帶走一些灰塵和雜物，從而達到清除路面積雪的目的。該設計主要由清雪裝置、振動除冰和螺旋除冰三個核心部分組成。由汽油機驅動，采用蝸輪減速，通過鏈條傳動將動力傳遞給清雪機構、振動除冰機構和螺旋排冰機構。清雪機構采用滾刷清雪，振動除冰是機構內部的偏心裝置。在旋轉過程中，機構產生振動，使冰因沖擊和振動而與地面分離，形成小塊。排冰裝置將振動松散的小冰塊以螺旋方式推向一側。確定總體設計方案后，對掃雪機的傳動系統(tǒng)進行了設計。關鍵詞：掃雪機；掃雪裝置；振動除冰；螺旋排冰AbstractBasedonthecurrentsnowremovalequipmentonthemarket,thisprojectplanstodesignaroadsnowclearingequipmentsuitablefornarrowroads,factories,schools,unitsorresidentialareas.Thesystemconsistsofmechanicalpartandcontrolpart.Thissnowplowisoperatedbytheoperatortoplowsnowonsnow-coveredroads.Itshigh-speedrotatingbrushescanthrowthesnowtotheroadsideinonego,thuscompletingtheentirecleaninginonego.process.Becausetherearespiralgroovesontherotatingbrush,thesnowattachedtotheoutersurfaceoftherotatingbrushcanbescrapedoff,andsomedustanddebriswillalsobetakenaway,therebyachievingthepurposeofclearingsnowontheroad.Thedesignmainlyconsistsofthreecoreparts:snowclearingdevice,vibrationde-icingandspiraliceremoval.Drivenbythegasolineengine,thewormgearisusedfordeceleration,andthepoweristransmittedtothesnowclearingmechanism,vibrationdeicingmechanismandspiralicedischargingmechanismthroughchaindrive.Thesnowclearingmechanismusesrollerbrushestoclearsnow,andthevibrationde-icingisaneccentricdeviceinsidethemechanism.Duringtherotationprocess,themechanismgeneratesvibrations,causingtheicetoseparatefromthegroundduetoimpactandvibration,formingsmallpieces.Theicedischargingdevicepushesthevibration-loosesmallicecubestoonesideinaspiralmanner.Afterdeterminingtheoveralldesignplan,thesnowplow'stransmissionsystemwasdesigned.Keywords:Theplow.Snowplow;Vibratingdeicing;Spiraliceremoval目錄TOC\o"1-3"\h\u283491緒論 緒論中國有句老話：“瑞雪豐收”，意思是冬天的一場大雪，可以帶來年的豐收。然而，降雪卻給城市交通帶來了很大的困擾，尤其是我國東北、內蒙古、新疆等地。冬季道路積雪給車輛、行人帶來了極大的不便，甚至可能引發(fā)交通事故，嚴重影響了人們的正常生產生活秩序，已成為北方城市亟待解決的問題。隨著社區(qū)和工廠的不斷發(fā)展，路面的機械清潔已成為不可或缺的環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)的人工清雪不僅勞動強度大，而且勞動強度大，工作效率低。因此，迫切需要尋找一種高效、經濟的除雪方法。除雪方法有人工除冰、雪水分離、冷凍破冰等方法。機械除雪是依靠機械直接作用于冰雪消除冰雪危害的技術方法。根據(jù)其狀況，雪可分為三個不同的類別：（1）所謂松散雪，是指下雪時間較短、未被人或車輛碾過的雪。其質地比較疏松；其粒度小，含水量高，有一定的厚度。體積大、流動性好；（2）壓實雪是指降雪后，由于人的踩踏和車輛的壓力而形成的冰雪混合物。存在不同程度的硬質部分，難以徹底清除；（3）冰是一種特殊物質。當雪暴露在陽光下或被車輛碾過而融化時，它會重新凍結成冰。除雪設備分為兩大類：吹雪機和除冰機。其中，推式除雪機可分為輪式和履帶式兩大類，而拋雪機有多種形式，如螺旋式、滾筒式和滾筒式等。該拋雪機配備了拋雪泵，可將收集到的雪拋到路邊或運輸車輛上。螺旋滾筒吹雪機利用旋轉運動驅動滾筒上的葉片切割路面并形成小面積的冰。其中，螺旋形狀是最常見的。目前，世界上許多國家都生產了此類除雪機，并用于高速公路建設。1.1研究的目的和意義由于交通量急劇增加，冬季降雪對交通的影響已變得不可忽視。為了減少道路積雪對交通和人民生活的影響，需要及時有效的除雪作業(yè)。我國公路建設初期，大部分大型專用除雪設備都是從國外引進的。但對于其他等級的道路，除雪工作主要依靠人工操作。由于路面被大量冰雪覆蓋，路面變得非常堅硬，嚴重阻礙了行駛速度，降低了交通安全水平。面對住宅區(qū)、工廠等小道路，大型機械很容易損壞路面，且不易進入和清理。一般采用人工清理，這種方試不僅造成大量的人力、物力等資源浪費，而且除雪效率很低，往往無法及時清除。清除積雪變得更加困難，尤其是當積雪被車輛壓實時。因此，迫切需要尋找一種高效、經濟的除雪方法。1.2國內外研究現(xiàn)狀目前，國內市場上的養(yǎng)路機械品種繁多，但都不能很好地滿足我國當前經濟發(fā)展的需要。隨著社會物質生活水平的不斷提高，公眾對道路質量的期望逐漸提高，特別是冬季道路冰雪覆蓋，這迫使國家在道路養(yǎng)護方面大幅增加對清雪機械的投入。同時，采用國外較為先進的清雪技術開發(fā)的清雪產品也能滿足多種用途的需要。通常一種產品可以適應多種路況，但國外的清雪產品價格也比較高。與西方等發(fā)達國家相比，我國除雪機械的起步研究比較晚。近年來，在國家政策的支持下，我國除雪機械行業(yè)也在快速發(fā)展。但在實際應用中，與國外先進的除雪設備相比，大多數(shù)產品仍存在明顯的技術差距。1.3研究內容該除雪機非常適合住宅區(qū)、工廠道路的破冰、除雪工作。它可以在作業(yè)過程中清除并扔掉路面上的浮雪，完成除雪和道路清潔的任務。它主要由行走底盤和雪刀組成。通過控制電機轉速可自動旋轉或停止除雪。其結構簡單、操作方便、性能可靠?；陬A期設備的完成，制定了合適的設計計劃，并對其關鍵部件進行了詳細計算進行深入的分析。（1）經過對國內外這類設備發(fā)展狀況的深入研究，我們提出了一套小型掃雪機的工作機制；（2）基于最初設定的相關參數(shù)，我們對傳動部分進行了詳細的設計和計算；（3）我們進行了詳細的設計，對各個零部件進行了詳細的結構設計計算，以確定掃雪機的基礎尺寸；（4）為了解決當前掃雪機存在的問題，我們對其結構進行了優(yōu)化，并對連接難題和動力穩(wěn)定性進行了深入分析；（5）采用Solidworks進行三維建模和虛擬組裝。2整機設計方案介紹2.1整機的結構組成圖2-1掃雪機結構示意圖【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)掃雪機工作原理，由Solidworks軟件繪制而成。如圖2-1所示，設計的掃雪機屬于小型掃雪機類別，它需要人們手動推動行走，并通過扶手來驅動，同時使用四個輪子來支撐行走。在除雪過程中，需要調整機構的升降位置，使刺冰輥除冰機構能夠抬起并與地面分離，避免其參與工作。同時，調整升降螺栓，確保掃雪機構和螺旋排冰機構能夠接近地面，但避免與地面接觸。本文介紹了這種新型掃雪機的設計方案及結構組成，對其各部分進行詳細說明。本設計涵蓋了三種不同的裝置：除雪機構、振動除冰裝置和螺旋排冰裝置。這些裝置由汽油機提供動力，并通過蝸輪蝸桿進行減速。動力則通過鏈傳動傳遞給掃雪機構、振動除冰機構和螺旋排冰機構。掃雪機原理：掃雪機構利用滾刷進行掃雪，而振動除冰則是該機構內部的偏心裝置。在旋轉過程中，該機構會產生振動，導致冰在沖擊和振動的作用下與地面分離，形成小碎塊。排冰裝置則是通過螺旋方式將振動松動的小冰塊推至一側，整個驅動裝置由汽油機驅動，并通過轉換機構將水平動力通過減速傳遞給垂直方向的動力。本設計的轉換機構是由蝸輪蝸桿機構實現(xiàn)的，通過鏈傳動驅動滾刷、刺冰輥和排冰螺旋軸進行轉動，從而實現(xiàn)排冰。2.2刺輥的設計刺輥是由多個尖刺焊接在滾筒上，這些尖刺用于振動擊碎冰塊。刺輥利用其尖端的力量進行沖擊，使得刺針在刺輥上形成360°的分布。刺輥的寬度為580mm，并且掃雪和刺輥之間是可以切換的。根據(jù)不同路段的結冰情況，可以更換不同的操作。如圖2-3所示，為刺輥的設計。圖2-3刺輥的設計【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)刺輥工作原理，由Solidworks軟件繪制而成。2.3螺旋軸的設計螺旋軸是一種特殊的結構，它利用螺旋結構將地面上的冰塊排出并傳送到道路的一側。螺旋軸能夠帶動冰塊并將其傳送到道路的一側。螺旋軸采用等距結構，葉片被焊接在螺旋軸上，確保冰塊能夠等速傳輸。如圖2-4所示，為螺旋軸的設計。圖2-4螺旋軸的設計【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)螺旋軸工作原理，由Solidworks軟件繪制而成。2.4調整螺桿的設計調整螺桿是用于調整各個機構的高度，方便協(xié)調作用，采用手柄螺桿帶動連接支架，通過支架與刺冰輥裝置連接可以實現(xiàn)升降，保證在不同環(huán)境下進行作業(yè)。（如圖2-5所示）圖2-5升降螺桿機構的設計【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)升降螺桿的工作原理，由Solidworks軟件繪制而成。3傳動系統(tǒng)設計設計的這款掃雪機包含了減速裝置、掃雪機構、振冰機構以及排冰機構，接下來將對這三種機構的傳動系統(tǒng)進行詳細的設計和計算。3.1減速裝置的設計已知參數(shù)：驅動方式：汽動型號：LC80ZB20-3.1Q發(fā)動機型號：160F發(fā)動機型式：單缸四沖程冷卻方式：強制風冷發(fā)動系統(tǒng)：手拉反沖汽動排量：163(CC)轉速：3600（r/min）功率：3100(w)燃油箱容量：3.6(L)按照GB/T10085-2018的標準，選擇了漸開線蝸桿ZI型蝸桿的輸入功率為P=3.1KW蝸桿的旋轉速度為n1=3600r/min確定蝸輪的旋轉速度為n2=58r/min其使用期限為T=8000小時計算結果顯示，蝸桿的理論傳動比為i0=n1根據(jù)機械設計手冊的查詢，當傳動比超過47的情況下，推薦的蝸桿頭數(shù)是Z1=1選擇傳動的比率i=63因此，蝸輪的齒數(shù)Z2=63與實際的傳動比i=63是相對應的挑選所需的材料。蝸桿的材料選擇為45鋼，齒面需要經過淬火處理，其硬度范圍是45-55HRC。蝸輪是由ZCuSn10P1金屬模具制成的。表3-1蝸桿材料及熱處理材料熱處理硬度齒面粗糙度使用條件15CrMn，20Cr20CrMnTi20MnVB滲碳淬火58~63HRC1.6~0.4高速重載，負荷變化大45，40Cr42SiMn，40CrNi表面淬火45~55HRC1.6~0.4高速重載，載荷穩(wěn)定45，40調質<270HBS6.3~1.6一般用途【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)機械設計手冊整理匯編而成。(2）按齒面接觸疲勞強度計算進行設計①基于閉式蝸桿傳動的設計方法，首先根據(jù)齒面的接觸疲勞強度進行了設計計算，隨后對齒根的彎曲疲勞強度進行了校正。由機械設計基礎式（11-12）表示的是傳動的中心距離(3-2)中可查到根據(jù)之前的設計數(shù)據(jù)，作用在蝸輪上的轉矩為T2=870.86N.m按Z=1,估取η=0.7②確立載荷系數(shù)值K由于其工作穩(wěn)定性較高，因此載荷分布呈現(xiàn)不均勻的系數(shù)，取；由表11-5選取使用系數(shù)KA=1.2；由于其轉速相對較低，工作時的沖擊也不顯著，因此可以采用動載系數(shù)KV=1.1；則③確定彈性影響系數(shù)因選用的是45鋼的蝸桿和蝸輪用ZCuSn10P1匹配的原因，有。④確立了影響彈性的系數(shù)首先，我們假定蝸桿的分度圓直徑d1與中心距a之間的比。⑤確定許用接觸應力依據(jù)所選擇的蝸輪材質是ZCuSn10P1金屬模具制作而成，蝸桿的螺旋齒面硬度超過45HRC，因此可以從3-2處獲取蝸輪的基本許用應力應力循環(huán)次數(shù)壽命系數(shù)則⑥計算中心距:取a=160mm,由i=63，則從表3-2中查取模數(shù)m=4蝸桿分度圓直徑表3-2蝸桿中心距離和直徑系數(shù)中心距a/mm模數(shù)m/mm分度圓直徑d?/mmm2d?/mm3蝸桿頭數(shù)z1直徑系數(shù)q分度圓導程角γ蝸輪齒數(shù)z2變位系數(shù)x280(100)(125)440640110.005°42138"31(41)(51)-0.500(-0.500)(+0.750)211°1836"421°4805"630°57'50"160711136117.753°13'28"62+0.125【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)機械設計手冊整理匯編而成。從機械設計手冊中可查，由于＜，即以上算法有效。蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸(1)蝸桿軸向尺距Pa=25.133mm直徑系數(shù)q==17.75取齒頂高系數(shù)ha*=1，齒頂隙系數(shù)c*=0.25齒頂圓直徑(3-7)齒根圓直徑分度圓導程角蝸桿軸向齒厚(2)蝸輪蝸輪齒數(shù),變位系數(shù)驗算傳動比i=63/62.89=1在誤差允許值內蝸輪分度圓直徑齒根圓直徑咽喉母圓半徑r(3)校核齒根彎曲疲勞強度(3-3)當量齒數(shù)根據(jù)從圖3-2中可查得齒形系數(shù)Y=3.26螺旋角系數(shù)許用彎曲應力從機械設計手冊中查得有ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力[]=56MPa壽命系數(shù)(3-4)驗算效率:(3-5)已知；；與相對滑動速度有關。從表3-2中用差值法查得：代入式中，得大于原估計值。因此不用重算。3.2聯(lián)軸器的選型要對聯(lián)軸器進行選型首先要確定聯(lián)軸器的扭矩大小，根據(jù)扭矩的公式T-扭矩大小，單位為N.m;P-驅動功率，單位為KW，大小為3.1KW；n-驅動轉速，大小為3600r/min；K-工作系數(shù)，以下表可以查詢該列系數(shù)負載系數(shù)K1運轉時間系數(shù)K2啟動、停止頻繁度系數(shù)K3恒負載K1=1.0每天運轉時間≤2小時K2=0.07每小時起停系數(shù)≤10次K3=1.0小變動負載K1=1.2≤4小時K2=0.85≤30次K3=1.1常變動負載K1=1.7≤8小時K2=1.00≤60次K3=1.2大變動負載K1=2.1≤16小時K2=1.18≤120次K3=1.5≤24小時K2=1.28≤240次K3=2.0表3-3負載和運轉時間【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)機械設計手冊整理匯編而成。取K1=1.7K2=1.28K3=1.1，這樣可以算出K=2.4可以計算出扭矩大小，根據(jù)電機軸徑為25mm，選用CKL彈性柱銷聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的公稱扭矩為315N.m，孔徑為25-75mm。3.3傳動軸的設計計算按扭矩初算軸徑，軸選用45鋼調質，硬度217-255HBS。根據(jù)機械設計基礎(14-2)式，取c=118輸入軸(3-6)考慮有鍵槽，將直徑增大10%，則取最小軸徑為32mm。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(3-7)渦輪受徑向力渦輪受軸向力軸支撐的跨度為620mm所以；水平彎矩求垂直面支反力，由得：則有：由得：截面右側彎矩(3-8)合成彎矩：根據(jù)得轉矩：(3-9)當量彎矩：分別計算其當量彎矩。校核危險截面處的強度：所以軸的強度足夠。3.4渦輪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。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3-2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。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。于是可求得：該鍵標記為取件標記為：鍵63.5鏈傳動的設計計算（1）選擇鏈輪齒數(shù)鏈傳動的作用是將所有的軸進行帶動，因此傳動比為1，初步選擇鏈輪的齒數(shù)為40。（2）確定計算當量的單排鏈的計算功率＝＝3KW式中工況系數(shù)，查表得=1.0-主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)，查表3-3得=1.1-多排鏈系數(shù)，單排鏈時=1，雙排鏈時=1.75,三排鏈時=2.5P-鏈輪傳遞的功率（3）確定鏈條型號和節(jié)距p①鏈輪節(jié)距由于輸送的載荷不是很大，因此初步確定主動鏈輪的轉速確定鏈條型12A，查的單排滾子鏈節(jié)距p=19.05mm②鏈輪中心距初定中心距a0=(30~50)p，則a0=240~975mm，考慮鏈傳送的距離取a0=860mm③鏈輪齒數(shù)前面已經選取鏈輪的齒數(shù)取。④每條鏈節(jié)數(shù)=L/P=2(a/p)+()/2+[()](p/a)=2×(860/19.04)+40=130每條鏈節(jié)數(shù)應圓整成整數(shù)，并且盡量取偶數(shù)，以免使用過渡鏈節(jié)，因此取節(jié)。⑤滾子鏈型號選擇滾子鏈的型號為05BPSa/SmJB/T8920-1990。⑥每條鏈長度⑦每條鏈的質量根據(jù)滾子鏈型號05BPSa/SmJB/T8920-1990查手冊，每米質量（單排）q=0.6kg/m。⑧鏈的轉速因為鏈是由剛性鏈結通過銷軸鉸接而成，當鏈繞在鏈輪上時，其鏈節(jié)與相應的輪齒嚙合后，鏈節(jié)將曲折成為正多邊形的一部分，該正多邊形的邊長等于鏈條的節(jié)距，邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)Z。鏈輪每轉一周，隨之轉過的鏈為Zp，所以可以得出鏈的平均速度v是：⑨計算壓軸力有效圓周力為：因載荷平穩(wěn)4重要零件的設計校核4.1毛刷軸的設計計算圖4-1毛刷軸示意圖【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)毛刷的功能，由AutoCAD軟件繪制而成。扭矩水平面內Mh上的彎矩圖如圖4-1所示。（h為彎矩的縱坐標）根據(jù)計算做出的彎矩圖和扭矩圖，可以看出受力的危險截面，從而計算總的彎矩大?。菏街?，為扭轉系數(shù)，由于軸是單向旋轉，因此扭轉應力為脈動循環(huán)應力，取根據(jù)彎矩圖可以看出軸的最大應力是鏈輪與軸的連接處，此中心位置為最大危險截面，在校核軸的強度時都是計算最大危險截面處的應力，根據(jù)強度的計算公式可以得出(4-1)式中W為抗彎截面系數(shù)，對于軸類的抗彎截面系數(shù)通過計算可得，軸的σ＜[δ-1]=60MPa，故該軸強度足夠安全（軸的材料為45鋼，45鋼的強度為60MPa）。4.2螺旋葉片的設計螺旋排冰裝置的螺旋狀葉片在整體構造中占據(jù)了關鍵位置，其功能直接決定了雪的去除效果。此外，設計和安裝過程都相當復雜，動力輸入主要集中在中部，而螺旋排冰裝置則需要將雪集中并向后輸送，因此，螺旋排冰裝置葉片的左右旋轉方向是相反的。本文對螺旋葉片進行了受力分析及計算。在螺旋葉片成型之后，節(jié)距P、葉片的內徑d以及葉片的外徑D都有所變化。節(jié)距P表示相鄰兩葉上對應位置間的軸向間距；葉輪的內徑d相當于中空缸體的外徑，并可由該缸體直接測定；刀片的外徑D根據(jù)設計尺寸而定。通常，螺旋排冰裝置上的葉片是容易受損的部位。當轉速提高到一定程度時，由于葉輪旋轉速度快、離心力大，使得葉片與轉軸間產生相對運動而磨損加劇，導致葉片損壞或報廢。在初始階段，葉片的外部被打磨成刃口形狀，但這并不會對其工作表現(xiàn)產生負面影響。然而，隨著時間的推移，葉片的外部直徑逐漸變小，最終導致無法進行運輸，這大大降低了其運行效率。另外，在同一個軸上，葉片的磨損速度會有所不同，尤其是在旋轉無序的狀態(tài)下，對葉片的磨損尤為嚴重，特別是在負載較大或使用次數(shù)超過6的情況下。在此情況下，如果能及時更換損壞的部分葉片，就能夠有效地降低整個設備運行過程中的能耗和維護費用。通常情況下，一個軸上僅有一端的三到五片葉片因磨損需要替換，這導致整個軸的廢棄是非常遺憾的。因此，我們將葉片設計為可互換的類型，這樣做能顯著降低成本?？梢酝ㄟ^數(shù)學計算來確定螺旋葉片的下料尺寸，并給出相應的計算公式:式中：L──外螺旋線實長（mm）；l──內螺旋線實長（mm）；h──葉片高（mm）；r──葉片展開口徑（mm）；──切口角度（度）C──切口弦長（mm）P──節(jié)距（mm）4.3軸承壽命分析對于現(xiàn)代機械設備來說，軸承是一種至關重要的組件。目前國內對攪龍式除雪機研究較多，而對旋向反轉的攪龍則很少見有報道。該設備的核心功能不僅為機械旋轉體提供了必要的支撐，還有助于減少運動過程中的摩擦系數(shù)，更為關鍵的是，它還確保了旋轉的精確性。（1）軸承所承受的負荷：一般來說，以軸為中心的軸上有兩個或多個支點，每個支點都受到不同力作用，所以要求軸承要能適應各種工況。選擇軸承的種類主要是基于軸承所能承受的載荷的方向、尺寸以及其特性。滾動軸承一般都用滾動體或保持架作支撐部件，其承載能力較高。（2）軸承的旋轉速度：軸承是一個復雜的機械零件，它由多個種類不同但又相互聯(lián)系的零部件組成，其結構形式也多種多樣，而且它們之間存在著密切的內在聯(lián)系。當轉速相對較高的情況下，轉速對軸承的影響尤為顯著。（3）軸承的調心特性：如果軸承本身沒有調整好，在運行中就會出現(xiàn)振動過大，甚至損壞等問題。如果軸承中心線和軸的中線不能很好地對齊，就會產生角偏，也會造成軸受力時的彎曲和傾斜，這樣就會造成軸承的內圈和外圈的軸線偏斜。（4）關于軸承的裝置及其拆解：在選擇軸承時，還需考慮其易于拆解的特點。如果有必要的話，也可采用內圈與外圈之間用銷子連接來實現(xiàn)拆裝。軸承作為一種經常使用的標準部件，其主要功能是為高速旋轉的軸類部件提供支撐。隨著現(xiàn)代科學技術發(fā)展和工業(yè)生產需要，對高速精密軸承要求越來越高，因此，如何保證軸承可靠工作，延長其壽命就成為一項重要課題。在高速旋轉的情況下，摩擦會產生熱量，因此檢查軸承的可靠性的直接方法是使用壽命。為了保證軸承在使用中能夠可靠工作，必須對其進行壽命測試與評估。所設計的螺旋軸的兩端所使用的軸承為深溝球軸承61908；根據(jù)設計手冊查得深溝球軸承61908的基本額定動載荷Cor=9.95N，靜載荷Cr=13.7kN；在脂潤滑時極限轉速為11000r/min；首先在轉速方面，螺旋軸的額定轉速為70r/min，可見各軸承轉速遠低于極限轉速，因此滿足要求。從負荷角度看，由于采用了止推軸承，所以深溝球軸承只承擔很少的軸向負荷。這樣，就形成了兩個深溝軸承61908，它們主要受到徑向負荷的作用。在此基礎上，提出了一種新的結構形式——滑塊軸承的徑向負荷利用所建的三維數(shù)學模型，對螺旋軸上各個部分的自重進行了測定。這兩個物體的總重量是300千克，傳送角是0度，那么重力的軸向力是0牛頓。這種力會對止推軸承產生作用，這樣滾珠就不會受到軸向負荷的影響；在螺旋軸線上有3000牛頓的徑向力.這樣，每一個滾珠軸承都要受到1500N的徑向壓力，軸承的當量動載荷計算公式為：(4-2)式中X、Y為系數(shù)，深溝球軸承僅承受徑向力，查表得X=1，Y=0，系數(shù)為1.1，則當量動載荷P1=P2=1.1(11500+0)=1500N再根據(jù)軸承壽命計算式可得結論：該軸承壽命為1.81105小時，按每天工作10小時，其工作天數(shù)為18100天，相當于49年，滿足使用壽命需求。4.4機架結構強度計算根據(jù)預先擬定的方案，矮、中、高三個支架均采用長寬80mm的角鋼焊合而成，其中兩個支柱及若干個連結梁構成。經過仔細分析，我們發(fā)現(xiàn)支架失效的主要方式是被壓垮，而其中風險最高的是高度最高的支架，因此我們決定對其結構強度進行進一步的驗證?；谥暗挠嬎憧蚣?，我們可以根據(jù)SW來確定機架所需承受的重力，也就是F=4042.5N。因此在分析機架強度時首先要考慮它的最大受力狀態(tài)和最小變形量，以及應力的計算方法。(4-3)A代表截面面積，每一個支架都使用了兩根支撐立柱，這些立柱是邊長為80mm的角鋼，壁厚為5mm，經過計算，其截面面積達到了7.91cm2。兩個立柱的截面積和A=15.82cm2=1582mm2。根據(jù)上式計算出=2.56MPa。角鋼的材料為Q235，其許用應力為235MPa。由于該支架采用了高強度鋼材、焊接工藝簡單且焊縫質量高，所以整個支架是安全可靠的。因此，我們可以斷定，所設計的支架達到了所需的強度標準。4.5平鍵強度校核鍵連接被視為一種被廣泛采用的連接方式。在我們設計的螺旋軸中，我們采用了傳統(tǒng)的平鍵連接方式，但這種連接的主要問題是工作面受到擠壓，所以我們計算了它的抗擠壓強度。鏈輪和螺旋軸之間使用了寬度為14mm、高度為9mm、長度為85mm的平鍵進行連接，而螺旋軸鍵的連接部位的軸直徑是45mm。由于鍵槽深度較大，所以在設計中對其進行了優(yōu)化處理，以保證結構和受力合理，同時提高加工精度，使之達到較高的質量水平。在最理想的情況下，鍵工作面應保持平滑，應力和載荷應均勻分布在整個工作面，平鍵擠壓強度的計算公式是(4-4)在這其中，T代表傳遞的扭矩，電機的功率達到2.2kW，而轉軸的轉速是58r/min，在不考慮功率損耗的情況下,根據(jù)計算出轉矩T=9550x2.2/58=300.1N·m，進而計算出查的具有一定沖擊的載荷傳遞時，平鍵的許用壓強為60-90MPa。即該處鍵連接強度滿足使用要求。4.6螺旋組件設計在之前的研究中，在探討整機的性能參數(shù)技術時，已經確定了螺旋組件的關鍵性能指標，并與輸送機的設計標準進行了對比。本文對螺旋結構參數(shù)和幾何尺寸做進一步優(yōu)化設計。也就是說，螺旋的直徑是290mm，螺距是100mm，螺旋軸的直徑是50mm，螺旋的有效輸送長度至少是580mm。考慮到上述的性能參數(shù)要求，我們根據(jù)整體的布局設計，并參照現(xiàn)有的產品結構，在確保基本性能參數(shù)和結構強度不變的情況下，努力簡化結構，以降低整體機器的質量。本文對螺旋結構參數(shù)和幾何尺寸做進一步優(yōu)化設計。圖4-1展示了所設計的螺旋組件的結構和連接細節(jié)。圖4-2螺旋組件結構【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)螺旋組件工作原理，由AutoCAD軟件繪制而成。【注】①螺旋軸A；②球軸承；③螺旋管；④螺旋；⑤螺旋軸B；⑥推力軸承設計的螺旋組件主要由螺旋軸和螺旋焊接組成。為了實現(xiàn)輕量化設計，螺旋軸采用三段拼焊而成，包括螺旋軸A、螺旋軸管、螺旋軸B；螺旋組件呈U形排列在殼體內，兩端由型號為6310的滾珠軸承支撐。此外，當螺旋在冰上產生推力時，會產生反作用力。為此，在螺旋軸的兩端設有推力軸承。

5轉接軸的有限元強度分析5.1有限元分析方法計算過程有限元分析是一種用于解決復雜工程問題的數(shù)值分析方法。它通過將一個連續(xù)的物理系統(tǒng)離散化為有限小的、相互連接的單元，從而能夠精確地模擬各種復雜的結構和行為。下面是一些基本的有限元分析步驟：（1）前處理：這一階段主要涉及建立和分析問題的幾何模型。需要創(chuàng)建與實際物體相似的幾何模型，并定義材料屬性，如彈性模量、泊松比和密度等。（2）網格生成：將連續(xù)的幾何模型離散化為有限個小的、互連的元素。每個元素代表了模型的一部分，并且每個元素都有一定的屬性，如形狀、大小和材料屬性等。（3）邊界條件和載荷應用：根據(jù)實際問題定義模型的邊界條件，例如固定邊界、滑動邊界或彈性邊界等。同時，還需根據(jù)物理問題的實際需求，將相應的載荷施加到模型上。（4）求解方程：這一步涉及到有限元分析的核心部分，即求解離散化的方程。通常使用的方法包括直接法、迭代法和有限元軟件中的算法等。求解方程的目的是找到每個元素的位移和應力等參數(shù)。（5）后處理：在求解方程后，需要對結果進行后處理。這一步驟包括查看和分析結果，如位移、應力、應變和熱流等。后處理還可以幫助用戶理解模型的性能和行為，以及優(yōu)化設計。以上步驟是有限元分析的基本流程，但具體的實施過程可能會因不同的工程問題和軟件而有所差異。在進行有限元分析時，需要注意以下幾點：（1）確保模型的幾何形狀、材料屬性和邊界條件等與實際問題相似或一致；（2）合理選擇求解器和算法，以保證求解的精度和效率；（3）對結果進行合理的解釋和分析，以得出有價值的結論和建議。5.2有限元模型建立在此基礎上，利用3D造型工具對轉軸進行了有限元仿真，并對其進行了仿真，在建立三維模型的過程中，可以將模型中某些對其強度沒有明顯影響的部分進行簡化，從而加快數(shù)值模擬的速度。圖5-1有限元模型【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)掃雪機工作原理，由Solidworks軟件繪制而成。設置材料屬性材料是影響物體力學性能的重要參數(shù)，有限元分首先要設定分析元件的材質屬性，本論文的研究對象的材料為45鋼，其機械性能中等，成本低廉，可加工性好，焊接性好，可加工性好，可用于大多數(shù)工作條件。5.3劃分網格在有限元計算中，網格是一個重要的計算單位，其本質就是把被測物體分割成許多非常細小的應力網格，利用這些應力模型可以得到每個網格間的應力轉移情況。進一步可以得到被研究目標的整個機械狀況。所以，合理地進行單元劃分是保證受力目標計算精度的一個重要方面。文中所使用的有限元程序可實現(xiàn)對目標進行自動剖分，并可實現(xiàn)四面體剖分，且剖分速度較快，計算精度較高。圖5-2網格模型【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)轉軸的工作原理，由Ansys軟件繪制而成。5.4施加約束和載荷為確保計算精度，必須依據(jù)被測物體的具體特點，進行合理的受力計算，并在此基礎上增設約束。文中所研究的轉軸的轉矩為蝸輪蝸桿減速器的輸出扭矩，功率為3.1kW，轉速為58r/min，在轉軸的一側施加轉矩，轉矩為510.43N.m，并在轉軸的另一側加上一定的固定約束條件，符合真實情況。圖5-3載荷模型【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)轉軸的工作原理，由Ansys軟件繪制而成。5.5結果分析當以上的模型設定完畢以后，就可以開始進行建模的運算，由軟件按照使用者所設定的狀況來進行運算；在制作完畢以后，由于有限元模擬的結果比較繁瑣，利用該分析處理軟件，可以得到被分析目標的各個部位的變形、應力等特征參數(shù)。通過分析下圖的受力分析結果，可以清楚地看到目標的應力狀態(tài)、變形狀態(tài)。選用的材質為45鋼，其屈服強度為235MPa，從應力分析圖可知，應力最大值為143MPa，小于屈服應力，能夠滿足使用。從變形分析圖可知，最大位移僅為0.1mm，該位移同樣非常小，在實際應用中不會產生過大的變形。圖5-4應力模型圖【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)轉軸的工作原理，由Ansys軟件繪制而成。圖5-5變形圖【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)轉軸的工作原理，由Ansys軟件繪制而成。

6掃雪機的運動仿真6.1solidworks仿真功能簡介SolidWorksSimulation是一個完全集成的設計分析系統(tǒng)。SolidWorksSimulation提供用于應力分析、頻率分析、變形分析、熱分析和優(yōu)化分析的單一屏幕。SolidWorksSimulation依賴于快速求解器，使操作員能夠使用個人計算機快速完成和解決大型問題。SolidWorksSimulation提供了各種捆綁包來滿足操作員的分析需求。過在計算機上測試您的設計，仿真可以顯著節(jié)省時間并消除現(xiàn)場實驗的需要。6.2掃雪機的仿真過程（1）首先打開solidworks的裝配圖，如下圖4.1所示，清楚明白汽油機與輪子的傳動路線是否能夠成功傳動。如果可以就繼續(xù)下一步。不行的話，就要重新檢查配置，可能各個元件連接處的裝配約束不正確。圖6-1掃雪機的三維模型【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)掃雪機工作原理，由Solidworks軟件繪制而成。（2）然后點擊“運動算例”,加載“動畫”，之后，對各個傳動件進行轉動，設定好仿真時間。如圖5.2所示。圖6-2時間的設定【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)掃雪機工作原理，由Solidworks軟件繪制而成。（3）移動位置設置好以后，就可以點擊“計算”，計算運動算例。如果過程全是黃色條，說明成功。如果是紅色，說明失敗，可能前面有錯誤，要返回檢查。如下圖5.3所示圖6-3計算結果【數(shù)據(jù)來源】根據(jù)掃雪機工作原理，由Solidworks軟件繪制而成。（4）上一步成功之后，就可以點擊“開始”，仿真運動的過程了。（5）之后點擊“視圖”，選擇“錄制視頻”,保存AVI格式，然后點擊開始，模擬過程，可以循環(huán)過程，最后停止視頻錄制。整個簡單的仿