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论文写作分析-小型扫雪除冰车设计

2021-06-25 13:59:54

论文案例大全-小型扫雪除冰车设计

  在冬季,我国北方地区的经常出现规模大、时间长的降雪天气。如果不能在第一时间将降雪清除,经过行人、车辆的反复碾压就会形成压实的雪,随着气温降低进而结成冰,对人们的生产生活造成诸多不便。严重时甚至还会造成交通事故,严重威胁人们的生命财产安全。目前市面上的扫雪除冰机械存在外形大、操作复杂、价格高、功能单一等缺点,这些设备适用于高速公路和飞机跑道却不适用于小型的公路以及乡村街道。为了方便人们的正常出行,尽可能的减少冰雪天气对人们生活带来的负面影响,本文查阅了相关资料文献,通过分析现有扫雪除冰车的市场前景及发展状况,设计出了一款具有扫雪除冰功能的小型扫雪除冰车。

  该车主要由三个部分组成,在车头部分设计一个推雪铲来清理新鲜积雪或初步压实的板结雪,在车身中部设计一个可以升降的破冰筒来清理坚硬的压实冰雪和路面冻冰,在车尾部分设计一对滚刷来清理处理过后的路面。本文利用机械原理、机械设计基础等相关手册对扫雪除冰车的关键零部件及传动机构进行了设计计算,使用UG软件完成了小型扫雪除冰车的推雪铲、滚筒破冰机构、滚刷扫雪机构的实体建模。建模结果表明,本文所设计的小型扫雪除冰车结构合理,能够较好完成扫雪除冰任务。

  从地理位置来看东北大部分地区、西北少部分地区,这些地区有超过33天的年平均降雪日。从时间来看11月~次年4月的降雪较为集中[臧海佳;近52年我国各强度降雪的时空分布特征[J];安徽农业科学;2009年13期.]。当温度低于0℃,路面上的积雪很容易形成道路结冰现象。在我国北方地区,由于冬季的气温总低于冰点,道路结冰现象往往与降雪一起出现。我国南部冬季的降水主要以雨夹雪的形式出现,如果不能及时清理等到夜间气温下降,就会凝固成冰,只要温度不上升到冰点以上使冰面融化,就将一直不变。即使温度升高,冰面的缓慢快速融化也有可能会给人带来不利。当人们驾驶汽车在结冰的路面上高速行驶时,由于坚硬的车轮与光滑的冰面之间摩擦力小容易使车轮打滑,遇到紧急或者突发的情况容易刹不住车,发生交通事故。同时行人也容易在路上滑倒甚至摔伤。道路结冰使人们出行非常不方便,对人们造成安全隐患。根据有关部门的资料显示,冬季因为道路结冰而造成的交通事故占到了将近30%[董斌,唐伯明,刘唐志.冰雪路面事故成因分析及对策探讨[J].交通工程与安全,2010.7:137-140.]。因此研究一种能够及时有效地去除道路冰雪的机械对于保证道路的畅通是非常有必要的。

  1.2国内外研究现状

  1.2.1道路冰雪清除方法简述

  目前主要有人工清除、机械清除、化学清除、热力清除、自应力破冰技术等几种除冰技术[田晋跃.国外道路除雪机械技术发展概况[[J].专用汽车2001,(4):43-44.]。

  狭窄的街道和乡村小路不能展开大规模的机械化除冰作业,这时候就需要人工清除。人工的优势在于需要的操作空间小,能够实现灵活的调动。缺点是人力成本高,与一直工作的机器相比除冰雪的效率非常低,不仅会影响到正常的交通运行,还会给在道路上除雪的工作人员带来一点的风险,不适用于大范围的清除。如图1-1所示为人工除雪现场。

  犁式、抛雪式、滚刷式、振动碾压式是几种常用的机械清除方法。犁式除雪方法主要用于初步压实的板结雪,用类似于推土机推土板的铲雪板来进行作业,铲雪板一般安装于工程车辆的车头。为了减小阻力达到更好的除雪效果,通常将铲雪板设计成弧形。抛雪式除雪方法主要用于清除蓬松的积雪,抛雪式除雪机前方宽大的凹槽用来收集雪,内部高速转动的风扇负责把积雪从烟囱状的通道排出。滚刷式除雪与商场的洗地机原理类似,将路中间的积雪排至道路两边,尼龙丝或钢丝是常用的滚刷刷毛材料。滚刷式除雪不仅较高的工作效率,并且由于刷毛弹性好能够最大程度的保护路面。振动碾压式除雪方法是使用高强度的耐磨材料对冰面进行碾压,大量的凸起错落的分布在圆柱形破冰筒上。在车辆向前行驶的过程中破冰筒受到与车身连接的杆带来的竖直向下的力,滚筒旋转时凸起不断与冰面发生碰撞。面对一般方法难以清除的结实冰面,振动碾压是最好的方法。但它会因为凸起的长度大于冰面厚度而对冰面下的道路产生破坏。

  化学除雪法如图1-2所示是将化学融雪剂撒到路面上通过降低冰雪融化所需要的温度条件。在我国的高速公路和宽阔道路上得到了大规模的使用。普通的融雪剂成本低,融雪效果明显便。但会对路面、桥梁、汽车轮胎造成破坏。虽然近几年研究出比较环保的化学融雪剂,但还会对环境造成一定的污染。

  热力除雪法是利用液态或气态的化石燃料燃烧产生的高温使得固态的冰瞬间升华为水蒸气,达到快速除冰的效果。这种方法成本高昂,不适用于在我国大范围的使用,只有少数发达国家和石油资源丰富的国家采用这种方法清除。

  自应力破冰技术由于工作量大,成本高的原因在我国的应用较少。事先在路面铺一层钢丝网或其他弹性材料,当雪积累到一定厚度后抬起钢丝网将冰雪从路面上剥离下来,在钢丝网上形成的冰面收到外力后很容易破碎。

  1.2.2国外路面除冰设备研究现状

  北欧国家在扫雪除冰设备的研发上投入了大量的研究成本。前苏联在上个世纪60年代就把拖拉机进行改造,把退役飞机上的航空发动机安装在拖拉机上,通过发动机产生的热量来使冰面迅速融化。近年来为了增强产品竞争力适应各种复杂条件下的除冰雪的要求,各国制造商都采用在研究新技术、使用新材料。德国SCHMIDT公司是业界公认的最出色的除雪车品牌,其根据不同的路面和天气情况推出了不同的除冰雪装置。有分段式、整体式、折叠式等不同种类的清除工具,这些设备能够高效地清除路面的冰雪,适用于各种不同的场合当中。[张启军.国外除雪设备发展情况概述[J].建设机械技术与管理,2008,21(3):63-66.]。

  如图1.6所示的折叠式推雪车,在车辆前端分别安装了两块大小不一的推雪板。在一般的有积雪的路面上使用大面积的主推雪板单独工作,如果驾驶司机发现工作量大,单个推雪板难以清除时可以马上按下按钮将副推雪板与主推雪板合成一体。这样不仅增大了作业面积提高了工作效率,还能够将积雪推到离道路更远的地方,更好的保证了道路的通畅。在除雪车的尾部配置了用来扫雪的滚刷,使得路面经过滚刷的二次处理后能够变得更加干净。对于处理新鲜的积雪,抛雪式除雪机是一种非常得力的机器,目前国外研究的抛雪机拥有功率大,抛雪距离远,可靠性好,结实耐用的特点,通过与载雪卡车的配套使用可以达到一次性清除不留残雪的良好效果。有些发达国家科技水平较高,经过更新换代新型融雪剂已经具有了清洁环保,价格低廉的特点,得到的大规模的使用。同时与融雪剂配套使用的撒布机也得到了大力的发展变得更加智能化,融雪剂的使用率和除雪效果得到了大力的提升。

  1.2.3国内路面除冰设备研究现状

  我国于上世纪80年代才开始制造相关的机械,研究单位主要集中于降雪时间长的东三省。近几年通过科研人员的不断努力,成功研制出了与进口产品相媲美的转子式除雪车来适应我国目前扫雪除冰所需要的工作环境[许红飞[1],何子燚[2],朱永智[1],etal.道路除冰除雪专用车现状及发展趋势[J].专用汽车,2018(7).]。

  与发达国家相比,国内产品的种类和性能还是存在着一定的问题,不能完全满足我国道路除冰的需求,原因主要有以下几点:

  (1)机器利用率低、成本高。大型设备在那些降雪时间长、次数多的地区能得到很好的使用,但在降雪次数少的地区也有对扫雪除冰的需求,功能单一的除冰雪设备会对当地公路养护部门的财政造成很大的压力。容易出现不得不买,但买了又长期搁置的尴尬局面。

  (2)机器操作不灵活。除雪机械常常会受到场地的制约而无法正常工作,有的路障还会造成除雪装置的损坏。目前国内的大型除雪设备避让功能都不理想。

  (3)对路面会造成损坏。使用高强度的、尖锐的破冰装置会在平坦的冰面提高工作效率,但大的冲击力也会对原有的路面造成破坏。国内的设备在对路面的保护上还是有很多不足之处。

  1.2.4道路冰雪清除技术发展趋势

  通过了解国内外的扫雪除冰设备可知,未来我国道路冰雪消除技术发展趋势具有以下特点:

  (1)提高整机的利用率[张红春.大型智能化养护装备开发探索[C]//中国公路学会养护与管理分会第九届学术年会.2019.]。对现有的工程机械、农用机械、城市扫雪车的基础上进行相关的技术改造,在遇到冰雪天气时能够第一时间安装扫雪装置进行道路清洁作业。将我国的扫雪除冰设备向着通用化的的方向发展,充分发挥机械的一机多用,提高使用率,减少经济成本。

  (2)加大对破冰设备的投入研发。现在国内大多数设备只能清除未压实的积雪,而道路结冰才是影响道路交通安全的直接原因,所以需要对道路破冰装置有进一步的研究。

  (3)对新技术进行进一步的改善。相比传统的机械破冰,融雪剂除冰技术更加的方便快捷,如果研制出一种对环境影响小、价格低廉的融雪材料,那么在未来融雪剂除冰将成为主要的除冰手段。

  (4)对不同情况下的道路环境采取不同的处理方式。降雪只是小雪时,主要以滚刷装置清理积雪;降雪为中雪时,主要以铲雪板、抛雪装置来清理积雪;降雪为大雪时或遇到压实冰面时,先使用振动破冰铲或碾压辊对冰面实施冲击然后结合扫雪装置对破碎的冰块和松软的积雪进行进一步的清理。

  1.3本论文主要研究内容

  通过查阅相关资料文献,分析现有扫雪除冰车的市场前景及发展状况发现当前的设备大都功能单一、外形大、价格高,用于高速公路、机场等大场所。小型公路和乡村街道缺乏专业的扫雪除冰设备,因此研制一种操作简单、灵活轻便、价格实惠的小型扫雪除冰车来方便人们出行是非常有必要的。本论文设计的小型扫雪除冰车主要分为三个部分,车头的铲雪板,车身中部的破冰桶,车尾部分的滚刷。运用专业课所学习的相关知识对关键零部件进行计算校核;运用所学软件,画出所设计的相关零部件图、整体装配图。

  1.4本章小结

  本章对现有的各种扫雪除冰方法,尤其是机械式的扫雪除冰方法进行了详细的介绍,为接下来对小型扫雪除冰车进行合理的选型奠定了基础。在国内外研究现状的材料中列举了多种现有的扫雪除冰装置,发现了当前设备存在的一些不知之处,充分阐述了本次设计的目的和意义,为本次小型扫雪除冰车设计的方向已到了一定的指导作用。

  第二章小型扫雪除冰车的总体方案研究

  2.1整体设计方案

  小型扫雪除冰车的传动部分主要由带传动和齿轮传动两部分组成。该小型扫雪除冰车的扫雪除冰功能主要靠三个装置来实现。在车头设计一个可以手动调节角度的铲雪板来清理初步压实的板结雪,在车身中部设计一个可以升降的破冰筒来清理坚硬的压实冰雪和路面冻冰,在车的尾部设计一对滚刷来清理较薄的新鲜积雪或处理过后的路面。本小车参考洗地机的样式将扫雪除装置设计在车身底部,前进时需要人力助推。在小车工作时电机带动皮带转动使得破冰筒不断地上下运动来实现破冰功能,通过齿轮带动滚刷进行转动实现扫雪的功能。

  由于小型扫雪除冰车主要用于小型公路街道等相对狭窄的场合,所以在拥有多种功能的前提下要尽可能的使小车小型化、轻量化,能够在这些场合灵活的使用。

  铲雪板、破冰筒、滚刷这些部件在工作时要与地面产生直接的拼装或摩擦,因此要选用耐磨性好、力学性能优良的材料来减少因磨损而更换零件的次数,降低经济成本。

  整个小车要结实耐用、操作简易、避让灵活、外观要简洁大方,方便街道居民在冰雪天气能够及时扫雪除冰,保障道路交通安全。

  2.2外壳设计

  根据使用场景的要求,小型扫雪除冰车要比市面上的扫雪除冰机器小得多,整体外观类似于超市保洁使用的扫地机。为了方便转向小车底部安排有三对万向轮来使小车灵活的进行移动,轮子直径设计为140mm。小车后方设计了一对把手实现人对小车的方向掌控,考虑到人操作小车时的舒适性,两把手间的距离设计为600mm。小车高(从轮子底部算起)1500mm,宽度为1200mm,长度为1500mm。

  2.3整体传动设计

  电机转动时通过直齿锥齿轮带动主轴同时转动,主轴和破冰机构间使用皮带传动,使破冰筒上下冲击地面。主轴的中间安装有一个锥齿轮,锥齿轮带动滚刷进行旋转。

  2.4铲雪板设计

  铲雪板是最简单也是最为常用的一种扫雪除冰装置,小车的铲雪板设计为弧面,铲雪板底部较为锋利,对冰雪的清扫起到更为有利的作用。铲雪板的尺寸设计为宽1000mm,高286mm,圆弧半径150mm。铲雪板的背部设计有两根杆用于和车身连接形成一个整体。

  2.5破冰筒设计

  该小型扫雪除冰车主要通过破冰筒的上下运动对压实冰雪进行冲击,使路面冻结的冰面破碎成冰块。破冰机构采用曲柄滑块机构,小车中的破冰筒相当于滑块,带轮曲柄也是主动件,小连杆长度为200mm,大连杆的长度为1000mm,小带轮直径为240mm。

  曲柄滑块的优点有[杨义慧,余波.曲柄滑块机构的典型应用分析与运动仿真[J].中国设备工程,2018(11).]:

  1.传递动力大,寿命长。

  2.可以设计较长的杆,实现远距离的控制。

  3.可以通过连杆实现较为简单的往复运动。

  4.低副易于加工,成本低。

  曲柄滑块的缺点有:

  1.精度较差,有间隙位于低副中。

  2.对精确复杂的运动规律难以实现。

  破冰筒长1400mm,直径300mm,破冰筒的表面布置有密密麻麻的椭圆形的凸起。椭圆形凸起既能对冰面造成冲击,又能较好的保护路面和破冰装置,材质可以选用耐磨的高锰钢。考虑到小车整体的重量不宜太重,破冰筒的材质可选用实心橡胶。

  2.6滚刷的尺寸设计

  小车后置的一对滚刷主要清理破碎的冰块和路面上的其他杂物。滚刷由齿轮传动,大齿轮转动带动两个滚刷上方的小齿轮进行转动。滚刷立轴长500mm,直径260mm,立轴的底部有安装刷毛的圆盘,圆盘直径设计为450mm,大的圆盘直径能够更大面积的清理路面。滚刷刷毛可以采用尼龙刷毛[韩建男,孙江宏,杜宏辰.清扫车滚刷运动仿真分析及刷毛材质影响[J].中国科技论文,014(004):P.367-372.]。

  尼龙材料有以下优点:

  1.韧性好,能够抵抗长时间的拉力和压力。

  2.耐疲劳性能优异,工作时受力弯曲,停止工作后依然能够恢复原样。

  3.抗腐蚀性强,可以清理融雪剂处理后的路面。

  4.表面光滑,摩擦系数小,耐磨。

  缺点有:

  1.耐光性不好。温度高时容易发生氧化反应,材料颜色渐渐变深,然后发生破裂。

  2.易吸水,会对产品的尺寸产生影响,尤其对薄壁件厚度的影响最严重。

  考虑到刷毛要经常与路面发生摩擦,因此刷毛的材质可以使用尼龙材料。在日常工作时,机器所处的环境都是低温的冰雪天气,所以耐光性差并不会对刷毛影响较小。虽然冰雪融化后会产生积水,但刷毛的外形是细长丝状,即使吸水发生了尺寸变形,也不会对清扫冰雪产生太大的影响。

  2.7本章小结

  本章介绍了小型扫雪除冰车的整体设计方案,小车在工作中是如何实现各部分功能的使用。然后依次对小车的外观和主要的三个扫雪除冰装置,铲雪板、破冰筒、滚刷进行了设计和具体的介绍,确定了小车的外壳尺寸、传动方式和运动结构。通过搜集相关的资料,想象机器在日常使用时遇到的各种情况,对于不同的装置选取了不同的材料,对一些零部件进行了粗略的尺寸设计。

  第三章小型扫雪除冰车传动机构的设计计算

  3.1电动机的选型

  3.1.1小型扫雪除冰车的负载分析

  该小型扫雪除冰车的负载主要是破冰筒和滚刷的运动。破冰筒每分钟上下运动的次数等于破冰筒上带轮的转速,角速度,圆周力滚刷的转速,角速度。已知破冰筒直径,滚刷刷盘直径,圆周力。

  破冰筒上带轮的线速度

  滚刷刷盘的线速度

  破冰筒的功率

  滚刷刷盘的功率

  小车工作时需要的总的有效功率为

  3.1.2电机的型号确定

  考虑工作时间、工作条件及载荷类型等多种因素来选取合适的电动机。三相交流电动机有价格低廉、方便维修等优点,根据实际需求,本小车打算选用Y系列的三相异步电动机。异步电动机有四种转速可供选择[章翠娥.三相异步电动机的工作特性分析[J].才智,2014(21):340-340.]。转速越快,磁极对数越小,外形尺寸越小,成本越低,反之亦然。所以当工作转速高的时候选用高速电机。电动机功率的选择主要与载荷类型、工作环境有关。功率太小会导致设备长期过载,对电动机内部造成损害;功率过大会导致电常在不满载的情况下运行,造成不必要的浪费。选择时要使电动机的额定功率略大于电动机所需功率。

  根据查阅相关手册确定锥齿轮传动效率,圆柱齿轮传动,V带转动。

  传动系统效率

  电动机所需的功率

  根据Y系列三相异步电动机的技术参数选取型号为Y160L-6-B3的三相异步电动机。该电动机的额定功率,满载转速为1460r/min,电机轴颈42mm,电机总长650mm,底座宽330mm,中心高385mm。

  3.2计算总传动比和分配传动比

  小车中的破冰筒机构和滚刷机构都靠电机带动的主轴传动,因此将总传动比先划分成两个部分。破冰筒机构的总传动比,滚刷机构的总传动比5。选取锥齿轮传动比,,V形带传动,圆柱齿轮传动。

  3.3轴的动力参数计算

  将轴按照与电机的连接顺序将各轴依次编为0轴(电机轴)、Ⅰ轴(电动机直接带动的主轴)、Ⅱ轴(连接锥齿轮和圆柱直齿轮的轴)、Ⅲ轴(滚刷的立轴)。

  各轴转速的计算:

  算出各轴的输入功率:

  算出各轴的输入功率:

  3.4齿轮传动机构的设计计算

  在机械传动中经常用到齿轮传动[崔慧娟.齿轮传动系统动态特性与传动效率研究[J].内燃机与配件,2019(15):73-74.]。齿轮传动有以下几点特点:

  1)效率高与蜗杆传动、皮带传动、链传动相比较而言,齿轮传动的效率是最高的。高效率的传动能在大功率传动中减少经济成本。

  2)结构紧凑齿轮传动所需的空间较小,非常适合在本次设计的小型扫雪除冰车中使用。

  3)使用寿命长,经济性好在日常的保养下合理设计的齿轮一般不需要更换。

  4)传动比稳定,保障机器能稳定工作。

  齿轮传动有以下几种常见的失效形式[陈会云.齿轮失效形式及措施的浅析[J].企业导报,2012(8):291-291.]:

  1)轮齿折断由于折断处经常受载,一开始只是在在齿根产生微小裂纹,随着工作时继续受载使得裂纹逐渐变大最终断裂。

  2)齿面磨损在齿轮转动时有杂质落入其中,在齿轮相互啮合时对齿面造成磨损。

  3)齿面胶合速度快、受载大的齿轮在在运动过程中摩擦力大,会产生较高的温度,导致润滑效果不理想,齿面由于大力的挤压粘在一起。此时两齿继续运动,齿面分离拉扯,对粘合的部位造成破坏,称为胶合。

  由在设计齿轮时要选择使用高耐磨、塑性好的材料来应对齿轮在工作时可能产生的各种情况。

  小车的转动系统中使用了三个直齿锥齿轮和三个直齿圆柱齿轮。选用齿轮材料为45号钢,采用调质处理,小齿轮齿面硬度取240HBW,大齿轮齿面硬度为230HBW,均为软齿面。

  3.4.1直齿锥齿轮尺寸设计计算

  两轴垂直时,为了能够传递轴之间的运动和力,锥齿轮是一种很好的选择。直齿锥齿轮的主要参数如图3-1所示。一对锥齿轮的传动相当于一对锥顶共点的圆锥体做纯滚动[迟本江.锥齿轮加工工艺技术探索[J].军民两用技术与产品,2018(22).]。本次设计所用的锥齿轮全部为直齿锥齿轮。

  已知电机轴上的锥齿轮与主轴上锥齿轮的传动比。

  直齿锥齿轮最少齿数为:

  电机主轴上安装的锥齿轮的齿数为,选取锥齿轮模数m=4mm。

  分度圆直径:

  我国规定直齿齿轮大端模数为标准值,大端分度圆压力角,顶隙系数,大端齿顶高系数。

  齿顶高:

  齿根高:

  全齿高:

  齿顶圆直径:

  齿根圆直径:

  为保证锥齿轮能够正确的啮合,既要使它们的大端模数一致,又要使其压力角相等。除此之外两轮的锥顶距还要相同。

  齿顶角:

  齿根角:

  齿根锥角:

  17.3°

  53.7°

  齿顶锥角:

  34.4°

  71.2°

  锥齿轮传动的齿宽系数通常取,其中最常用的值,齿宽,选取b=24mm。

  平均分度圆直径:

  在不计齿面摩擦力的情况下可以把正交分解为三个分力:圆周力,径向力,轴向力。

  ;;

  本次设计未对重合度进行考虑,取齿间载荷分配系数K、重合度系数的值为1。

  齿轮接触疲劳极限应力为:

  齿轮弯曲疲劳极限应力为:

  相关资料显示疲劳强度计算的安全系数为,为。取和

  接触应力,弯曲应力

  校核齿面的接触强度:

  ,

  校核齿面的弯曲强度:

  ,

  3.4.2直齿圆柱齿轮尺寸设计计算

  圆柱齿轮是最为常见的一种齿轮,如图3-2所示齿轮各部分尺寸很多。齿轮模数m,压力角,齿顶高系数,顶隙系数,齿数z是五个决定齿轮形状的基本参数[左韩露.直齿圆柱齿轮参数设计的探讨[J].机械工程师,2016(5):211-212.]。其他参数都要依据这些参数计算。现确定压力角,顶隙系数,齿顶高系数,。

  取齿宽系数,载荷系数K=1.2,,齿数比,。

  考虑到要用大齿轮带动两个小齿轮转动,所以大直齿圆柱齿轮分度圆直径要尽可能的大一些,预计为500mm,两齿轮都选用同样的模数,确定模数:

  根据优选选用的模数标准系列选取m=14mm。

  查表可知,。

  齿根弯曲引力计算:

  ,,大小齿轮的强度符合设计要求。

  两齿轮中心距:

  齿距:

  齿厚:

  齿根高:

  齿顶高:

  全齿高:

  顶隙:

  3.5本章小结

  本章小型扫雪除冰车传动机构的设计计算中首先对Y系列三相异步电动机进行了简单的介绍,参考《机械设计课程设计》,利用在课程设计中设计减速器的经验对小车的电机进行合理的选型。计算出系统总转动比井对传动比进行分配。然后介绍了齿轮传动的特点及其各种失效形式,参考《机械设计基础》、《机械设计》等相关书籍分别对小车中用到的直齿圆柱齿轮和直齿锥齿轮进行了详细的计算校核,得出齿数、模数、压力角等关键数值。

  第四章小型扫雪除冰车的三维建模

  4.1三维建模软件介绍

  三维建模软件主要分为两大类,参数化建模软件和非参数化建模软件。他们的相同点是都可以进行模型设计,但在方法和思路上却存在着很大的不同[周如如.浅谈三维软件在机械制图教学中的应用[J].现代职业教育,2018(33):176-176.]。

  本次建模所使用的UG软件就是大家所熟知的参数化建模软件之一。三维建模首先要创建一个建模文件,在文件中输入相应的参数绘制二维草图,然后通过拉升、旋转、挖孔等操作使二维图变成三维模型。如果是弹簧、齿轮等复杂的零件可以使用其相对应的工具箱输入参数来进行快速的建模。通过对参数尺寸的改变实现对模型的快速调整是参数化建模的的最大优势。在各个零件的建模完成后通过创建一个装配文件使各部分装配成一个整体。在装配文件中通过添加组件,对组件进行合理的约束来完成装配。目前UG在汽车、等领域得到了大量的应用。[李兵.浅谈UG软件在零件建模数控加工中的应用[J].价值工程,2015,34(9):45-46.]

  如今,产品的迭代也就越来越快。为了适应现状,传统的设计方法很跟上市场的需求,三维建模软件的使用能够提供更快、更多的可选设计方案,来方便设计者进行更好的选择。运用设计软件能够大幅提高设计效率,加快产品产出的速度,在实际生产中起到巨大的作用[马子腾.电子智能化技术在制造业的应用及发展前景[J].电子技术与软件工程,2019(11).]。

  4.2主要零部件的三维模型

  为更加清楚地了解本次,设计利用前几章的设计计算得出的数据,通过小车进行三维建模装配。

  1、外壳

  如图4-1所示,小车外壳主要是对一个立方体进行抽壳。

  外壳能够对小车内部的扫雪除冰装置起到一定的保护作用。外壳的前端设计为圆弧形,这样不仅看起来美观大方而且由于小车前端只安置一个铲雪板,所需空间小,这样的设计节约了材料降低了成本。也考虑到小车在狭窄街道工作时如果与行人车辆发生碰撞,能够有效地减少碰撞产生的伤害。小车的底部安置有三对小轮,能够使小车在工作过程中来去自如。

  2、铲雪板

  如图4-2所示,铲雪板作为最常用的除雪工具得到了广泛的应用。

  大宽度的铲雪板能够高效地清除未被压实的新鲜积雪,是日常除雪作业中必不可少的工具。铲雪板背部的连杆用于与小车主体连接,两根连杆能够让连接更加结实可靠。

  3、齿轮

  齿轮的传动效率非常高,在许多的机械装置上都会出现它的身影。本次设计的扫雪除冰车主要使用了如图4-3,图4-4所示的直齿圆柱齿轮、直齿锥齿轮两种不同类型的齿轮。

  使用不同类型的齿轮来传递不同轴之间的运动和力。两轴平行时使用圆柱齿轮,两轴垂直时使用圆锥齿轮。

  4、破冰筒

  如图4-4所示,在圆筒上阵列了密集的半椭圆形凸起来对冻结冰面实施冲击。

  由于凸起的顶点与冰面的接触面积小、压强大,所以能够起到很好的破冰作用。

  5、破冰机构

  破冰机构主要采用了曲柄滑块机构,如图4-5所示安装一个机架对长杆进行限制,长杆及其连接的破冰筒形成一个整体相当于上下运动的滑块。带轮是主动件,由皮带来提供动力。带轮的转动相当于曲柄的圆周运动。在进行破冰工作时带轮转动带动破冰筒进行上下运动撞击冰面。

  6、扫雪机构

  如图4-6所示,通过锥齿轮和轴的传动将电机的转动传递到大直齿圆柱齿轮上,大直齿圆柱齿轮带动两个小圆柱齿轮按同一个方向转动。安装刷毛的圆盘通过轴连接到小圆柱齿轮上。

  7、总体装配图

  小型扫雪除冰车外观如图4-7所示。

  4.3本章小结

  本章首先介绍了三维建模软件的功能和优点,然后使用UGNX10.0对论文中所设计的零部件进行建模装配。最后的总体装配图对本次设计进行了更直观的展示。随着科学技术的发展,传统的手工制图在生产制造中使用的越来越少,熟练地使用三维建软件已经成为了当代机械设计者必须的技能。

  结论

  随着人们生活水平的不断提高,许多乡村小路由原来的土路发展成为了现在的水泥路、柏油路。为了保障人们在冰雪天气的正常出行,降低道路结冰所带来的安全隐患,小型扫雪除冰车的设计研究是很有必要的。

  在参考了许多现有的扫雪除冰设备和相关的研究资料,考虑到现实生活中的实际应用,本次设计主要是把传统的设备小型化,使小车在使用时更加的灵活方便。

  该小型扫雪除冰车主要由以下特点:

  1、功能多样、整机利用率高,添加多种扫雪除冰装置来处理各种形态下的冰雪;

  2、操作简易,使用时使用者只需控制小车前进的速度和方向;

  3、结构不复杂、价格实惠,有利于在社区街道采购使用。

  本次设计运用机械制图、机械原理、机械设计等相关专业知识对扫雪除冰的核心装置进行设计计算校核,通过三维建模提高了自己使用软件的熟练度。由于对材料学和力学知识的欠缺,本文对破冰筒上的凸起和铲雪板的弧度只是进行了粗略的设计,期望今后能够机会改进。