小型手扶式清雪车设计正文.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）
第1章 绪 论
1.1 选题的意义
(1)及时清除积雪的必要性
我国北方地区冬季较长，每年都会有较大降雪过程，部分地区还会形成雪灾，给社会生产生活带来很大影响，特别是近年来随着国民经济与社会的快速发展，高速公路和高等级公路里程与日俱增，冬季道路积给人们出行带来了诸多不便，尤其在大雪和雨夹雪天气，大部分高速公路出于安全考虑常采取限速行驶甚至不得不关闭数天，严重影响交通并制约经济发展，城市道路的清雪问题已经越来越引起各级政府部门的关注和重视，我认为如何快速高效清除道路积雪、保障道路和社区群众的正常出行、提高行车安全、行走方便成为目前冬季道路养护的主要问题。
所以，过多的降雪常常来不及得到及时有效的清除，给城市交通和人民生活带来了许多不便。因此，寻找一种既有较高效率，成本又比较低的清雪方法就成为当务之急。
(2)主要除雪方法
目前清雪采用的主要方式有:①传统的人工清雪技术；②在道路上撒施化学物质融化冰雪；③靠各种清雪机械清除积雪。
人工清雪功效低、浪费人力、作业成本高、占有路面时间长且必须在白天工作，不安全因素多，易发生交通事故，给过往车辆、行人带来极大不便。
融雪剂清雪是一种靠热作用或撒布化学药剂使冰雪融化的方法。主要用于冬季机场、公路、广场、停车场、铁路、城市街道等，起到清雪及防冻作用，但同时也对城市环境产生了不可忽视的危害，融雪剂所需费用较高，易对道路和周围环境造成污染，而且气温过低时将失去作用，也不利于保护车轮胎，因此，这种方法的使用范围受到一定影响。
清雪机械是通过机械对雪的直接作用进行推扫或铲除，主要分为犁式除雪机械和螺旋转子机械两大类，二者之和占发达家清雪机械总数的80%以上。现今，传统人工清雪法和污染较大的融雪剂清雪法已经不能满足需要，迫切需要性能良好、自动化程度较高以及方便灵活的机械来替代。即雪后需要效率高、省时、省力的浮雪清除设备。用于清除浮雪的装置主要为螺旋集雪装置，一般与高速旋转的风机、抛雪筒联合使用。雪被螺旋集雪装置收集并通过风机旋转带动从抛雪筒抛到路边或者运雪车上，节省了收集雪的时间，清雪效率很高。但目前我国螺旋集雪装置的清雪效率和发达国家相比还有一定差距，需要深入研究并进一步提高。本文研究的主要目的是通过对螺旋集雪装置结构性能的研究，分析影响其集雪性能的结构参数，设计一种小型手扶抛扬式清雪车，进一步优化结构以实现螺旋集雪装置快速高效的清雪作业，用于单位、家庭或社区道路、庭院积雪的清除，从而减少因积雪引起的经济损失和安全问题。通过本题目设计，也能够进一步理解《机械设计》、《内燃机原理》、《工程机械》等专业课程知识，掌握专用机械设计的原理和方法。
1.2 扬雪机国内外的发展
利用机械清雪是把人从繁重的扫雪工作中解放出来的一种最好的途径，并大大提高了清雪效率和速度。因此，科学工作者一直在探索如何研制出安全、可靠和实用的清雪机械。
国外，最初的清雪机械是采用推土机或装载机，利用推土板和装载斗将积雪集中，后来发展成犁式除雪机。1943年日本就开始把V型犁安装在载重卡车上用于除雪，经过多年的发展，已具有较高的技术水平。犁式除雪机出现以后，又出现了将用合成材料制成的指向圆周不同方向排列的棒装在滚筒上作为清雪专用器械，但只对没冻的积雪效果好，直到后来出现了连续快速的大型旋转式清雪机后，清理积雪的工作才变得简单。旋转式除雪机一般具有切削、集中、推移和抛投的功能，具有结构复杂、功能多的特点。俄罗斯和日本是生产旋转式除雪机的主要国家，技术成熟。其产品性能居世界领先水平。除雪机在国外已经发展了几十年，特别是在瑞典、芬兰等北欧国家已经相当成熟。根据我国国情，国内应加强雪的力学性质研究，建立道路气象系统，除雪机械应向小型化、高速度的方向发展，向多功能、机电液一体化的方向发展，同时注意提高安全性和舒适性。
简言之，与其它类型的除雪机械相比，抛雪式除雪机一般具有对积雪的切削、集中、推移和抛投功能，其应用较广，是一种现代化、高效率的除雪机械。国内有关这方面的研究很少，据了解目前国内没有厂家在生产小型抛投式清雪机。所以对这种小型的清雪机的研究、设计和开发必然有很大的现实意义。
1.3 小型手扶式清雪车简介
本设计针对，大型设备清理占路面积大、影响交通，窄小街道、小区、机关大院、公园等小道大面积场所清雪费工费力的情况，经过实地调查咨询及严格思考，进行小型手扶清雪设备结构设计。
该设计结合吉林大学、大连铁道学院多功能除雪车科研项目、德国凯驰（Karcher）的扬雪机图片信息、及哈尔滨花园邨宾馆的实机参照，对离心扬雪式清雪车的设计理论进行分析，得出相应结论，在此基础上对离心扬雪式清雪车进行总体结构设计、动力学分析、传动系统设计及应用ProE 实体绘图。
1.4小型手扶式清雪车的结构及原理
清雪车由车体和安装在它上面的汽油机(原动机)、变速箱、传动装置、集雪器以及安装在集雪器上方的抛雪设备组成。小车以匀速前进时，集雪器不断收集地前方的积雪，整个集雪器由推雪板、挡板以及反向安装的双向螺旋轴组成，螺旋轴高速旋转，被切碎的积雪通过双向螺旋的横向位移快速集中在集雪器中部的抛雪转子室的入口，之后随着车体的前进进入转子室中，在转子的叶片带动下，不断沿抛雪筒抛出。所以要合理的设计计算集雪器、抛雪器等的参数。螺旋转子式(抛投式除雪机中最常见的一种)除雪机是利用前部安装的螺旋式铣削集雪器进行切削，然后将切削下的雪屑靠两端反向安装的集雪螺旋输送并集中于推雪板中部的转子抛雪器的入口处，由于除雪机向前运动使积雪不断增加，在压差的作用下，雪屑被连续送入高速旋转的抛雪转子室内(有些螺旋转子式除雪机没有转子结构，只有抛雪筒)，在转子叶片的带动下，被不断沿抛雪筒抛出。
1.5本章小结
本章主要针对小型手扶式清雪车的国内外发展情况，自身的结构及工作原理等情况进行系统的分析与概括,通过我国实际情况来说明此次毕业设计的可行性。

第2章 总体方案设计
2.1 设计车体
车体是把汽油机、集雪器等零部件固定在一起，并且应该具有行走的功能。主体应该采用10mm的低碳钢板焊制而成，一并焊出扶手，车轮等附件。车体前面放置集雪器，中间放置汽油机座，设计各个部件是要考虑到简单、美观、实用、操纵灵活等，车体的宽度该应小于集雪器的宽度。并且，从实际的应用考虑，应该避免或减少损坏路面、重量要轻、还有过载保护等。
2.2 动力系统设计
本车原动机选用汽油发动机，因其油损少，连续作业时间长，噪音低，更适合机关大院、居民区及人口流动较大的地方使用。考虑到本机器的整体性能及使用寿命等参数，选用国产江动系列汽油发动机，经性能比较，初步选用型号JF168的发动机。其尺寸、性能参数见表2-1。
表2-1 江动牌系列微型发动机JF168型
型式
单缸 四冲程
最大输出功率转速（kw/rmn）
5.5/3600
外形尺寸（mm）
387×330×360
启动方式
反冲式手拉起动/电起动
润滑方式
无铅汽油
点火方式
晶体管点火
耗油量（ml）
270
缸径/行径（mm）
68×45/2.68×1.77
净重（kg）
15
主要特点
该机输出方式灵活，配套用途广泛。
2.3 传动系统设计
2.3.1 传动方案的设计
传动方案一
发动机——链传动——中间轴——链传动——集雪器
考虑到车身突然遇到障碍物影响传动系统，甚至使集雪螺旋因受过大阻力，仍要继续旋转被破坏，所以传动系统中考虑有带传动做过载保护。
传动方案二
发动机——带传动——中间轴——链传动——集雪器
本方案中尽管有过载保护，但是车整体单向受力并且积雪效率不如变速高，当雪较大时，车行驶速度应该低些；挡雪量较小时，车可以行驶快些，当清雪不彻底时，就要发回重新清扫一遍，所以考虑第三方案，加变速箱。
传动方案三
车的传动路线如下所示：
发动机—— 带传动——中间轴——锥齿轮——锥齿轮——集雪器
链传动——变速箱——链传动——车轮

图2-1 传动路线图
与前两种机型相比，车体体积适中，结构也比较简单。车体上部安装汽油机:车体前面连接集雪器:后面有推手;内部有加强肋板。总机长约1820mm，宽约820mm，高约1150mm，重约102kg，轮子直径选为300mm，可见机型3具有机型2优越的除雪性能，还具备机型1轻便的优点，的确优于其它机型。
2.3.2 传动系统的设计
传动系统选用第三方案，由于发动机转速2500r/min,车由人推动，基于人行走速度限制，车轮转速要求在50转/min左右,而通常带传动传动比要求不得大于7，通常选择3到4越小越好，齿轮传动传动比范围同带传动，这样总体就要降速，传动比达到50左右。
总体传动方案：
集雪器
锥齿轮
锥齿轮
带传动
发动机

变速箱
链传动
车轮
链传动

(1)带传动的参数设计见表2-2、表2-3
表2-2 带传动尺寸参数
带型
普通A型带
弹性滑动率
=0.02
直径
80mm
大带轮基准直径

轴间距
A=476.5mm
基准长度
1318mm
带速V
V=8.37m/s
小带轮包角a
169.46
额定功率p1
1.01kw
额定功率增量
△p1
0.24kw
带根数z
5
单根带的预紧力F0
99.66N

表2-3 带传动的参数
带型
普通V带
设计功率
5.5KW
传动比i
2
小带轮基准直径
80
带基准长度
1180mm
大带轮基准直径
156.8
带速
V=8.37m/s
单根带轮传递功率
P=1.01kw
小带轮包角
a=169.46
额定功率增量
△p=0.24
带的根数
Z=6
带轮基准宽度
B=11.0
单根V带预紧力
F0=107.85N

(2) 链传动的参数设计见表2-4
表2-4 链传动参数
链型
08B
截距
12.7
传动比
4
链节数
256
小链轮齿数
25
大链轮齿数
100
小链轮分度圆直径
101.33
大轮分度圆直径
404.32
小链轮齿顶圆直径
108.37
齿顶圆直径
412.26

(3)链传动2的设计参数
设计过程与链1相同，传动比i=4，截距P=9.525,型号06B，大链轮分度圆直径d2=254.74mm,齿顶圆直径da2=260mm,齿根圆直径df2=248.39;小链轮分度圆直径d1=63.92mm,齿顶圆直径da1=68,齿根圆直径df1=57.57mm。
考虑到以上技术要求，本设计应该采用链号为O6B的单排滚子链传动和普通v带A型带传动。
(4)锥齿轮的设计
由于系统总体有传动比要求，此处锥齿轮传动分别取1:1、1:2,经计算总结得锥齿轮参数如下表2-5：

表2-５　锥齿轮参数
参数 名称
齿轮1
齿轮2
齿轮3
轮4
齿数Z
20
20
20
40
模数m
3
3
注：啮合时两齿轮轴线垂直放置
2.4 本章小结
本章主要研究制定了小型手扶式清雪机的总体设计方案, 在此基础上对清雪机的车体、动力系统和传动系统进行设计并得出结论。

第3章 各系统设计
3.1 原动机的选用
考虑到本机对动力源的要求，这里采用江动牌系列微型发动机中的JF168型，其尺寸、性能参数见表2-1。
3.2 变速箱的设计
类型:二级变速一级换向
结构设计:①齿轮、轴及轴承组和设计:小齿轮、大齿轮和低速轴分开制造，利用平键作周向固定。轴上零件利用轴肩、轴套和轴承作轴向固定。两轴均采用深沟球轴承，承受轴向载荷的作用。轴承利用齿轮浸入油池溅起的稀油润滑。结构见图变速箱装配图。
输入轴设为花键轴，其上有一二联滑块，当拨快作用在其上时，其与输出轴上齿轮分别啮合，从而实现换挡换向功能。输出轴端一端通过链传动与发动机相连，另一端通过另一链传动与车轮相连，其上有三个直齿轮，两端齿轮靠轴肩和套筒定位，另一个齿轮轴肩和弹性挡圈定位。箱体壁上装一齿轮轴——陏轮，当其于二联滑块啮合并且同时与输出轴的输出端啮合时，实现换向功能。具体位置见图3-1。

图3-1 变速箱下箱体结构
3.3 集雪器的设计
集雪器结构设计
集雪器，配置在机器的前方，旋转方向相反且两侧对称，作用是对积雪进行切削的元件并且将路面积雪收集到搅龙的收集设备，把积雪从集雪器中部传入转子。集雪器大致由三部分组成:集雪螺旋（双向）、轴承、挡板和推雪板等。集雪螺旋由一根两段反向螺旋安装的轴，安装在挡板中并形成半封闭式，由柴油机经传动设备带动其高速旋转。其轴的外形结构如下图3-2，3-3。

图3-2 带叶轮的螺旋轴

图3-3 不带叶轮的螺旋轴
集雪器工作原理，路面积雪在螺旋叶片推力作用下受到挤压，当集雪器的螺旋高速旋转时，就会在雪层上切割出一条雪带，雪沿轴向移动到转子的前方。螺旋集雪器的带式刀片一般为双向对称式，在螺旋中部留有一定空间，以减小雪流入转子时的阻力。在无转子结构的机型中，集雪螺旋集切雪、集雪、抛雪三大功能于一体，因此多采用图3-3结构;在有转子结构的机型中，集雪螺旋只完成切雪、集雪功能，由抛雪转子完成抛雪功能，故多采用图3-2结构。

其中L为螺旋沿轴向长度，60V/n考虑清雪机自行速度时雪进入集雪器每秒转过的弧长，V清雪机自行速度（m/s）,n螺旋轴转数。经螺旋轴推移并挤压的雪，将对螺旋叶片产生阻力。实际计算时，可设雪对单位面积上的压力与雪的变形阻力f相平衡。并假设雪为连续流体媒介，各方向变化速度相同且均匀。则除雪生产率Q= l·h·V。那么集雪器所耗功率为

公式中D为螺旋直径，其它符号如前所述。
注:雪的变形阻力f(即雪的抗压强度)可由实验求出，它和积雪的密度和抗压强度有关。
为增加集雪能力，同时也为了加工更加方便，集雪螺旋轴采用一条薄钢板焊在轴上。除雪宽度要求不小于500毫米，这里可取600毫米左右;螺旋最大直径通常约为它的一半左右;在整个除雪宽度上应至少存在一个螺距;由螺旋直径和螺距可确定螺旋角的值(确定后可观察螺旋角的值是否合理，如不合理可适当的调整螺旋直径和螺距的值，直到合理为止)。除此之外，集雪螺旋的转速Nj必须满足生产率的要求，换言之巧必须满足nj>4x60lhV带入数据计算后， nj要求大于152.6r/n。总之，集雪螺旋转数越大，集雪能力越强，但转速也不宜过大，所以综合结构、功率、集雪能力等方面的要求适当选取nj的值。根据结构选取螺旋，螺距为500毫米，轴径为30毫米，钢板宽50毫米，厚5毫米，以及其它参数的值。
如图3-4所示，集雪器的挡板底部安有支撑板，以防集雪螺旋划伤地面及保护集雪螺旋免受车体重的压力。

图3-4 带支撑板的集雪机构
3.4 抛雪器的设计
1.无转子机构抛雪器的设计
小型机型通常没有转子机构，抛雪器只起对雪的导向作用，此时抛雪器简称为抛雪筒。如图3-3所示，为减小雪在其中运动时的阻力，抛雪筒的直筒部分与集雪器的上挡板制成一个零件，连接处以圆角光滑过渡，且材料选用高光洁度、高韧性的玻璃钢。抛雪筒处于集雪器中部，方向应与挡板的半封闭圆筒相切，这个方向雪可以得到充分的初速度后从此抛出。抛雪筒轴线应处于集雪螺旋轴螺旋面中部，这样雪在离开集雪器进入抛雪筒时可少受阻力。为提高抛雪距离，抛雪筒出口处有椭圆状的光滑开口以保证雪在离开抛雪筒转弯时少受阻力。根据力学原理，相同的初速度只有在45度斜上抛时抛的距离最远，故扬雪角取45度最合理。速度只有在45度斜上抛时抛的距离最远，故扬雪角取45度最合理。
2.有转子机构抛雪器的设计
与无转子机构的抛雪器相比，这种抛雪器在结构上多了抛雪转子，相应的集雪器推雪板上在与抛雪器相对处增加了转子室。因此，这种抛雪器较为复杂，但它的抛雪功能更优越。
工作原理:如图3-6所示工作时，雪随着机体的前进和集雪器的自身旋转被粉碎并从左右向中间集中，然后由于高速旋转着的转子产生内外气流速度压力差以及车体的继续前进双重作用而进入转子壳体的风扇室内，并迅速充满转子室。抛雪转子旋转产生离心力使雪沿转子径向叶片端部移动，并被推压到转子室内的圆弧表面，随转子叶片作旋转运动到达抛雪口时便被抛出。

图3-5 挡雪板-抛雪器

图3-6 带转子叶片的集雪-抛雪器

图3-7 抛雪转子计算简图
抛雪转子的计算见图3-7，主要参数有叶片卸载角、叶片外径R、和工作长度、转子抛雪生产能力(生产率)和最大抛雪距离。转子壳体内表面上的雪抛出速度，等于叶片顶部的圆周速度。其它雪块沿径向移动，从转子抛出的绝对速度等于其出口时的径向速度和叶片顶部的圆周速度的矢量和。
转子卸载角然(弧度)，指从叶片顶端开始抛雪到两叶片间存雪完全抛完(即雪块从A点运动到A’点)时间内，叶片转过的角度。按雪块为无粘合力的散状小颗粒的最有利输送条件，来确定

3.5 抛雪器性能参数的分析计算
1.无转子机构抛雪器的参数分析计算
(l)雪由集雪器进入抛雪筒时的速度
雪的圆周速度可近似地认为是雪进入抛雪筒时的速度。
，
可见V与α，n, S有关
(2)雪离开抛雪筒时的速度
雪块以速度心脱离集雪螺旋经过抛雪器出口时的速度为u。，则

公式中， H。为抛雪筒出口到集雪器中心轴的垂直距离，ψ为雪经过抛时因与筒壁摩擦和冲击而产生的能量损失系数。
(3)抛雪距离的计算
抛雪距离是清雪机的主要性能指标，u。值的大小很大程度上决定了清雪机抛雪距离。当抛雪速度一定时，抛雪距离与雪的压实程度、雪的自然加密度、清雪生产率、转子抛出的雪流密度、转子外径及雪的物理机械性能等因素有关。
雪属于轻飘物，在计算时，最大抛雪距离是指排除风力的影响。经转子抛出的雪由于受到机械对其的加密作用，呈团状或颗粒状。在空气流体中运动，因速度不是很快，运动阻力可以认为主要是流体粘滞性引起且阻力的量值和速度的一次方呈正比，设阻力F=m.g.c.u，c为阻力系数。以抛雪筒出口为原点，采用直角坐标。在X、Y、Z坐标中，按牛顿定律：

以抛雪筒出口时计，当t=0，x。=y。=O，=u。cosβ，=u。sinβ其中β为抛雪筒扬雪角，则公式的解为

公式中e为自然对数底。系数c的取值由实验确定。但一般在无大量实验数据情况下，将清雪机处理后的雪团和颗粒认为是类球体，而按斯托克斯阻力定律来计算，即球体在粘滞流体以一定速度运动时，所受到的阻力f是：
f=6πξau
式中a为雪块半径; ξ为空气粘滞系数。ξ的数值系空气的内在属性。在零度以下时，可取值为0.00016泊。
设F=f，即mgu=6πξau，解之有: c=4.5，显然cg值较小。因而可将公式(2.13)展成级数，有下列近似关系：

令公式中的y= 0，并将式中第三项略去，解得到达地面时间是：

t带入x的表达式，求出最大抛雪距离为：

空气对雪块运动有较大阻力，使实际抛雪距离大大小于理论值。实践证明，转子的圆周速度越高，这一差异越大。顺风抛雪可以提高抛雪距离，当风速不大时，也可逆风抛雪。由文献可知:考虑到风速对抛雪距离的影响，可采用经验公式X=Xmax (1土0.1Vf)单位m计算有风时的抛雪距离X。式中:Xmax无风时的抛雪距离单位m，称风速单位。
2.有转子机构抛雪器的参数分析计算
(l)抛雪转子所需功率
公式中各符号的意义是
V0——雪块进入转子叶片时的速度
Vor、Vot——分别为V0的沿叶片径向和圆周切向的分速度:
V1——雪块离开转子叶片时的速度;
V0、V1——分别为K的沿叶片径向和圆周切向的分速度;
R0、R1——分别为速度V0、V1，为K处到转子中心的距离;
φ0、φ1——速度V0、V1与圆周分速度之间的夹角;
ωƒ——转子轴旋转的角速度;
设m为每秒通过抛雪转子雪的质量，则m=r.Qƒ，Qƒ=Q为每秒通过抛雪转子的流量，那么单位时间内雪的动量矩变化为:

这动量矩的变化应等于施加与转子轴上的驱动力矩。因此抛雪转子需用的功率:

由于集雪螺旋所带起雪的速度方向近于是转子叶片的径向，ψ0=π╱2
因此转子需功率为:

考虑雪进入转子时，雪对叶片的冲击和摩擦等使功率有损失，设ηf为抛转子功率，则实际抛雪转子消耗的功率为:

(2)速度及距离的计算
雪块离开抛雪转子叶片时的速度(即速度K)就是雪进入抛雪筒时的速度。在抛雪速度和距离的设计计算中，这是唯一不同于无转子机构抛雪器的地方。
值得注意的是，由于雪受气温影响很大，在严冬季节雪呈松散颗粒状，初冬和初春气温在零度左右降雪，气温在零度以上时雪的粒度很大，扫雪最困难，易堵塞转子体，扫雪效率显著降低。
3.6 机器性能参数计算
1.损耗功率的计算
(1)集雪器损耗的功率
由公式

知：带入数据:Nj =1.753kw
(2)抛雪器损耗的功率
由公式知:
带入数据:Nf=1.54kw 由公式，

带入数据

2．性能分析
机器的除雪生产率是2.24x10m/s。由Q=hlv即生产率等于雪层厚度。
3.7 本章小结
（1）本章主要研究制定了小型手扶式清雪车的各系统设计方案。
（2）在此基础上对清雪车的几个主要部件(如集雪器、抛雪器等)的结构和关键性能参数进行分析，确定主体设计方向。
（3）经过实地考察和设计计算，最终确定车体尺寸1820mm X 820mm X 1155mm。

第4章 三维造型设计和二维工程图的绘制
4.1 Pro E简介

Pro-e是Pro/Engineer的简称，更常用的简称是ProE或Pro/E，Pro/E是美国参数技术公司 （Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。pro-e作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的模具和产品设计三维CAD/CAM软件之一。

4.2 Pro E的优点

1. 参数化设计
相对于产品而言，可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。
2.基于特征建模
Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如 系列化快餐托盘设计[1]腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活，特别是在设计系列化产品上更是有得天独到的优势。
3.单一数据库
Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 大型捕鲸船装配设计
4. 直观装配管理
Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“贴合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。
5. 易于使用
菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。
4.3 Pro E零件的三维实体造型
本清雪车的设计主要由下述零部件组成:车体、汽油机、轮子、集雪器、抛雪器、变速箱等等。其中机器的车体底盘、锥齿轮、集雪器等部件的三维造型比较复杂。下面分别对这些部件进行三维造型。
(1). 锥齿轮的三维造型过程:创建基准平面一绘制简单旋转图形、通过旋转生成立体锥齿轮一用渐开线方程自动生成锥齿轮齿形曲线、用该曲线，建立锥齿轮一个齿的齿廓、通过阵列生成全部锥齿轮齿廓一打孔生成锥齿轮轴孔一建立草图键槽、拉伸切割生成锥齿轮键槽孔一对其倒角一生成。

图4-1 直齿锥齿轮
（2）.清雪螺旋右旋的绘制
草绘1画圆——拉伸成中轴——草绘轴上圆孔——拉伸圆孔——草绘螺旋——拉伸成单叶螺旋——阵列成三叶螺旋——绘制连接杆阵列成三杆——添加中轴面DTM2——阵列连接杆——上色
模型见下图：（3）清雪螺旋左旋的绘制过程同上，模型见下图：
图4-2 螺旋右旋 图4-3 螺旋左旋

（4）叶轮的绘制
草绘轴圆面——拉伸成中空轴——草绘叶片——拉伸实体——阵列成四叶——草绘键槽——拉伸键槽实体——上色
模型见下图：

图4-4 叶轮
（5）挡雪板绘制
草绘槽型面——拉伸实体——壳特征——草绘壳上轴孔——拉伸成孔——添加面DTM1——草绘叶轮外壁并拉伸——添加面DTM2——草绘雪筒并拉伸——上色
模型见下图：

图4-5 挡雪板
（6） 清雪螺旋的轴的绘制
草绘轴最大阶梯并拉伸——草绘螺旋轴段并拉伸——草绘轴承轴段并拉伸——草绘销孔拉伸——添加面DTM1——镜像螺旋轴段——镜像销孔——上色
模型见下图：

图4-6 螺旋的轴
（7）车体底盘的绘制
草绘外框并拉伸——壳体命令——草绘底盘边缘并拉伸——草绘输入、输出轴轴承座并拉伸——轴承座打孔——阵列孔——草绘挡杆座并拉伸——草绘锥齿轮轴轴承座——拉伸——打螺纹孔——阵列螺纹孔——草绘变速箱座突台——拉伸——草绘链轮口并拉伸——倒圆角——上色
模型见下图：

图4-7 车体底盘
4.4 pro E导件的装配组合
进行产品设计时，若所有零件的三维模型都已建立完成，则可以进一步通过指定零件之间的配合关系(ConstraintType)来进行零件的组合，在装配完成后同样可以将各部分零件再拆分下来，来观察本产品的各个零件的单一情况。零件的配合关系种类大致有以下几种:
1.孔与轴相配合。
2.面面相对，两平间间隔一定距离。
3.在曲面上某一点相接。
4.面面对齐并有一定距离。
5.面面相重合，且两平面呈反向。
6.面面相平行，并两面正法线为同向。
7.在坐标系中配合。
8.曲面相切方式配合。
装配完成后，若想将所有装配件分解，选择view/ExPlode即可。如要恢复原始的、未分解开的组合件，则选view/UnexPlode命令。如果要更改零件分开的距离，选择Modify ModE exld命令即可。

图4-8 车体变速箱装配体
图4-9 变速箱内部结构

4.5二维工程图的绘制

图4-10 变速箱工程
用Pro-E软件绘制的工程图与零件之间是相互关联的，如果对其任一个的图纸有所更改，另外的也随之自动更改。当然用Pro -E绘制的工程图大致的可以分为以下几种类型：辅助、投影、三维造型参考、旋转剖和细节放大视图。剖视图大致又分为全剖、半剖、局部剖和旋转剖等。当三维造型的零件或装配件绘制完成后，就可以利用它们来生成工程，图4.5.1就是用此原理生成的二维图。
4.6本章小结
针对第一方案型样机的不足，本文相继介绍了带有抛雪转子型清雪车和带式集雪螺旋装置的方案三两种清雪车，确定了传动方案和结构形式。特别是方案3机，由于设计时充分考虑了各种因素，并对关键部件如集雪器和抛雪器等进行了优化设计，简要地介绍了当今最流行的3DCAD/CAM系统ProE及其特点。通过举例的方法简单讲解了用该软件建摸、组装及绘制工程图的方法步骤。

第5章　校 核
5.1齿轮校核
主轴上的齿轮校核。齿轮的输入功率是2.88KW，齿轮的转速=1200r/min，齿轮材料为40Cr，调质处理，硬度241HB～286HB,平均取为260HB。
Z1=78，Z2= 78,b=20，m=2.5=195mm
接触疲劳极限：由《机械零件设计手册》[4]第12章得知
бHlim1=1200MPa
бHlim2=1150MPa
初步计算的许用接触应力[бH]
[бH1]≈0.9бHlim1=0.9×1200=1080MPa
[бH]≈0.9бHlim2=0.9×1150=1035MPa
精度等级选取6级精度
使用系数KA：由《机械零件设计手册》[4]表12.9得KA=1.5
动转系数KV：由《机械零件设计手册》[4]图12.9得KV=1.2
齿间载荷分配系数KHα
=9550000×p/=95.5××2.88/1200=0.23×N·mm

由此得：
齿向载荷分布系数KHβ

=1.17+0.16×0.12+0.61×10-3×20
=1.17
A=1.17，B=0.16，C=0.61
载荷系数K：

=1.5×1.2×1.36×1.17
=2.86
弹性系数ZE：
节点区域系数ZH：由《机械零件设计手册》[4]图12.16 ZH=2.2
接触最小安全系数SHlim：由《机械零件设计手册》[4]表12.14 SHlim=1.05
总工作时间：th=5×300×8×0.5=6000h
预期使用寿命为10年，每年300天，单班制，工作时间占50%。
应力循环系数Nl由《机械零件设计手册》[4]表12.15
估计107＜Nl≤107 则指数m=8.78
Nl1==Nv1=
原估计应力循环次数正确。
接触寿命系数ZN由《机械零件设计手册》[4]图12.18 ZN1=ZN2=1.18

许用接触应力[бH]：
验算：

=223.42MPa＜[бH]=798MPa
∴被校核齿轮安全。
重合度系数：Yε：

=0.66
齿间载荷分配系数KFα： 由《机械零件设计手册》[4]表12.10知

齿间载荷分布系数KFβ：
查《机械零件设计手册》[4]图12.14得 KFβ=1.4
载荷系数K：

=1.5×1.2×1.51×1.4
=3.80
齿形系数YFα： 查《机械零件设计手册》[4]12.21 YFα=2.8
应力修正系数Ysa： 查《机械零件设计手册》[4]12.22 Ysa1=1.56
Ysa2=1.72
弯曲疲劳极限： 由《机械零件设计手册》[4]图12.23c бFlim=600MPa
弯曲最小安全系数SFlim 由《机械零件设计手册》[4]表12.14 SFlim=1.25
应力循环次数Nl 由《机械零件设计手册》[4]表12.15估计，3×106≤Nl≤1010
则指数m=49.91

=6.91×107
原估计应力循环正确
轴承寿命系数YN： 由《机械零件设计手册》[4]图12.24 YN1=0.95，YN2=0.97
尺寸系数YX： 由《机械零件设计手册》[4]图12.25 YX=1.0
许用弯曲应力[бF]：

验算：

=
传动无严重过载，故不作静强度校核。
5.2 键的校核
车轮轴上带动车轮的普通平键。轴径40mm，传动转矩为1.879×10N·mm，整个车轮的宽度B>50mm，载荷稳定。
1)选择键的类型：选A型普通平键
2)确定键的尺寸：查的可选键的尺寸为12x8x80
3)挤压强度：取k=h/2·l=L-b,则工件表面的挤压应力为

所以此处用键连接不满足强度要求，需用花键连结。
5.3轴承校核
选用轴承代号如轴承参数下表5—1：
选纵向丝杠左侧深沟球轴承6305进行校核
轴径d=25mm，轴承预期使用寿命=5000h，可靠度为50%。脂润滑。
校核步骤：
查[机械零件设计手册]第18章表18.7得e=0.081
=0.18>e

表5-1 轴承参数
轴承代号
基本尺寸mm
基本额定负载KN
极限转速r/min

d
D
B
C
Cr
脂润滑
油润滑
61905
25
42
9
5.65
3.68
14000
18000
16005
25
47
8
6.48
4.18
13000
17000
6005
25
47
12
7.75
4.95
13000
17000
6205
25
52
15
10.8
4.95
12000
16000
6305
25
62
17
17.2
11.2
10000
14000
6405
25
80
21
29.5
21.2
8500
11000
X，Y冲击载荷 据查表13—2可得：
X=0.50，Y=2.0

基本额定动载荷17200N>2961N
则选用该轴承可以满足寿命要求。

5.4轴的校核
校核主轴
轴上的功率为P=2.88kw，转速n=1200r/min
转矩
作用在齿轮上的力Ft，Fr
齿轮分度圆直径d=195mm

在水平面H上：
故有

弯矩M：

在垂直面V上：

故有：
则有：N

总弯矩：

作出轴的弯矩图扭矩图如下图5—1

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面（即危险截面C）的强度，根据式（15-5）及上表中的数值，并取，轴的计算应力：
前已选定轴的材料为45钢，调质处理，已知，因此，故安全。

图5—1 弯矩图扭矩图

第6章 红外感应报警器系统

6.1 安装红外感应报警器系统的意义

本系统是一种可向司机预先发出视听报警信号的探测装置。它是安装在行走部件上，能