小型扫雪机扫雪机构系统设计【优秀课程毕业设计】

【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】ppt.ppt任务书.doc声明.doc封面.doc小型扫雪机扫雪机构系统设计.docx总装图.dwg文件清单.txt电机控制原理图.dwg记录表.doc小型扫雪机扫雪机构系统设计摘  要扫雪机的问世，让人们在生活中减少了很多麻烦。本文在分析了国内外多种扫雪机的发展现状之后提出，主要运用范围是大型除雪设备所不能触及到的路面。结合路面的宽窄，积雪的厚度等因素，设计了一种小型的路面扫雪机。本设计在对扫雪机的工作原理进行分析的基础上，通过计算确定机械传动机构及动力装置，然后进行控制系统设计，把控制和机械有机结合。本设计运用三维绘图软件创建了扫雪机各零部件三维模型，进行整体的三维装配，展现其整体的造型效果，绘制部分二维零件图及装配图，完成了基于单片机的微机控制电气原理图。关键词:  扫雪机；机械结构设计；控制系统设计；直流伺服电机；单片机 ABSTRACTThe 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  录1 绪论11.1 选题的目的与意义11.2 目前主要的除雪方法11.3 目前扫雪机种类及存在问题21.4 扫雪机国内外的发展现状21.5 课题主要内容32 总体方案设计52.1 雪的物理性质52.2 扫雪机总体方案及比较52.3 工作原理概述62.3.1 基本结构62.3.2 工作原理72.4 方案的实施73 扫雪机的机械结构设计93.1 动力装置的选择93.2 传动装置的设计计算103.2.1 减速器的设计计算103.2.2链轮的设计计算133.2.3 动力轴的设计计算153.3 扫雪机构的设计计算183.3.1 工作电机的设计计算183.3.2 扫雪辊的设计计算183.3.3 同步带传动的设计计算203.3.4  同步带的主要参数233.3.5同步带的设计244 扫雪机的控制结构设计264.1 控制系统的选择及整体设计264.1.1 控制器264.1.2伺服电机控制274.1.3控制系统总体设计274.1.4伺服系统接口设计284.2 控制系统的硬件结构设计28总结与展望31参考文献32致谢33 本科生毕业答辩 指导老师：祁文军 学院：机械工程学院 班级：机械工程 13姓名：窦万文 小型扫雪机扫雪机构设计 1. 设计任务书 文献检索及调研工作，文献检索不低于 15篇。 1 进行私服给进系统机械部分设计计算及选型 2 进行微机控制系统硬件结构设计 3 4 绘制机械装配图一张（ 4 绘制电器控制原理图一张（ 5 6 撰写设计说明书 6 小型扫雪机介绍 2 2 2. 小型扫雪机设计方案介绍 按其工作原理不通主要分为： 按其扫雪机扫雪械部分的不同分为： 小型卧式滚扫型扫雪机 小型扫雪机设计方案介绍 卧式滚扫型扫雪机是将滚刷直接与地面接触，滚刷轴线与地面平行，即与工作机的行驶面平行，在驱动力的作用下滚刷高速旋转，扫除路面。 直列排布滚扫式扫雪机是指滚筒上各排刷毛均沿滚筒轴线方向平行排布， 滚刷刷毛密集，清扫路面时不会有漏扫的地方， 目前国内多数滚扫型扫雪机的扫雪滚均采用这种排布形式。 电机工作后输出的运劢经过减速箱降低转速增加扭矩后通过链轮，链条输出运劢，驱劢行走轮向前行走。在通过扫雪电机输出运劢经过皮带轮降低转速后驱劢扫雪刷旋转，清扫路面积雪。清雪效果好 ，而且 结构简单 ， 运劢方式多样 ， 制造方便 ， 传劢效果和使用维护方便 。同时，因为使用的是直流伺服电机，所以使用时 没有噪声污染 ，减少了对居民的骚扰。与此同时，使用电机也符合了国家的关于 使用清洁能 源战略的政策。 计方案 本次设计解决的问题 、带传动等重要机构的设计及校核 3. 小型扫雪机机械结构的设计 动力源选择： 考虑到本次的扫雪机方案设计，会有控制扫雪机的速度设计，按照不同程度的降雪，会有相应的速度调节。所以，动力源我们选择独立动力分置型。 设计的是手推式扫雪机，机架上有扶手，支撑电动机，变速箱，主动链轮，带轮等装置。 带传动依照传递方式分为摩擦传动和齿轮传动两类。摩擦传动带包含平带， V 带，多楔带，同步带。在这里咱们选用的是同步带，与发动机输出轴相连；带传动的传动比是 3。 变速箱用的是蜗轮蜗杆传动，它的传动比是 32。电动机的输出轴通过联轴器与变速箱相连。 行走轮子主要是用于支撑，行走的作用，于机架的两侧呈对称分布。 扫雪装置包括原动机，带轮，皮带，滚刷，滚筒，扫雪辊。 结构设计 重要零件设计及校核 4 链传动设计计算 步带传劢的设计 步带传劢的设计 同步带轮 设计中直流伺服电机转速控制采用 电机接口图 存在的问题 5 5 存在的问题 部件需要进行更进一步的优化设计 致谢 新 疆 大 学 毕业论文（设计）任务书 班 级： 机械 1311 班 姓 名： 窦万文 论文（设计）题目： 小型扫雪机扫雪系统设计 专 题： 论文（设计）来源： 应用研究 要求完成的内容： 文献检索及调研工作，文献检索不低于 15 篇 要进行伺服进给系统机械部分设计计算及选型 进行微机控制系统硬件结构设计 绘制机械装配图一张（ 绘制电气控制原理图一张（ 撰写设计说明书 发题日期： 2016 年 12 月 30 日 完成日期： 2017 年 5 月 30 日 实习实训单位： 中 国 一 拖 地点： 洛阳 论文页数： 页； 图纸张数： 指导教师 ： 教研室主任 ： 伊里哈木 院长（系主任 ）： 孙文磊 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 声 明 本人郑重声明，毕业设计论文 小型扫雪机扫雪系统 设计 系本人在相关教师指导下独立完成，没有抄袭、剽窃他人成果，由此造成的一切后果由本人负责。 声明人： 2017 年 5 月 30 日 大学毕业论文 (设计 ) 题 目 : 小型扫雪机扫雪系统设计 指导老师 : 祁文军 学生姓名： 窦万文 所属院系： 机械工程学院 专 业： 机械工程（矿山机电） 班 级 ： 13 完成日期 ： 2017 年 5 月 31 日 大学机械工程学院本科毕业论文（设计 ） I 摘 要 扫雪机的 问世 ， 让人们在生活中减少了很多麻烦 。 本文在 分析了国内外 多种扫雪机的发展现状 之 后提出 ， 主要运用范围是大型 除雪设备 所不能触及 到 的 路面 。 结合 路面的宽窄， 积雪 的厚度 等 因素，设计 了 一种小型的路面扫雪机 。 本 设计 在对扫雪机的工作原理进行 分析的基础上，通过计算确定机械传动机构及动力装置 ， 然后进行控制系统设计，把 控制 和 机械有 机 结合。 本 设计 运用 三维绘图 软件 创建 了扫雪机 各零部件 三维 模型，进行 整体的三维装配 ， 展现其整体的造型效果 ， 绘制 部分 二维 零件图及 装配图，完成了基于单片机的微机控制电气原理图。 关键词 : 扫雪机 ； 机械结构设计 ； 控制系统设计 ； 直流伺服电机 ； 单片机 大学机械工程学院本科毕业论文（设计 ） 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 疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计 ） 录 1 绪论 . 1 题的目的与意义 . 1 前主要的除雪方法 . 1 前扫雪机种类及存在问题 . 2 雪机国内外的 发展现状 . 2 题主要内容 . 3 2 总体方案设计 . 5 的物理性质 . 5 雪机总体方案及比较 . 5 作原理概述 . 6 本结构 . 6 作原理 . 7 案的实施 . 7 3 扫雪机的机械结构设计 . 9 力装置的选择 . 9 动装置的设计计算 . 10 速器的设计计算 . 10 . 13 力轴的设计计算 . 15 雪机构的设计计算 . 18 作 电机的设计计算 . 18 雪辊的设计计算 . 18 步 带传动的设计计算 . 20 同步带的主要参数 . 23 . 24 4 扫雪机的控制结构设计 . 26 制系统的选择及整体设计 . 26 制器 . 26 . 27 . 27 . 28 制系统的硬件结构设计 . 28 总结与展望 . 31 参考文献 . 32 致谢 . 33 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 1 1 绪论 题的目的与意义 冬天， 北方的 人 都是 天天盼 这下 雪， 如果整个 冬天 没有下几次大雪 ，就好像这 不是一个完整的冬天 。 早晨人们一觉醒来 ， 出门 看见一片白茫茫 的景象 ， 就有种 “忽如一夜春风来，千树万树梨花开” 的感觉 ，这是人间最美不过的画面 了 。也是人们期盼已久的时候， 人们通常都喜欢出门玩耍， 在雪地里滑雪玩耍 。然而这种美景， 也会给 人们带来 很多麻烦。 一场 大雪过后， 路面 湿滑， 并且 摩擦阻力变小，车辆通行时 往往会 发生交通事故，行人也是 会 时常滑倒，造成 身体损伤 。然而城市道路的清扫，大多 数 是环卫工人 和大型除雪机械 。他们在雪停 后 ，就 全体出动 ， 拿着 扫帚赶到公路上开始工作，辛苦一 天却 效率不高 。因此，雪 会堆积在路面 ，道路越来越难 行走 ， 是 导致事故频繁发生 的原因 。 为了解放劳动力 ,提高劳动效率 ,机械化是劳动的必然选择 ， 因此，为了更加方便快捷的清扫 路面积雪 ，提高工作效率 与质量 ，设计出一种小型路面扫雪机是很有必要的 。 机器代替体力劳动 ,不仅效率高 ,而且能长时间工作 ，这样路面清扫速度 加 快，事故发生也会 必然 减少。 前主要的除雪方法 现在的 除雪采用的方法主要 是 ：人工 的 传统除雪；利用融雪剂来清除 路面积雪 ；利用各 类 除雪 设备 来除雪。 人工除雪浪费人力 、 工作效率 很 低、作业成本 也 高、占用 的 路面时间 很 长 ，而 且 只能 在白天 进行作业 ， 这样就会 有很多 的 安全 隐患 ， 更 容易发生交通 安全 事故， 会对 来往的车辆 和 行人带来不便。 融雪剂除雪是依靠热的作用或化学药剂 发生化学反应 ，使积雪 慢慢 融化的方法。主要用于广场、停车场、城市 大 路等，起 着 除雪 和 防冻的作用 。 但是，同时也 会 对周围环境造成 一定的 危害。 并且 融雪剂的费用高，容易对道路和城市环境造成 一定 污染， 对 人的身体健康 有一定损害 。而且，当温度过低时， 会 失去其原有的作用， 同时 不利于保护车辆的轮胎。所以，这种除雪方法的使用范围有一定的 局限性 。 机械 除 雪是通过机械 设备 直接对雪进行铲除 与 清扫，主要 有 犁式扫雪机和螺旋转子扫雪机两大类。现今，传统人工清雪法和融雪剂清雪法已经不能满足 生活需要，所以需要性能 好 、自动化程度高的机械 除雪 设备来替代。但 现在 扫雪机种类并不多，且设备还不 是很 完善，存在着 很 多不足 1。 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 2 前扫雪机种类及存在问题 目前市场上的扫雪机 有很多种， 按其工作原理 主要分为以下几种： 一 种是 推移式扫雪机： 主要是将 推雪铲刀 安装在大型车辆上 ， 如推土机等等。在经过 扫雪犁等装置，将雪推走， 对路面进行清扫 ，然后再利用其它车辆将雪拉走。这 类 形式的扫雪机，清理效率低，容易划伤地面，且耗费时间。由于借助大型车辆，所以在路面 进行作业 有一定的局限性 其除雪装置如右图。 第二类是 抛雪式扫雪机：抛雪式 扫雪机在市面上最为常见 ， 它 先利用搅龙 先 收集积雪，再利用抛雪泵 装置将雪抛出。这种扫雪机清扫效率 比较 高，速度 也很 快，是使用最广泛的一种 扫雪机，其除雪装置如图 第三类 是吹雪式扫雪机： 它是 利用航空发动机来产生强大空气流 ， 气流 由喷口吹出， 从而达到 清除地面积雪 的目的 。 但是 这种扫雪机运行速度 很 高， 能量消耗大， 成本高，只能 使用于 机场、高速路等宽旷地区 的 使用，不适合小型 产品的生产。 这几类大型的除雪 设备， 基本都使 用于较宽 或者空旷 的路面， 不适合 在城市交通道路上 作业 ， 而 且这几种扫雪机 都是采用 铲刀或者搅龙 装置 ， 更 容易 把 路面划伤， 并 且对于 高低 不平的地面起不到很好地 处理 效果。 雪机国内外的发展现状 资料显示 国外扫雪机发展 历史 已有很长的 时间，尤其是 近 几 年来，发展迅速，大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 3 种类 繁多 ，各生产 厂家 在 不断地采取 新技术的同时，不断 地更新 产品的作业性能和操作性能，以便适应 各种 扫雪 条件 的要求。早 年 的扫雪 装置 是利用推土机 推行 ，后来 渐 渐 变 为犁式扫雪机。 1943 年 的时候 ，日本就 已经在卡车上 开始 装配 V 型犁式扫雪器，用来扫 出路面积雪 。 我国在经过了很多年的 发展，犁式扫雪机已有有了相当 高的技术水平 。 在除雪机的研究在我国还比较少，据统计，国内的实际研究和发展是在上世纪 80 年代后，随着改革开放的发展，开始了新的道路，在机动车层出不穷。扫雪机也出现了与时代发展的需求，主要的研究工作是在东北，下雪的地方在大数量、高需求。通过深入研究，国内多台机器生产，除雪作业外，发挥一定作用，但效率低，成本高，接地能力差。 90年代初，中国的沈阳大连高速公路引进德国“ 乌尼莫克道路综合养护车 、犁式除雪 等 装置 作为 辅助设备。国内的犁式除雪机的研究 在近几年 也取得了一定的成绩，有了一些成功的产品，如 扫雪机 和 系列扫雪机， 分别 是由 西安公路研究院 和 吉林交通科学研究院 研究开发的。还有 哈尔滨林业机械研究所开发的集成 2。 但 犁式除雪 机 对 刚下的积雪处理效果 好， 并 不能解决积雪 很久的 路。 旋转式扫雪机的出现，清理道路上的积雪变得简单。旋转式扫雪机一般具有复杂的结构 、功能多样 等 的特点。德国和日本是主要生产国，这样的技术是成熟的，在世界上处于领先水平的产品性能。 在雪地里， 扫 雪机的车身尺寸和速度是影响交通的重要因素，车身过大，会造成路面 占道 ；低速会影响交通，造成交通堵塞。小型 扫 雪机适用于企业 单位 、城市道路和环卫工人，几乎不常见， 而且 发展缓慢。所以小型 扫雪 机的设计对于国内机械行业的发展起着一定的作用。 题主要内容 根据现有的除雪设备本 文 预设计一个适用于较窄的道路， 如 工厂 道路 ，学校马路 ，或住宅小区内的道路积雪清扫机。该扫雪机的工作原理是扫雪机在工作人 的推行操作下，沿着积雪路面做扫雪作业，高速旋转的转刷子一次性把雪向前抛到行走的前方，集成一堆后在清扫装车运走 ，一次完成清扫任务。该设备不用集雪装置，能实现一次性集雪功能，这设备结构简单，成本低，提高积雪的清扫效率。在完成预想设备的基础上进行合理的设计方案，并对其主要零件进行计算和分析 。 主要完成的内容如下： （ 1)通过研究国内外 扫雪 装备的发展情况，提出 本文计划设计的 一种小型扫雪机设备的工作原理。 (2)进行小型扫雪机方案设计。 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 4 （ 3)各零部件的具体设计，确定扫雪机的基本尺寸，连接问题。 （ 4）查阅相关资料，了解扫雪机行走的速度 ， 进行动力系统设计。 （ 5）根据实际情况确定要使用的控制系统硬件。 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 5 2 总体方案设计 的物理性质 由于温度的改变，下雪时间的长短，雪的密度、硬度均不同，且由于路面有车辆行驶，导致积雪的摩擦系数发生改变，所以在设计扫雪机之前，要先对道路上的积雪进行研究了解。经过多次调查取样，雪的密度在 3。 道路不一样 ，雪的性质 也有所 不同， 故 雪的密度 、 厚度是设计计算的重要参数。 雪机总体方案及比较 滚刷 式 除雪机是 依靠的是 滚刷的高速旋转来 对路面积雪进行清扫 ， 扫雪刷的材料是由实际工作情况而定 。滚刷式扫雪机的 滚刷 属于柔性 结构 ，滚动或者旋转作业 时 相对其他大型扫雪设备 对路面造成的损害较小， 除雪 后路面基本不会产生明显的 刮伤 痕迹。同时 滚刷式扫雪机 还具有噪音低、自适应性强、清扫 干 净等优点。 滚刷 式除雪 机 作业范围相对其他 扫雪设备 清雪较广，清扫道路时可以应付各种复杂路面 情况 。 这些年 ， 为了解决冰雪灾害对人们生活的不利影响，各研究部门 积极 对冰雪的处理进行研究 ，滚刷 式 除雪 机颇受人们 重视， 随着技术的不断更新，冰雪对人们生活的影响逐渐减小。 滚刷式扫雪机的 机械 部分 主要分为盘式转扫、碾压磙以及卧式滚扫三种类型。 我 分别对三类清雪机械进行 了 分析 如下 。 （ 1）盘式转扫型扫雪机是指其刷扫装置的转轴垂直于地面或与地面保持一定倾角 (一般在 80 左右 )的清雪装备。 盘刷 好像 一个盘状物 在向下倒扣 ，整个 形状 呈圆台状。盘刷多安置于扫雪机的两边 ，这样不 仅仅 可以更大范围的拢扫积雪，同时还可以避免在 转弯角度 过大时 工作 的 主机车轮 和路岩挂碰 。 为 防止刷盘 与 车辆、行人或路旁障碍物 碰撞， 侧刷 上 一般 都要 安装避障 装置 。 依据 以往作业 效果 ， 设置 转轴与地面的倾斜夹角可以 有效的 将积雪向 一个 位置 聚集 ，不 发生到处飞溅的情况 ，对清扫质量有明显的提升。 （ 2）碾压磙结构是一种 对 硬化积雪清除 的 装置 ， 专门 为清除压实 的 积雪 而设计的。这种 除雪装置适 合对 坚硬 的 冰雪 进行 清除， 在 设计压磙式除雪装置时应该要 充分 的 考虑 对 路面 的 保护问题，保证路面不被破坏。 这种结构是 在圆筒形的滚筒上安装上刀片或齿刀，构成碾压磙。根据压磙磙刀的安装角度，分为斜刃式压磙和直刃式压磙。相关文献表明，斜刃式压磙的铣削效果及其对路面的保护性明显优于直刃式压磙。 （ 3）卧式滚扫型扫雪机是将滚刷直接与地 面 相 接触，滚刷轴与地面平行，即与 扫雪机 的行驶面平行， 在动力装置的驱动 作用下滚刷高速旋转， 对路面进行大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 6 扫除。 直列排布滚扫式扫雪机是指滚筒上各排刷毛均沿滚筒轴线方向平行排布，滚刷刷毛密集，清扫路面时不会有漏扫的地方，目前国内多数滚扫型扫雪机的扫雪滚均采用这种排布形式 3。 发动机发动后发动机输出的运动经过减速箱降低转速增加扭矩后通过链轮，链条输出运动，驱动行走轮向前行走。在通过扫雪电机输出运动经过皮带轮降低转速后驱动扫雪刷旋转，清扫路面积雪。清雪效果好，而且结构简单，运动方式多样，制造方便，传动效果和使用维护方便。同时，因为使用的是直流伺服电机，所以使用时没有噪声污染，减少了对居民的骚扰。与此同时，使用电机也符合了国家的关于使用清洁能源战略的政策。 综上，我们选择第三个方案。 除雪装置的设置 依据动力来源 可以分 以下 几种 类型 ： （ 1）独立动力型 用分离的发动机作为除雪单元的动力源 ,发动机和除雪机构组成一个整体。本实用新型的优点是主机可以完成一台机器的使用。 （ 2）独立动力分置型 有单独的发动机作为除雪装置的主要驱动力 ， 但发动机和除雪装置可以单独放置在主机的适当位置。 （ 3）共用动力型 即由主机发动机采用液压等方式将主机动力分配使用，在保证正常行驶的同时，为除雪工作装置提供动力。一般发达国家的专业扫雪机通常是共用动力型的，其优势在于可以根据负载情况将通用主要动力流分配的更合理，既能提高功效又能节省能源。 考虑到本次的扫雪机方案设计，会有控制扫雪机的速度设计，按照不同程度的降雪，会有相 应的两档速度调节。所以，我们选择了方案（ 2）独立动力分置型。 作原理概述 本结构 小 型扫 雪机一般由机架、原动机、传动装置、工作装置、行走装置 组成 。考虑到设计需要，本设计中原动机选取的是电动机。传动方案采用了皮带传动， 蜗杆传动 ,链传动。行走装置用于实现机械的 行走 。它有两种手推和自走式 。 本次设计中采用的是手推式。 扫雪工作装置采用的是滚刷式滚筒扫雪机构。滚刷主要由滚筒，方头刷，动力轴（扫雪辊），轴承等组成。其通过可拆卸固定链接方式安装于扫雪机的前端。大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 7 方头刷的刷丝为尼龙丝或钢丝（本次设计选用钢丝与尼龙丝混用的方式）。滚筒固定在滚刷的上方，用于防止残雪飞溅 4。 作原理 操作时 ,直流伺服电机通过传动箱驱动输出功率 ,链接主动链轮 ,这样 ,链轮带动链条传动 ,实现行走轮的向前运动。 案的实施 由于除雪机主要用于校园、人行道、单位、工厂和居民区 ,所以机器体积不算太大。我们使用 的 电机按电源的分类 :可分为 直流 电机和交流电机 ,其中交流电机又分为单相电机和三相电动机。 这种扫雪机需要 灵活的运动 ,工作适应度高 ,用于户外的积雪清扫工作。所以一般采用蓄电池供电 ,因此多采用直流电动机。 直流伺服电机主要有以下几个特点 : (1)机械特性 在当输入电枢电压 持不变时 ,电机转速 n 随电磁转矩 m 变化 ,这称为直流电机的机械特性。 (2)监管特点 当直流电机处于一定的电磁转矩 M(或负载转矩 )时 ,电机的稳态转速 N 随电枢电压控制电压的变化而变化 ,这称为直流电机的调节特性。 （ 3)动态特性 从原来的 稳定状态到新的稳定状态 ,存在一个过渡过程 ,这就是直流电机的 动态特性。 本次 设计的是手推式扫雪机，机架上有扶手，支撑电动机，变速箱，主动链轮，带轮等装置。 扶手的基本作用是手推，其上按装有起停，调速，扫雪工作开关。起停开关的作用是用于控制电源。调速开关则是用于选择扫雪机的速度，其中速度主要为两个档，一档 m/s，二档 s。扫雪开关的作用是控制扫雪直流伺服电机的起停，从而控制滚刷的转动。 带传动依照传递方式分为摩擦传动和齿轮传动两类。摩擦传动带包含平带，V 带，多楔带，同步带。在这里咱们选用的是 同步 带 ， 与发动机输出轴 相 连；带传动的传动比是 3。 变速箱用的是蜗轮蜗杆传动，它的传动比是 32。电动机的输出轴通过联轴器与变速箱相连。 行走轮子主要是用于支撑 和 行走，于机架的两侧呈对称分布。 扫雪装置包括原动机，带轮，皮带，滚刷，滚筒，扫雪辊。 图 2 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 8 图 2雪机简单三维结构示意图 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 9 3 扫雪机的机械结构设计 力装置的选择 扫雪机在路面运动时需要克服来自地面的滚动摩擦力 气阻力 速行驶时的加速阻力 此小车行驶时的总阻力为 F=w+ (3 Ff= （ 3 小型扫雪机在户外路面行走工作，易受到环境，雪量大小，路面状况的影响。设计中，扫雪机的自重约为： 100胶轮与地面的摩擦系数： f=半径：R=150入公式中 8N 设计中，小车的最高速度为 V=1m/s。所以空气阻力暂不考虑。 小车加速运动时需要克服质量产生的惯性力，设定小车经过位移 S=1t=1m/s，则小车的加速度为 a = 2022 = 2 (3加速阻力 Fj=0N 总阻力 F=148N 本次设计中的小车采用一个电动机驱动，车轮的半径 R=以总车的驱动力矩： M=22Nm 因此链接输出轴的输出扭矩 T 22 根据上述的条件，驱动电机采用淄博博山朴林电机厂生产的 180 表 3动机参数 额定功率 额定电压 额定电流 额定转速 额定转矩 极数 8V 62A 1500r/2 小车行驶的最高速度 =1m/s，车轮半径 R=150 输出轴的转速应为： = =96r/ (3电机的额定转速 n=1500r/以减速比为： i= =16 (3大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 10 小车行驶的最低速度 =s,输出轴转速应为 =48r/最大减速比 i=32。 动装置的设计计算 速器的设计计算 在很多情况下，这类扫雪装置的速率按照工作过程当中的不同请求随时可以转变。变速器平常很少作为零单独的传动装置，它是一台机械全部传动系统的一部分，所以通常被称为变速制造。 根据最大传动比 32，本次设计中选择的是蜗轮蜗杆减速器。相比于其他传动机构，蜗轮蜗杆有以下几个优势： （ 1）传动比大，一般传动比 i=5（ 2）冲击载荷小，传动平稳。 （ 3）具有自锁性。 设计总传动比 i 32， i=蜗 齿 =32。 (3分配传动比 蜗 =16， 齿 =2。 各 轴的参数计算 : 将传动装置各轴从高速到低速一次定义为 1轴， 2轴。各轴的转速： n=1500r/轮蜗杆的选择：功率 P= 根据 10085推荐，采用渐开线蜗杆 料一般选用：蜗杆为 45号钢，齿面要求淬火，硬度为 4555轮采用 属模制造。 按 计算，估取效率 =作用在蜗轮上的转矩 2 2=106 =105 (3确定载荷系数 K 因工作载荷较稳定，故取 =1， 使用系数 =动载系数 =K= (3确定弹性影响系数 因选用的 轮与蜗杆相配合，故取 =16012 确定蜗轮齿数 2=i=64 (3确定许用接触应力【 】 根据蜗轮的材料 、 金属模制造 、 蜗杆螺旋齿面硬度 轮的基本许用应力为 268 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 11 应力循 环次数 ： N=60j 2n 107 (3式 中 j 为 电机是否单双向转动 (单向为 1，双位 2)； 2n 为涡杆的传动比 ； 为工作的总时间 。 寿命系数： =8 710N(3= 078 = 则 许用接触应力 【 】 =【 】 (3= 2480 2 【 】 ） 2 (3 中 2为涡轮齿面接触疲劳强度； K 为载荷系数。 因 1Z =2，故从 机械原理 表 10图 3中，取模数 m=4。蜗杆的分度圆直径 0 蜗轮蜗杆的主要参数与几何设计中心距 a=148 3疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 12 蜗杆 表 3杆参数 轴向齿距 直径系数 齿顶圆直径 齿根圆直径 分度圆导程角 蜗杆轴向齿厚 蜗杆法向齿厚 0 4811836 轮 表 3轮参数 蜗轮分度圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗轮咽喉母圆半径 254629核齿根弯曲疲劳强度 =2 12 2= （ 3 式中 2 当量齿数 2=2 3 = (3根据 2， 从文献 错误 !未定义书签。 图 11如图 3中查齿形系数 2= 3疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 13 螺旋角系数 =1- 140= (3许用弯曲应力 【 】 =【 】 (3蜗轮的基本许用弯曲应力【 】 =56命系数 = 】 =弯曲强度满足 验算效率 =（ +） (3已知 r=1118 36， =;相对滑动速度 有关， =11 60 1000 =s （ 3 从文献中，表 11如图 3，用插值法查得 =入公式中得 于估计值，因此不用重算。 图 3度等级和表面粗糙度的确定： 从 10089柱蜗杆蜗轮精度造 8 级精度。侧隙种类为 f，标注为8f， 10089有关手册得公差项目及表面粗糙度。 轮的设计计算 链传动由链条和链轮（大，小链轮）组成，动力经过进程链条链节和链轮的轮齿之间的啮合来传输。机械制造中链传动有着普遍的利用。 链传动与摩擦型的带传动对比，链传动是集体打滑和无弹性滑动现象，因而能保持精确的平均传动比，传动效率高；由于链条不需要像带那样紧，链条作用轴上的径向压力小；制造链条采取的是金属材料，平常在不异的利用条件下 ， 链传动的整体的尺寸比较小，布局有点紧凑；同时，链传动可以在温度高的情况下和潮湿的情况下工作。 选择链的齿数 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 14 取小链轮的齿数为 7，传动比为 i=1，则大链轮的齿数 7。 确定 计算功率 从机械设计（第九版）表 9如图 3查得 : =该书的图9如图 3查得： = 图 3 图 3当量的单排链计算功率 ： = P= (3式中： 为工况系数； 为主动连轮齿数系数； 为多排链系数。 选择链条的型号和节矩 根据 =96r/械设计图 9如图 3，选取节矩 P=子直径 d=链接内宽 b=轴直径2 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 15 图 3算中心距 初选中心距 0=(3050)P 0= 0=600 计算链节数 0=20+1+22 +(212 ) (212 )0=80 (3链节数取 80 因为传动比为 1，链轮齿数相同，所以计算链传动的最大中间距为 =P2 = (3取中间距为 600算链速 V V= 11601000= (3计算压轴力 有效的圆周力： =1000= (3链轮压轴力系数 = = (3选择润滑方式 按照链速为 s，链节距 择定期人工润滑的方式。 力轴的设计计算 动力轴是连接减速箱与车轮之间扭矩的转动装置。本次设计中的传动轴主要是承受较大的扭矩和承受较小的弯矩。 按扭转强度计算 = 9550000 3 (3得 d 03 (3其中： P 为传递的功率； d 为轴的直径； 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 16 N 为轴的转速； 为材料的许用剪应力； 中间轴材料采用 45号钢，调值，硬度为 217 经过减速器完成变速后， P=n=48r/ 取 0=105， 则 d 03 = (3考虑到有键槽，轴径增大 5%， d= 1+5%） =40此选 =40 3的载荷分布图 由第三强度理论： =T)2 1 (3大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 17 查表可知 45号钢的 1=60 轴的截面存在键，因此 W=332 -()22 (3取 =用弯曲应力 1，所以轴安全。 轴的刚度校核 轴上存在链轮，两端存在键，因此视为阶梯轴。加工计算中对计算精度要求不高，所以将其作为当量直径为 的光轴。按材料力学中的公式计算： = 4=14 (3设计中，载荷作用于轴的两端， L=l+k。 轴的弯曲刚度条件 挠度 y y 偏转角 轴的扭转刚度计算 扭转角 表示轴的扭转变形 阶梯轴 =104 1 =1 (3扭转刚度条件 的取值 ，计算 = 因此，轴的设计合格。 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 18 雪机构的设计计算 作电机的设计计算 原动机 2 主要是用于为滚刷提供动力，是作为工作电动机使用的。在滚刷工作过程中，滚刷所消耗的功率主要包括：克服路面摩擦所消耗的功率，扫雪功率，克服空气阻力的功率等。（本次设计忽略空气阻力） 本次设计以每小时扫雪面积 9002,雪的平均密度 3,积累的厚度为 10 则每小时完成扫雪量： 前推进 3600m，则所消耗的功率 =225W (3滚筒克服阻力矩 M=速以 n=150r/么刷子消耗的功率 2n= (3则执行部分所消耗的功率 总 =2= (3选用直流伺服电动机，控制转速在 150r/用的电机与原动机 1 是一样的型号： 180 雪辊的设计计算 扫雪辊主要是支撑滚刷，带动滚刷的转动，通过键与大带轮相相连接。它的设计计算与动力轴的设计计算相同，在校核时，应为只有一端存在扭矩，所以 校核不同。 计算公式：按扭转强度计算 = 9550000 3 （ 3 得 d 03 (3采用 45号钢，调值，硬度为 217过带轮传动后，它的功率 P=速 n=150r/ 取 0=110 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 19 d 03 键槽，轴径增大 5%， 所以 8 轴的校核 图 3雪辊的载荷分布图 由第三强度理论： =2+()2 1 (3查表可知 45号钢的 1=60 轴的截面存在键，因此 W=332 -()22 (3取 =用弯曲应力 1，所以轴安全。 轴不涉及到弯曲强度的校核。轴的扭转刚度计算 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 20 扭转角 表示轴的扭转变形 阶梯轴 =104 1 =1 (3扭转刚度条件 的取值 ，计算 = 因此，轴的设计合格。 步 带传动的设计计算 1、确定计算功率 电动机每天 约 使用 8表 3K =计算功率为 : = P= （ 3 2、 小带轮转速计算 初选小带轮的基准直径 1=224算带速 : V=1 601000 s (3由于 5m/s V 30m/s,故带速合适。 3、选定同步带带型和节距 由同步带选型图 3于在这次设计中功率转速都比较小，所以带的型号可以任意选取，现在选取 距 3作情况系数 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 21 图 3同步带选型图 4、选取主动轮齿数 1z 查表 34，现在选取小带轮齿数为 41。 小带轮节圆直径确定 1 （ 3 表 3小带轮最小齿数表 5、大带轮相关数据确定 由于系统传动比为 1:1 ，所以大带轮相关参数数据与小带轮完全相同。齿数292 z ，节距 6、带速 （ 3疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 22 7、初定 轴 间间距 根据公式 )(2)(1021 （ 3 得 63232 0 现在选取轴间间距为 600 8、同步带带长及其齿数确定 0L =22 0 a( 21 ) （ 3 0L= 2/) =、带轮啮合齿数计算 有在本次设计中传动比为一，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即0。 10、 基本额定功率01000 )(20a （ 3 查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表 3m=m。 所以同步带的基准额定功率为 0P = 1 0 0 0 0 0( 2 = （ 3 表 3准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 23 11、 计算作用在轴上力 3 同步带的主要参数 1、同步带的节线长度 在同步带标准中，对梯形齿同步带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的同步带节线长度应在规定的极限偏差范围之内（见表 3 表 3节线长度表 2、 带的节距 图 3对沿节线同步带相邻两齿测量的长度称为同步带的节距。节距大小决定皮带的尺寸和皮带的每一部分。间距越大 ,皮带的每个部分的尺寸越大 ,承载能力越高。因此 ,皮带距是同步带最重要的参数。梯形齿同步带齿尺寸见表 3 3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交点之间的距离称为带的齿根宽度，以的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传送较大的裁荷。 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 24 图 3带的标准尺寸 表 3形齿标准同步带的齿形尺寸 步带的设计 在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表 3的图形如图 3 表 3同步带尺寸 型号 节距 齿形角 齿根厚 齿高 齿根圆角半径 齿顶圆半径 H 0。 疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 25 图 3步带 同步带轮用梯形齿，其图形如图 3图 3同步带轮结构 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 26 4 扫雪机的控制结构设计 制系统的选择及整体设计 制器 常用的工业控制系统中的主机芯片大多是 于许多的控制要求和任务无论采用单片机方案还是 本次设计中，由于程序简单，需要处理的信息少。而由于 的稳定性和抗干扰性要远远优于民用级的单片机芯片，也正是因为这些功能和有点，所以价格昂贵。这样显然会增加控制系统的成本，所以在本次设计中运用到了单片机。 单片机有许多显著的优点，如以下几个方面 1314： 1、具有优异的性能价格比 单片机的高性能、低价格是它最显著的一个特点。单片机尽可能把应用所需的存储器、各种功能的阳口都集成在一块芯片内 ,使之成为名副其实的单片机。 2、集成度高、体积小、可靠性好 单片机内部采用总线结构 ,减 少了各芯片之间的连线 ,大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。 3、控制功能强 单片机体积虽小 ,但“五脏俱全” ,它非常适用于专门的控制用途。一般单片机的指令系统中有极丰富的转移指令、口的逻辑操作以及位处理功能 ,单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微型机算计。 4、低电压、低功耗 许多单片机可在低电压下工作 ,功耗非常低 15。 图 4型式 大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 27 服电机控制 设计中直流伺服电机转速控制采用 4控制输出电压。当脉冲宽度不变时，输出的是额定电压。如图 4脉冲变化相同时，占空比为 50%示。 制系统总体设计 1、 图 4 毕业论文 （设计） 答辩记录表 学院： 机械工程学院 专业： 机械 工程（矿山机电） 班级：机械 13 论文题目： 小型扫雪机扫雪系统的设计 学号： 20132008010 姓名： 窦万文 指导教师： 祁文军 职称： 教授 答辩 小组 名单： 乌日开西 ， 依力哈木 ， 陈坤 ， 海几哲 ， 章翔峰 答辩 记录 ： 1 你所设计的小型扫雪机动力装置为什么选择电机？ （ 章翔峰 老师提问） 答： 小型扫雪机主要适用于家庭、单位等除雪量较少的用户，没有噪声污染减少对居民的骚扰，同时电机的使用符合国家清洁能源战略 。 2. 扫 雪装置是怎么工作的 ？（ 海几哲 老师提问） 答： 扫雪装置是由电机带动同步带大带轮，降低转速，小带轮驱动扫雪刷转动，清扫路面积雪。 3. 什么 （ 章翔峰 老师提问） 答： 要是控制脉冲宽度，来控制输出电压。当脉冲宽度不变时，输出的是额定电压。 答辩时间 ： 2012 年 6 月 7 日 本科生毕业答辩 指导老师：祁文军 学院：机械工程学院 班级：机械工程 13姓名：窦万文 小型扫雪机扫雪机构设计 1. 设计任务书 文献检索及调研工作，文献检索不低于 15篇。 1 进行私服给进系统机械部分设计计算及选型 2 进行微机控制系统硬件结构设计 3 4 绘制机械装配图一张（ 4 绘制电器控制原理图一张（ 5 6 撰写设计说明书 6 小型扫雪机介绍 2 2 2. 小型扫雪机设计方案介绍 按其工作原理不通主要分为： 按其扫雪机扫雪械部分的不同分为： 小型卧式滚扫型扫雪机 小型扫雪机设计方案介绍 卧式滚扫型扫雪机是将滚刷直接与地面接触，滚刷轴线与地面平行，即与工作机的行驶面平行，在驱动力的作用下滚刷高速旋转，扫除路面。 直列排布滚扫式扫雪机是指滚筒上各排刷毛均沿滚筒轴线方向平行排布， 滚刷刷毛密集，清扫路面时不会有漏扫的地方， 目前国内多数滚扫型扫雪机的扫雪滚均采用这种排布形式。 电机工作后输出的运劢经过减速箱降低转速增加扭矩后通过链轮，链条输出运劢，驱劢行走轮向前行走。在通过扫雪电机输出运劢经过皮带轮降低转速后驱劢扫雪刷旋转，清扫路面积雪。清雪效果好 ，而且 结构简单 ， 运劢方式多样 ， 制造方便 ， 传劢效果和使用维护方便 。同时，因为使用的是直流伺服电机，所以使用时 没有噪声污染 ，减少了对居民的骚扰。与此同时，使用电机也符合了国家的关于 使用清洁能 源战略的政策。 计方案 本次设计解决的问题 、带传动等重要机构的设计及校核 3. 小型扫雪机机械结构的设计 动力源选择： 考虑到本次的扫雪机方案设计，会有控制扫雪机的速度设计，按照不同程度的降雪，会有相应的速度调节。所以，动力源我们选择独立动力分置型。 设计的是手推式扫雪机，机架上有扶手，支撑电动机，变速箱，主动链轮，带轮等装置。 带传动依照传递方式分为摩擦传动和齿轮传动两类。摩擦传动带包含平带， V 带，多楔带，同步带。在这里咱们选用的是同步带，与发动机输出轴相连；带传动的传动比是 3。 变速箱用的是蜗轮蜗杆传动，它的传动比是 32。电动机的输出轴通过联轴器与变速箱相连。 行走轮子主要是用于支撑，行走的作用，于机架的两侧呈对称分布。 扫雪装置包括原动机，带轮，皮带，滚刷，滚筒，扫雪辊。 结构设计 重要零件设计及校核 4 链传动设计计算 步带传劢的设计 步带传劢的设计 同步带轮 设计中直流伺服电机转速控制采用 电机接口图 存在的问题 5 5 存在的问题 部件需要进行更进一步的优化设计 致谢