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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 本設(shè)計(jì)方案的總體概述
1.1機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)的任務(wù)及重要性
結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)的任務(wù)是將原理方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化，即把一維或者二維的原理方案圖轉(zhuǎn)化為三維的可制造的形體過(guò)程，也可以說(shuō)是從為了完成總系統(tǒng)功能而進(jìn)行的初步總體布置開(kāi)始到最佳裝配圖（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）的最終完善及審核通過(guò)為止。
結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)工作包括兩個(gè)方面，即“質(zhì)”的設(shè)計(jì)和“量”的設(shè)計(jì)。所謂“質(zhì)”的設(shè)計(jì)是指“定形”設(shè)計(jì)，有系統(tǒng)的定形和零部件的定形。這部分工作對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有決定性意義?！傲俊钡脑O(shè)計(jì)則是指選擇材料，確定尺寸和零部件進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計(jì)等，此部分設(shè)計(jì)所涉及到的知識(shí)在《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《材料力學(xué)》等教材中已學(xué)過(guò)。由此看來(lái)，結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)階段的工作量是相當(dāng)大的，同時(shí)它的工作質(zhì)量對(duì)滿足功能要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，降低產(chǎn)品的成本等都起者十分重要的作用
1.2機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)原則
機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,它對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)性能,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和外觀造型均具有決定性的意義。
明確，簡(jiǎn)單，安全可靠是結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)階段必須遵守的三項(xiàng)基本原則。由于這三項(xiàng)基本原則的共同目標(biāo)都是為了保證實(shí)現(xiàn)總系統(tǒng)（產(chǎn)品）的預(yù)期功能，降低成本及保障人和環(huán)境安全的，所以，在整個(gè)設(shè)計(jì)階段應(yīng)將這三項(xiàng)基本原則貫徹到底。
(1)明確原則
這里主要包括以下三個(gè)方面：
①功能明確 所選擇的結(jié)構(gòu)應(yīng)能明確無(wú)誤地、可靠地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。對(duì)于可實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)說(shuō)，要做到既不疏漏又不冗余。
②工作情況明確 被設(shè)計(jì)的產(chǎn)品(系統(tǒng)）所處的工作狀況必須明確。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和零部件的材料、形狀、尺寸、磨損及腐蝕是根據(jù)其工況來(lái)確定。若設(shè)計(jì)時(shí)缺少準(zhǔn)確的使用工況說(shuō)明，且不得不做出一些假設(shè)的話，應(yīng)隨時(shí)檢查有關(guān)假設(shè)的正確性。
③結(jié)構(gòu)的工作原理明確 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)所依據(jù)的工作原理必須明確，從而才能可靠地實(shí)現(xiàn)所預(yù)期的功能要求。
(2)簡(jiǎn)單原則
簡(jiǎn)單原則是指要在滿足總功能的前提下，盡量使整機(jī)、部件、零件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且數(shù)目少；同時(shí)還要要求操作與監(jiān)控簡(jiǎn)便；制造與測(cè)量容易、快速、準(zhǔn)確；安裝與調(diào)試簡(jiǎn)易而快捷。亦就是說(shuō)這里所指的“簡(jiǎn)單”，同時(shí)具有簡(jiǎn)化、簡(jiǎn)便、簡(jiǎn)明、簡(jiǎn)易、減少等多重含義。
(3)安全可靠原則
一個(gè)系統(tǒng)(產(chǎn)品)的安全可靠性主要指：
①構(gòu)件的可靠性 在規(guī)定的外載荷下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，構(gòu)件不發(fā)生斷裂、過(guò)度變形、過(guò)度磨損且不喪失穩(wěn)定性。
②功能的可靠性 主要是指總系統(tǒng)的可靠性，即保證在規(guī)定條件下能實(shí)現(xiàn)總系統(tǒng)的總功能。
③工作安全性 主要指對(duì)操作者的防護(hù)，保證人的安全。
④環(huán)境安全性 不造成不允許的環(huán)境污染，同時(shí)也要保證整個(gè)系統(tǒng)(產(chǎn)品)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性
1.3機(jī)構(gòu)的總體布置設(shè)計(jì)基本要求
(1)功能合理
即總布置設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)于功能表達(dá)，無(wú)論在整體上還是在局部上都不應(yīng)采用不利于功能目標(biāo)的布局方案。
(2)結(jié)構(gòu)緊湊、層次清晰、比例協(xié)調(diào)
這一方面應(yīng)盡可能使總系統(tǒng)簡(jiǎn)單并充分利用機(jī)械系統(tǒng)的內(nèi)部空間，如把電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部件等安裝在支撐大件的內(nèi)部；另一方面有利于良好的造型，美觀大方。
(3)充分考慮產(chǎn)品的系列化及發(fā)展
總體布置時(shí)還應(yīng)對(duì)系列設(shè)計(jì)、變形設(shè)計(jì)給予考慮；對(duì)于單機(jī)的布置還應(yīng)考慮組成生產(chǎn)線和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的可能性。
1.4本設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，為了達(dá)到清除冰雪的目的，如圖2.1所示，能夠清楚的看到該設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特性：圖1-4 除冰機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖
1-發(fā)動(dòng)機(jī) 2-減速器 3-萬(wàn)向節(jié) 4-傳動(dòng)軸 5-彈簧拉桿 6-上支撐彈簧7-車底盤傾斜角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 8-軸承座 9-固定偏心激震錘 10—活動(dòng)偏心激震錘 11-軸 12-扭力彈簧 13-螺栓 14-固定板15-螺栓 16-下支撐彈簧 17-破冰鏟 18-除冰鏟 19-彈簧 20-支桿 21-震動(dòng)架 22-吊耳 23-支柱24-軸 25-車軸 26-車輪 27-車底盤 28-聯(lián)軸器 29-掛鉤
在車體的車底盤27上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)1和通過(guò)聯(lián)軸器28與發(fā)動(dòng)機(jī)連接的減速機(jī)2及通過(guò)萬(wàn)向節(jié)3和傳動(dòng)軸4與減速機(jī)2連接的位于車底盤27前方的破冰機(jī)構(gòu)，并在車底盤27前端的下部設(shè)有除冰機(jī)構(gòu)。為了達(dá)到既能破碎路面冰雪，又不破壞路面的目的，其破冰機(jī)構(gòu)采用振動(dòng)式，該破冰機(jī)構(gòu)可由固設(shè)在車底盤上的支柱23，與支柱23對(duì)接的位于車底盤前方的振動(dòng)架21，設(shè)在振動(dòng)架21上部的前后對(duì)稱的設(shè)有軸的軸承座8，設(shè)在軸上的兩個(gè)通過(guò)凸凹面結(jié)合的固定偏心激震錘9和活動(dòng)偏心激震錘10，套在軸上的一端固設(shè)在軸上，另一端固設(shè)在活動(dòng)偏心激震錘10上的扭力彈贊12。設(shè)在振動(dòng)架21自由端下部的破冰鏟17和固設(shè)在車底盤27上并插在振動(dòng)架21插孔內(nèi)的彈簧拉桿及套在彈簧拉桿5上的位于振動(dòng)架上、下的支承彈簧6,16所構(gòu)成。震動(dòng)架通過(guò)固定偏心激震錘9和活動(dòng)偏心激震錘10旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣量產(chǎn)生震動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)破冰鏟17使將路面上的冰雪層擊碎，同時(shí)通過(guò)震動(dòng)產(chǎn)生橫向擺動(dòng)帶動(dòng)破冰鏟使破碎的冰雪與路面剝離。破冰鏟最好制作成星橫向交錯(cuò)形。除冰機(jī)構(gòu)是由通過(guò)兩側(cè)支桿20絞接在車底盤27兩側(cè)下部的除冰鏟18和連接在車底盤27和除冰鏟18上的彈簧19所構(gòu)成。為了提高除冰雪的效果，在本體上設(shè)有可調(diào)整車底盤27傾斜角度的調(diào)整機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整車底盤的傾斜角度和發(fā)動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速來(lái)控制破冰鏟的最佳工作狀態(tài)。車體是由設(shè)在車底盤一端的掛鉤29掛在動(dòng)力機(jī)械上。從而實(shí)現(xiàn)推動(dòng)除冰機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。為了防止機(jī)核運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)傷人在車底盤上設(shè)有防護(hù)罩。
本實(shí)用新型與已有技術(shù)比較，由于在車體的車底盤上設(shè)有了由發(fā)動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、振動(dòng)式破冰機(jī)構(gòu)，除冰機(jī)構(gòu)及可調(diào)整車底盤傾斜角度的調(diào)整機(jī)構(gòu)構(gòu)成的路面除雪機(jī)，因此其具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)筒單、工作效率高、使用方便、性能好、不損壞路面。堅(jiān)固耐用、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。
2電動(dòng)機(jī)的選擇
2.1電機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式
電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)要根據(jù)電源（交流或直流）、工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸等）和載荷特點(diǎn)（性質(zhì)、大小、啟動(dòng)性能和過(guò)載情況）來(lái)選擇。
沒(méi)有特殊要求時(shí)均應(yīng)選用交流電動(dòng)機(jī)，其中以三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)用的最多。Y系列電動(dòng)機(jī)為我國(guó)推廣采用的新設(shè)計(jì)產(chǎn)品，適用與不易燃、不易爆、無(wú)腐蝕氣體的場(chǎng)合，以及要求具有較好啟動(dòng)性能的機(jī)械。
2.2電動(dòng)機(jī)的容量及轉(zhuǎn)速
參考同類機(jī)械產(chǎn)品，選取電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速970r/min，功率11KW,查手冊(cè)確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y160L-6，伸出部分軸直徑為40mm。
3聯(lián)軸器的選擇
3.1選擇聯(lián)軸器
為了隔離震動(dòng)與沖擊，選擇用彈性套柱銷聯(lián)軸器，具有一定補(bǔ)償兩軸線相對(duì)偏移和減振緩沖能力，適用于安裝底座剛性好，沖擊載荷不大的中、小功率軸系傳動(dòng)，可用于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)頻繁的場(chǎng)合，工作溫度為-20~+70°C。
3.2計(jì)算公稱轉(zhuǎn)矩
T=9.55*106 P/n=9 550 000*11/970N.mm=108.3*103 N.mm
由表查得KA =2.3 故計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：
Tca = KA T=2.3*108.3*103 =249.1*103
3.3選擇聯(lián)軸器型號(hào)
從GB 4323—84中查得LT6型彈性套柱銷聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為250N.mm，許用最大轉(zhuǎn)矩為3800 r/min，軸徑為32～42 mm之間，許用補(bǔ)償量為0.3mm，故適用。
4 減速機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1軸Ⅰ（輸入軸）的設(shè)計(jì)
電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸和聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞給減速器的齒輪軸Ⅰ，帶動(dòng)其他齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.1.1求出主軸上的功率P和轉(zhuǎn)矩T
功率從電機(jī)到主軸經(jīng)過(guò)帶傳動(dòng)，根據(jù)文獻(xiàn)[4]傳遞效率=0.99
P=P=110.99=10.89kW
T=9550000=955000010.89/97010665 N.mm
4.1.2 聯(lián)軸器作用在軸上的力
F=406.86N，F(xiàn)=458.52N
4.1.3初步確定軸的最小直徑
先按公式初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表15-3，取A=112，于是得
d= A=112=25.08mm
4.1.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）擬定裝配方案 如圖（圖4-1）
圖4-1 輸入軸結(jié)構(gòu)示意圖
（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
l 這是二級(jí)減速器輸入軸，受力很大，震動(dòng)很小，可以不計(jì)端部的力，并且考慮到a端連接有聯(lián)軸器，故d=40mm，L=100mm。
l 初步選擇滾動(dòng)軸承 因軸承主要受徑向載荷，軸向載荷很小，因此選用深溝球軸承，參照工作要求并根據(jù)d=40mm 選軸承6009，其尺寸為4510018，則d=45mm，L=46mm。
l 取安裝齒輪1處的軸段c-d的直徑d=50mm，帶輪的左端與左軸承之間采用套筒定位，已知齒輪寬為34mm，為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪寬，故取L=30mm，帶輪的右端采用軸肩定位，軸肩的高度h>0.07d；
取h=1mm，則軸環(huán)出的直徑d=52mm，軸環(huán)處的寬度b1.4h，取L=12mm，同樣道理，d=45mm，L=50mm。
至此，已初步確定了軸的各直徑和長(zhǎng)度。
l 軸上零件的周向定位 帶輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按d查機(jī)械手冊(cè)得平鍵截面 bh=2012（GB/T1095-1979），鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為25mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn)GB/T1096-1979），同時(shí)為了保證帶輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選帶輪與軸的配合為H7/h6；同樣另一端軸與帶輪聯(lián)接選平鍵201225，配合為H7/h6；滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
（3）確定軸上圓角為245，各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)圖。
4.1.5按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即該軸的截面C）的強(qiáng)度；根據(jù)式（15-5）及上述數(shù)據(jù)，并取=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
==MPa0.99MPa
前面已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得[]=60MPa，因此<[]故安全。
4.2軸Ⅱ（中間軸）的設(shè)計(jì)
根據(jù)該除冰機(jī)每小時(shí)要行程10~60km，除冰厚度60mm。所以要求該除冰機(jī)構(gòu)每分鐘震動(dòng)約120次，即該傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速是120r/min。所以該減速器承擔(dān)的傳動(dòng)比為i=970/120=8.08,分配給這個(gè)減速器高速級(jí)的傳動(dòng)比i1 =2.5，低速級(jí)傳動(dòng)比i2 =i/ i1 =8.08/2.5=3.23。
該齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5--2所示，計(jì)算過(guò)程與軸Ⅰ相同，在此就不詳細(xì)列出。
4-2 中間軸結(jié)構(gòu)示意圖
4.3軸Ⅲ（輸出軸）的設(shè)計(jì)
低速級(jí)的傳動(dòng)比i2 =3.23，所以根據(jù)相關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)出該軸的相關(guān)結(jié)構(gòu)參見(jiàn)減速機(jī)裝配圖。
4.4高速級(jí)齒輪組的設(shè)計(jì)
㈠按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式d≧2.32
⑴確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
① 試選載荷系數(shù)=1.3
② 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距
T=95.5*100000*P/n=95.5*100000*11/970=108298N*mm
③ 由下表
表5-1 齒寬系數(shù)表
裝置狀況
兩支撐相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置
兩只撐相對(duì)小齒輪作不對(duì)稱布置
小齒輪作懸臂布置
0.9～1.4（1.2～1.9）
0.7～1.5(1.1～1.65)
0.4～0.6
齒寬系數(shù)=1
④ 由下表
表5-2 材料彈性影響系數(shù)表
彈性模量E/MPa
配對(duì)齒輪材料
齒輪材料
灰鑄鐵
球墨鑄鐵
鑄鋼
鍛鋼
夾布材料
11.8*104
17.3*104
20.2*104
20.6*104
0.785*104
鍛鋼
162.0
181.4
188.9
189.8
56.4
鑄鋼
161.4
180.5
188.0
球墨鑄鐵
156.6
173.9
灰鑄鐵
143.7
查得材料的彈性影響系數(shù)Z=189.8 MPa
⑤根據(jù)文獻(xiàn)[4]中圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600 MPa, 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550 MPa.
⑥由式N=60njL計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(假設(shè)該對(duì)齒輪使用壽命15年)
N1=60n1jL= 60*970*1*(2*8*300*15) = 4.191*109
N2=4.191*109 /2.5=1.676*109
⑦根據(jù)文獻(xiàn)[4]中圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)K=0.90; K=0.95.
⑧計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
根據(jù)具體的工作情況在文獻(xiàn)[4]中查得到
失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,
由式［］=得.
［］==0.9*600 MPa=540 MPa
［］==0.95*550 MPa=522.5 MPa
⑵計(jì)算
① 試計(jì)算小齒輪的分度圓直徑d,帶入［］中較小的值
d≧2.32=63.17mm
② 計(jì)算圓周速度v
v==m/s=3.16m/s
③ 計(jì)算齒寬b
b==1*63.17mm=63.17mm
④ 計(jì)算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù) m=d=63.17/24=2.63
齒高 h=2.25 *m=2.25*2.63=5.92mm
b/h=63.17/5.92=10.67
⑤ 計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v=3.16m/s,7級(jí)精度, 由根據(jù)文獻(xiàn)[4]中圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)K=1.1;
直齒輪,假設(shè)KF/b＜100N/mm.由機(jī)械設(shè)計(jì)教材中表10-3查得K=K=1;
由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10-2查得使用系數(shù)Ka=1.00
根據(jù)文獻(xiàn)[4]表10-4查得7級(jí)精度,小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí),
K=1.12+0.18(1+0.6 )+0.23*0.001b
將數(shù)據(jù)代入后得
K=1.12+0.18(1+0.6*1)1+0.23*0.001*70.97=1.423
由b/h=10.67, K=1.423, 根據(jù)文獻(xiàn)[4]圖10-13得K=1.31;故載荷系數(shù)
K=KK K K=1*1.1*1*1.423=1.565
⑥ 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑, 根據(jù)文獻(xiàn)[4]式10-10a得
d1=d=63.17*mm=67.2mm
⑦ 計(jì)算模數(shù)m
m=d1/z1=67.2/24=2.8mm
㈡按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
根據(jù)文獻(xiàn)[4]中10-5得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式
m≧
⑴確定公式中的各計(jì)算數(shù)值
① 根據(jù)文獻(xiàn)[4]中10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380MPa；
② 由文獻(xiàn)[4]中圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.86，=0.88；
③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由機(jī)械設(shè)計(jì)教材式10-12得
===307.14MPa
===238.86MPa
④ 計(jì)算載荷系數(shù)K
K=KKKK=1*1.1*1*1.31=1.441
⑤ 查取齒形系數(shù)
根據(jù)文獻(xiàn)[4]中10-5查得=2.67，=2.239；
⑥ 查取應(yīng)力校正系數(shù)
根據(jù)文獻(xiàn)[4]中10-5查得=1.54，=1.715；
⑦ 計(jì)算大,小齒輪的并加以比較
=2.67*1.54/307.14=0.01338
=2.239*1.715=0.016
大齒輪的數(shù)值大。
⑵設(shè)計(jì)計(jì)算
m≧≧mm=2.054mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅僅與齒輪的直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.05并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=63.2mm,算出小齒輪齒數(shù)z===25.28，取整數(shù)位z1=26,大齒輪齒數(shù)z=u* z=2.5*26=65；
㈢幾何尺寸計(jì)算
⑴計(jì)算分度圓直徑
d= z*m=26*2.5=65mm,
d= z*m=65*2.5=162.5mm
⑵計(jì)算中心距
a=( d+ d)/2=(65+162.5)/2=113.75mm
⑶計(jì)算齒輪寬度
b==1*65mm=65mm
取B=65mm，B=63mm；
（四） 驗(yàn)算
F==N=3332N
驗(yàn)算合格。
4.5低速級(jí)齒輪組的設(shè)計(jì)
同樣可以用以上的設(shè)計(jì)方法可以設(shè)計(jì)低速級(jí)齒輪組，通過(guò)上面的計(jì)算得低速級(jí)的傳動(dòng)比為i2 =3.23。
㈠按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式d≧2.32
⑴確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
⑤ 試選載荷系數(shù)=1.3
⑥ 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距，取傳遞效率為2=0.99
T=95.5*100000*P*2/n=95.5*100000*11*0.99*2.5/970=2.68*105N*mm
⑦ 從上表5.1選取齒寬系數(shù)=1
④由上表5.2查得材料的彈性影響系數(shù)Z=189.8 MPa
⑤根據(jù)文獻(xiàn)[4]中圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600 MPa, 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550 MPa.
⑥由式N=60njL計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(假設(shè)該對(duì)齒輪使用壽命15年)
N1=60n1jL= 60*970*1*(2*8*300*15) /2.5= 1.676*109
N2=1.676*109 /2.5=5.19*108
⑦根據(jù)文獻(xiàn)[4]中圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)K=0.90; K=0.95.
⑧計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,由式［］=得.
［］==0.9*600 MPa=540 MPa
［］==0.95*550 MPa=522.5 MPa
⑵計(jì)算
試計(jì)算小齒輪的分度圓直徑d,帶入［］中較小的值
d≧2.32=71.54mm
計(jì)算圓周速度v
v==m/s=1.453m/s
計(jì)算齒寬b
b==1*71.54mm=71.54mm
計(jì)算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù) m=d3t /z3=71.54/22=3.25
齒高 h=2.25 *m=2.25*3.25=7.31mm
b/h=71.54/7.31=9.79
11計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v=1.453m/s,7級(jí)精度, 由文獻(xiàn)[4]中圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)K=1.12;
直齒輪,假設(shè)KF/b＜100N/mm.由文獻(xiàn)[4]中表10-3查得K=K=1;
由文獻(xiàn)[4]中表10-2查得使用系數(shù)Ka=1.00
由文獻(xiàn)[4]中表10-4查得7級(jí)精度,小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí),
K=1.12+0.18(1+0.6 )+0.23*0.001b
將數(shù)據(jù)代入后得
K=1.12+0.18(1+0.6*1)1+0.23*0.001*70.97=1.423
由b/h=9.79, K=1.41, 由文獻(xiàn)[4]中圖10-13得K=1.32;故載荷系數(shù)
K=KK K K=1*1.12*1*1.41=1.579
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,由文獻(xiàn)[4]中10-10a得
d1=d=71.54*mm=76.33mm
計(jì)算模數(shù)m
m=d3t/z3=76.33/22=3.47mm
㈡按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由文獻(xiàn)[4]中10-5得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式
m≧
⑴確定公式中的各計(jì)算數(shù)值
由文獻(xiàn)[4]中圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380MPa；
由文獻(xiàn)[4]中圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.86，=0.88；
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由文獻(xiàn)[4]中式10-12得
===307.14MPa
===238.86MPa
計(jì)算載荷系數(shù)K
K=KKKK=1*1.1*1*1.32=1.452
查取齒形系數(shù)
由文獻(xiàn)[4]中10-5查得=2.67，=2.239；
查取應(yīng)力校正系數(shù)
由文獻(xiàn)[4]中10-5查得=1.54，=1.715；
計(jì)算大,小齒輪的并加以比較
=2.67*1.54/307.14=0.01338
=2.239*1.715/238.86=0.016
大齒輪的數(shù)值大。
⑵設(shè)計(jì)計(jì)算
m≧≧mm=2.95mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅僅與齒輪的直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.95并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3.0,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=76.33mm,算出小齒輪齒數(shù)z===25.44，取整數(shù)位z1=26,大齒輪齒數(shù)z=u* z=3.23*26=89.98，取整為z=90。
㈢幾何尺寸計(jì)算
計(jì)算分度圓直徑
d= z*m=26*3.23=90mm,
d= z*m=90*3.23=290.7mm
計(jì)算中心距
a=( d+ d)/2=(90+290.7)/2=190.35mm
計(jì)算齒輪寬度
b==1*90mm=90mm
取B=90mm，B=85mm；
㈣ 驗(yàn)算
F==N=5955.6N
驗(yàn)算合格。
5彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 選擇材料并確定其許用彎曲應(yīng)力
根據(jù)彈簧的工作情況，屬于Ⅱ類彈簧?，F(xiàn)在選用碳素彈簧鋼絲B級(jí)制造，由表得[b ]=0.5B 估取彈簧鋼絲直徑為8mm，B =1320Mpa所以 [b ]=0.5*1320=660Mpa
5.2選擇旋繞比C并計(jì)算曲度系數(shù)K1
選取C=6，則
K1 =（4C-1）/(4C-4)=1.15
5.3根據(jù)強(qiáng)度條件試算彈簧鋼絲直徑
d==4.95mm
原值d=8mm可用，不需重算。
5.4計(jì)算彈簧的基本幾何參數(shù)
D=Cd=6*8mm=48mm
D2 =D+d=48mm+8mm=54mm
D1=D-d=48-8mm=40mm
取間距=0.5mm
P=d+=8+0.5=8.5mm
=arctan（p/）=3.7。
5.5按剛度條件計(jì)算彈簧的工作圈數(shù)
從表中查得E=200000MPa
I=/64=200.96mm4
n=EI/180TD=27.15(圈)
5.6計(jì)算彈簧的扭彎剛度
kT =EI/180Dn=98.9.mm/
5.7計(jì)算和
=/ kT=70.85
=-=20.85
5.8 計(jì)算自由度的高度H
H=n（d+）+Hh =11.5*（5+0.5）mm+40mm=103.25
5.9 計(jì)算彈簧絲展開(kāi)的長(zhǎng)度L
取Lh=Hh=40mm
則有
L=Dn+Lh =3.14*30*11.5mm+40mm=1123.8mm
6傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)軸是將動(dòng)力從減速機(jī)傳遞給震動(dòng)架和激震錘的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要使其能夠滿足彎曲強(qiáng)度的要求。該傳動(dòng)軸在設(shè)計(jì)的時(shí)候設(shè)計(jì)其轉(zhuǎn)速為120r/min。
考慮到該傳動(dòng)軸只是將轉(zhuǎn)速傳遞給激震錘，使其由轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生震動(dòng)，從而迫使震動(dòng)架上下震動(dòng)，從而使破冰機(jī)能夠破冰。所以在彎曲強(qiáng)度不大，一般強(qiáng)度都可以適應(yīng)。
根據(jù)傳動(dòng)軸工作的環(huán)境和受力情況，故選擇45號(hào)鋼正火處理即可滿足使用要求，硬度為170~217HBS，強(qiáng)度極限600B，屈服極限300s，彎曲疲勞極限-1，適用于傳動(dòng)軸這樣較重要的軸。鋼的切變模量G=4×104MPa，軸在全長(zhǎng)上的扭角不得超過(guò)1°，現(xiàn)在估算軸的直徑。
1.按強(qiáng)度要求，應(yīng)使：
故軸的直徑
2.按鈕轉(zhuǎn)剛度要求，應(yīng)使
L=250+86+25=361mm,在軸的全長(zhǎng)上，=1°=。故
故該軸的直徑取決于強(qiáng)度要求，圓整后可取d=50mm。
3.軸上軸承的選擇
根據(jù)本工作情況的要求，選擇深溝球軸承，主要承受徑向載荷，同時(shí)也可承受一定量的軸向載荷。當(dāng)轉(zhuǎn)速很高而軸向載荷不太大時(shí)，可代替推力球軸承承受純軸向載荷。當(dāng)承受純徑向載荷時(shí)，=0°。軸承尺寸系列代號(hào)為5，軸承內(nèi)徑尺寸系列代號(hào)05。
其結(jié)構(gòu)和尺寸大小見(jiàn)圖7.1：
圖6-1 轉(zhuǎn)動(dòng)軸結(jié)構(gòu)圖
7激振錘的設(shè)計(jì)
固定偏心激震錘和活動(dòng)偏心激震錘是通過(guò)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)帶動(dòng)擊震錘轉(zhuǎn)動(dòng)，由于它們的重心不在中心位置，所以產(chǎn)生上下跳動(dòng)，通過(guò)彈簧傳遞給震動(dòng)架使其上下有規(guī)律的跳動(dòng)，從而迫使破冰鏟震碎冰層，達(dá)到破冰的目的。其材料選擇灰口鑄鐵即可滿足工作要求，其形狀和結(jié)構(gòu)可以參見(jiàn)8.1圖：
圖7-1 激震錘結(jié)構(gòu)示意圖
8破冰鏟和除冰鏟的設(shè)計(jì)
8.1破冰鏟的設(shè)計(jì)
由于破冰板承載的沖擊壓力比較大，所以在選擇材料的時(shí)候選用低合金工具鋼，這樣也可以避免其生銹而帶來(lái)的其他問(wèn)題，同時(shí)具有好的耐磨性。在安裝的時(shí)候并排安裝6個(gè)同樣的破冰板，每2個(gè)呈90度的夾角，然后用一個(gè)固定板固定連接在震動(dòng)架上。
通過(guò)計(jì)算6個(gè)并排的破冰板的橫向?qū)挾扔?.2m。這樣正好滿足要求，如果遇到比較寬的路面可以采用來(lái)回的方式除去路面的冰雪。
其形狀和結(jié)構(gòu)可以參見(jiàn)下圖：
圖8-1 破冰鏟結(jié)構(gòu)圖
8.2除冰鏟的設(shè)計(jì)
除冰板是緊隨破冰板后的除冰裝置，在左右兩旁都裝有，它的作用是將已經(jīng)破碎的冰層及時(shí)的清除到道路的兩旁。除冰鏟的鏟韌應(yīng)該用65Mn鋼制造，同時(shí)進(jìn)行中頻淬火處理，以使其具有更強(qiáng)的耐磨性能，其他部分采用普通含錳量鋼制造即可。
根據(jù)路面結(jié)冰厚度，可以在它上面分別安裝一個(gè)彈簧，這樣就可以調(diào)整除冰板距離地面的高度，更好地適應(yīng)路面的情況。其高度范圍是10mm-100mm，同樣可以滿足要求。其形狀和結(jié)構(gòu)如下圖：
圖8-2 除冰鏟結(jié)構(gòu)圖
9潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑油牌號(hào)及密封裝置的選擇
根據(jù)本設(shè)計(jì)的綜合考慮，選用低粘度的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑以降低機(jī)器的摩擦、減少磨損、提高效率、延長(zhǎng)機(jī)件的使用壽命。同時(shí)還能起到冷卻、緩沖、防腐蝕、密封和排污等作用。
選用潤(rùn)滑油為全損耗系統(tǒng)用油（L-AN），牌號(hào)為7，此潤(rùn)滑油不適用于循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)，需定期更換潤(rùn)滑油。
密封裝置是機(jī)器和設(shè)備的重要組成部分。按密封流體狀態(tài)分為氣體密封、液體密封；按設(shè)備種類分為壓縮機(jī)密封、泵用密封、釜用密封等。一般按密封面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類，即相對(duì)靜止的密封面的密封稱為靜密封，而相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封面間的密封稱為動(dòng)密封。
本設(shè)計(jì)中的工作部件密封沒(méi)有特殊要求，選用金屬八角墊片密封即可滿足使用要求。
總 結(jié)
本次設(shè)計(jì)中，我們的主要任務(wù)是路面除冰機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在張良斌老師的帶領(lǐng)下，我圓滿的完成了任務(wù)，而且還學(xué)到了很多額外的知識(shí)。
在專業(yè)上，我認(rèn)識(shí)了很多的新機(jī)構(gòu)，復(fù)習(xí)了很多計(jì)算說(shuō)明的步驟和方法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我掌握了振動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，更重要的是學(xué)習(xí)了用現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)一種功能的方法。
在業(yè)余上，我懂得了怎樣對(duì)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新、開(kāi)拓。也使我們認(rèn)識(shí)到了做事要以嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的態(tài)度去對(duì)待。同時(shí)，在前期的調(diào)研中，我們遇到了很多的難題。通過(guò)這些前期的調(diào)研工作，使我們也學(xué)會(huì)了怎樣更好的與人溝通。
通過(guò)本課題的鍛煉，主要達(dá)到以下幾個(gè)目的：
（1）培養(yǎng)我們的科技創(chuàng)新能力 ，以及機(jī)械設(shè)計(jì)的思維能力；
（2）通過(guò)設(shè)計(jì)，可以使我們具有將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為開(kāi)發(fā)實(shí)際產(chǎn)品的基本能力，同時(shí)對(duì)理論學(xué)習(xí)中的不足可以通過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)充和再次學(xué)習(xí)；
（3）可以系統(tǒng)的掌握AUTOCAD軟件的使用和數(shù)學(xué)公式編輯器的使用。
致 謝
在整個(gè)設(shè)計(jì)即將完成之際，我要真誠(chéng)地感謝孟煒老師，在她的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)得以順利的完成。本論文是在孟煒老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在半年多的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，孟煒老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的治學(xué)態(tài)度和豐富的專業(yè)知識(shí)令我受益非淺。并使我學(xué)到了許多進(jìn)行科學(xué)研究的有益方法。
孟煒老師嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的態(tài)度、清晰的思路和廣博的知識(shí)使我深受啟迪和教益。有時(shí)侯，孟煒老師為我們解答疑問(wèn)時(shí)，在辦公室里一坐就是幾個(gè)小時(shí)，一個(gè)過(guò)程、一個(gè)過(guò)程為我們分析、講解直到得出答案。在這里，我要感謝他在設(shè)計(jì)中給我的幫助，也感謝她使我學(xué)到了知識(shí)。值此論文脫稿之際，謹(jǐn)向孟煒老師表示衷心的感謝，并致以崇高的敬意！
同時(shí)，我還要感謝系里的其他的一些老師，感謝他們這四年來(lái)辛勤的教誨和真摯的幫助，使得我在大學(xué)里不斷的充實(shí)自己，完善自己，這為我在以后的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
在這里我要說(shuō)一聲“老師！謝謝您！”
這次振動(dòng)設(shè)計(jì)是我第一次將自己所學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為一項(xiàng)產(chǎn)品，而這次的設(shè)計(jì)的量大且較為復(fù)雜，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了不少的阻力，。另外整個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)間又很有限，很多地方不能去深入探討、研究。由于本人的設(shè)計(jì)水平有限，設(shè)計(jì)過(guò)程中存在一些不足或錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。
最后誠(chéng)摯地感謝在百忙之中對(duì)我的畢業(yè)論文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見(jiàn)的諸位老師。同時(shí)感謝在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活中，對(duì)我學(xué)習(xí)和生活上給予關(guān)懷和幫助的老師和同學(xué)。
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長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）譯文
除雪機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)
姓 名
李銀輝
學(xué) 院
長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
機(jī)械05231
指導(dǎo)教師
吳穎 講師
2009
年
06
月
21
日
除雪機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)
Hirofumi HIRASHITA, Takeshi ARAI, Tadashi YOSHIDA
摘要: 在冷和多雪的部分的日本，大多數(shù)雪被從除雪機(jī)器道路中除去，同時(shí)，處理路邊條件并且保證安全的操作,操作這些機(jī)器被兩個(gè)人正常地操作：一名話務(wù)員和一個(gè)助手。
工作在進(jìn)行中為了除雪機(jī)器開(kāi)發(fā)自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)在操作人員的雪移去上使負(fù)擔(dān)為了減輕并且減少未來(lái)的勞動(dòng)要求。這報(bào)告描述一個(gè)自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)結(jié)合三種技術(shù)： 在最近幾年作為一種ITS技術(shù)已被發(fā)展的通路記號(hào)系統(tǒng)，RTKGPS技術(shù)和GIS技術(shù), 這駕駛的系統(tǒng)已被發(fā)展為旋轉(zhuǎn)除雪機(jī)器：雪移去的類型考慮最困難操作。報(bào)告也評(píng)價(jià)基于確證的結(jié)果的三種控制方法測(cè)試使用實(shí)際的除雪機(jī)器,同時(shí)這些的輪廓問(wèn)題控制必須被克服建立一個(gè)工作的系統(tǒng)的系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：雪旋轉(zhuǎn)移去，自動(dòng)的駕駛，ITS，通路記號(hào)，GIS，GPS
1 緒論
在寒冷的多雪部分的日本，雪通過(guò)機(jī)械的手段是被從道路上除掉保證冬天道路。為了保證機(jī)械把雪消要除根據(jù)雪在道路表面上的積累狀態(tài)適當(dāng)?shù)谋磺宄纸煌?，心?jì)劃的出席控制方法必須被建立，并且機(jī)械必須正確地操作。
自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)發(fā)展被計(jì)劃用于旋轉(zhuǎn)的除雪機(jī)器：帶有一種操作的方法的一類型比那其他類型除雪機(jī)更復(fù)雜，它已被發(fā)展為減少工作人人員除雪負(fù)擔(dān)降低的保障。
2 發(fā)展背景
雪移去被兩個(gè)工作人員操作： 驅(qū)使移去的一名話務(wù)員同時(shí)，控制的射出的一個(gè)助手。話務(wù)員驅(qū)使機(jī)器關(guān)于道路的控制還密切注意入雪處，助手噴出雪當(dāng)雪進(jìn)入機(jī)器的時(shí)候。除雪機(jī)器雪的內(nèi)部配置十分復(fù)雜如圖3.1。目的使車輛的部分自動(dòng)自動(dòng)化在操作工作執(zhí)行中話務(wù)員允許助手控制雪做射出。未來(lái)允許由一人操作。
這報(bào)告介紹形成已被發(fā)展為自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)的基礎(chǔ)的定位技術(shù)和控制技術(shù)，同時(shí)，提出一種評(píng)價(jià)基于確證測(cè)試的結(jié)果的系統(tǒng)據(jù)以予以執(zhí)行的雪移去并且描述克服問(wèn)題完成一個(gè)工作的系統(tǒng)。
3 自動(dòng)操縱系統(tǒng)
已被開(kāi)發(fā)的自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)使雪的清除成為自動(dòng)化，駕駛也成為了話務(wù)員的任務(wù)之一。
3.1 駕駛并且雪清除的控制
旋轉(zhuǎn)自動(dòng)除雪機(jī)的駕駛的機(jī)制不同于正常的車輛前進(jìn)和后退部分被別針連系，而清楚說(shuō)出機(jī)制被安裝，這樣車輛能在別針折彎。駕駛被確切的線性化方法和被的時(shí)間規(guī)模轉(zhuǎn)換控制有效的制一輛活動(dòng)的車輛的過(guò)程。 這控制方法被受完整的約束影響的運(yùn)動(dòng)的一個(gè)方程代表并且基于非線性的控制理論。但是，一個(gè)雪移去側(cè)翼滑行，因?yàn)楫?dāng)它移去雪時(shí)，作為雪筑堤圍攔受橫向的反應(yīng)力量影響被顯示圖3.2。小路滑動(dòng)使用下面被描述的綜合的伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)來(lái)將這當(dāng)做一場(chǎng)外部騷亂對(duì)待控制滑動(dòng)。
圖3.1 除雪機(jī)內(nèi)部 圖3.2 除雪機(jī)除雪
圖3.3 顯示駕駛機(jī)制除雪的一個(gè)模型。在未來(lái)， 前面輪子和對(duì)于后部輪子距離和除雪的連接的別針有距離被L代表，當(dāng)2α代表過(guò)程時(shí),駕駛的角度其后是除雪的半徑的一個(gè)弧R=L/tan a 。當(dāng)前面輪子的中心點(diǎn)P的過(guò)程正切方向速度矢量被θ代表和正切方向角度被ν代表時(shí)，點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)的方程能被寫如下。
（1）
公式（1）被完成以便執(zhí)行狀態(tài)反饋控制。從等式中定義除學(xué)時(shí)駕駛的數(shù)量是駕駛的角度α中的1/2個(gè)。
（2）
在等式（2）中橫向滑動(dòng)將不是予以考慮。為了除去由橫向的滑動(dòng)造成的穩(wěn)態(tài)的偏差，如果綜合的伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)被使用，駕駛α的數(shù)量被如下方程代表
（3）
為了除去穩(wěn)態(tài)的偏差符號(hào)f是控制獲得，同時(shí)，基于公式（3），f1代表成適當(dāng)比例的獲得，f2代表派生物獲得，而f3代表完整的獲得。PID控制被用來(lái)建造系統(tǒng)
圖3.3 協(xié)調(diào)系統(tǒng) 圖3.4 集成伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)控制塊圖形
3.2 定位方法
發(fā)現(xiàn)一種車輛為了執(zhí)行自動(dòng)的駕駛的信息是必要的位置并且有確定方向駕駛它。已被開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)裝備有兩種功能： 指導(dǎo)方法使用通路記號(hào)傳感器發(fā)現(xiàn)使用GPS和GIS來(lái)發(fā)現(xiàn)車輛位置和駕駛的方法。
3.3 通路記號(hào)傳感器指導(dǎo)方法
一臺(tái)通路記號(hào)傳感器是為了使用作為先進(jìn)的運(yùn)輸系統(tǒng)( ITS )的部分被開(kāi)發(fā)的高級(jí)的巡航幫助公路系統(tǒng)( AHS )的一種基本的技術(shù)。這技術(shù)包括間歇地被埋入在一個(gè)道路表面下面的通路記號(hào)，而車輛爬升發(fā)現(xiàn)被這些通路記號(hào)傳送的信號(hào)沿著被記號(hào)形成的過(guò)程指引車輛的傳感器。有這系統(tǒng)的兩種版本： 無(wú)線電波浪方法和磁性的方法。
（1） 角度計(jì)算邏輯
我們假定，通路記號(hào)之間的距離將不是經(jīng)常的，但是，根據(jù)道路的形狀和傳感器邊的要求能被變化。因此，這系統(tǒng)裝備有兩臺(tái)行的傳感器，這樣甚至當(dāng)通路記號(hào)安裝間隔都被知道，直到除雪機(jī)器傳遞過(guò)他們才能控制執(zhí)行。如圖3.5：
圖3.5 通路記號(hào)傳感器指導(dǎo)方法
對(duì)于用一單一的行的傳感器駕駛的控制，如（第3.5圖左邊）通過(guò)目標(biāo)過(guò)程為控制所需要的橫向的微分和方位的有差別的ym和ψm協(xié)調(diào)系統(tǒng)∑(xy)除傳感器之外要求關(guān)于記號(hào)之間的間隔的信息發(fā)信號(hào)ym1被前面車輛測(cè)量固定協(xié)調(diào)系統(tǒng)∑f ( xfyf )接受。但是，用兩臺(tái)行的傳感器(第3.5圖右邊)，系統(tǒng)能計(jì)算橫向的微分和目標(biāo)過(guò)程的方位的有差別的ym和ψm通過(guò)兩協(xié)調(diào)系統(tǒng)∑(xy)反對(duì)當(dāng)它傳遞amarker，直到他們傳遞下一個(gè)記號(hào)時(shí)，被前面車輛測(cè)量的ym1和ym2協(xié)調(diào)系統(tǒng)∑f ( xfyf )的傳感器控制兩個(gè)傳感器信號(hào)固定，這樣駕駛控制能被執(zhí)行即使記號(hào)之間的間隔是未知的。
（2）電波記號(hào)傳感器定位方法
有了無(wú)線電波浪方法，一個(gè)天線在車輛上的傳感器內(nèi)部朝著道路傳送227.5臺(tái)kHs無(wú)線電波浪，以及當(dāng)一臺(tái)無(wú)線電波浪記號(hào)(圖3.6 )收到這轉(zhuǎn)播，它歸還455 kHz的雙頻率的一個(gè)信號(hào)。 在傳感器內(nèi)部的一個(gè)收到的天線收到這返回?zé)o線電波浪發(fā)現(xiàn)車輛的位置(圖3.7)。
朝著穿過(guò)的運(yùn)動(dòng)的方向的高峰價(jià)值。 它在中發(fā)現(xiàn)位置通過(guò)通過(guò)基于在被兩感到的返回?zé)o線電波浪的收到的力量的區(qū)別的成三角形方法計(jì)算天線之間的距離橫向的收到方向天線
圖3.6無(wú)線電搖動(dòng)記號(hào) 圖3.7無(wú)線電波浪記號(hào)傳感器
（3）磁性的記號(hào)傳感器定位方法
有了磁性的方法，有持久標(biāo)記的鐵酸鹽磁鐵(圖3.8)安裝在地表面以下，磁鐵上還安裝一臺(tái)磁性的傳感器。
課題分配磁性的記號(hào)顯示將記號(hào)的中心當(dāng)做最大限度課題力量對(duì)待的單峰。 這課題的垂直的組成部分( Bz )和車輛寬度方向組成部分( Bx )的磁性的流密度被磁性的傳感器和位置記號(hào)發(fā)現(xiàn)被計(jì)算之間的距離發(fā)現(xiàn),基于以前約定的Bx與Bz有關(guān)系的方程傳感器和記號(hào)。(圖3.9)
圖3.8 磁性的記號(hào) 圖3.9 Bx與Bz關(guān)系
3.4 GPS與GIS定位發(fā)現(xiàn)方法
基于GPS與GIS定位的一個(gè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)車輛的位置通過(guò)比較旋轉(zhuǎn)的雪移去位置控制其操作把從一個(gè)GPS衛(wèi)星被收到的數(shù)據(jù)與位置相協(xié)調(diào)為了提前被道路GIS提供的道路協(xié)調(diào)線性的數(shù)據(jù)。
（1） 路GIS道路GIS是有關(guān)用于道路維護(hù)的結(jié)構(gòu)和交通管理的信息的一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。
為了開(kāi)發(fā)這系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)的雪移去目標(biāo)過(guò)程信旋轉(zhuǎn)的雪removers的話務(wù)員移去雪通過(guò)推動(dòng)息被建立，這樣它能被處理作為GIS數(shù)據(jù)。擴(kuò)展裸露的道路他們的被雪消除邊界(圖3.10)指引的車輛因?yàn)檠┫吔缃?jīng)常沿著道路的雙方是人行道的控制，被使用的GIS數(shù)據(jù)是控制數(shù)據(jù)。
共 10 頁(yè) 第 10 頁(yè)
圖3.10 道路GIS數(shù)據(jù)
（2）TK-GPS
RTK-GPS，有高精度的定位( 2點(diǎn)和3點(diǎn)cm )之間的差錯(cuò)半徑的能力的一個(gè)系統(tǒng)，包括收到天線的兩GPS，一個(gè)固定站另一個(gè)固定在運(yùn)載工具車站(在除雪機(jī))上。 固定的車站傳送基于它已收到到運(yùn)載工具車站的GPS數(shù)據(jù)的糾正信息。系統(tǒng)幾乎能執(zhí)行實(shí)時(shí)定位，因?yàn)镚PS數(shù)據(jù)以20Hz的速度被糾正。
圖4.1 裝備有一種自動(dòng)的駕駛支持功能的除雪機(jī)
4 確證的測(cè)試
消除在一月和2002年二月在北海道使用裝備有駕駛的控制系統(tǒng)的旋下面的自動(dòng)的駕駛方法的適用性和實(shí)用性是一條實(shí)際的道路(低速率，橫向滑動(dòng))上的一個(gè)雪移去所特有的。轉(zhuǎn)的雪移去被實(shí)行。
4.1 確證測(cè)試的輪廓
（1） 被機(jī)器移去
除雪機(jī)器的體積分為大中小型經(jīng)常被使用在過(guò)家的公路上，據(jù)正常的說(shuō)明建造部分地被修改(圖4.1)。
（2） 驗(yàn)證的測(cè)試過(guò)程
確證的測(cè)試過(guò)程包括直的段，曲線，( R 30 m )，以及相交( R 12 m )，這樣它在公路上復(fù)制條件下， 其通路記號(hào)間隔是2.0 m和1.5 m 。
除雪的工作條件與實(shí)際的工作的那些相同，而工作以兩種速度被做，4公里與h和0.5公里與h 。雪銀行被準(zhǔn)備提供當(dāng)一個(gè)移去被用來(lái)擴(kuò)展清除的部分的一條道路時(shí)，發(fā)生的工作裝載和橫向的滑動(dòng)。
圖4.2 測(cè)試過(guò)程的布局
4.2 確證的測(cè)試的結(jié)果
測(cè)試證實(shí)通路記號(hào)彈著點(diǎn)方向觀測(cè)(無(wú)線電波浪和因?yàn)轳{駛的控制系統(tǒng)發(fā)展是跟隨的一個(gè)系統(tǒng)預(yù)置目標(biāo)過(guò)程，其控制性能從其目標(biāo)過(guò)程(橫向的偏差)的數(shù)量被評(píng)價(jià)為雪移去的
偏差的數(shù)量。 表5.1表示從被方法組織的測(cè)試結(jié)果顯示橫向的偏差的數(shù)量。磁性)指導(dǎo)方法和GPS與GIS定位方法。
這桌子展覽那么總的來(lái)說(shuō)，偏差和標(biāo)準(zhǔn)的偏差的數(shù)量在直的段上是小的，但是他們兩個(gè)都在曲線上在相交更高。 這區(qū)別大概地是被執(zhí)行的事實(shí)的一種結(jié)果在帶有曲率的一條小的半徑的段中，大量的駕駛，并且雪消除裝載是更可能造成橫GPS與GIS方法優(yōu)于
通路記號(hào)方法。 因?yàn)橐郧暗姆椒◣缀跞〉脦缀?0Hz的實(shí)時(shí)定位和駕駛控制，它立即能對(duì)作出反應(yīng)減少偏差的數(shù)量橫向滑動(dòng)。 有了后面，駕駛被延遲因?yàn)橄到y(tǒng)不能發(fā)現(xiàn)沒(méi)有通路記號(hào)之間的信號(hào)，在大量的橫向的偏差中導(dǎo)致的橫向的滑動(dòng)。 因此，測(cè)試被完成，提供，除用傳感器糾正橫向的滑動(dòng)之外，當(dāng)傳感器傳遞記號(hào)時(shí)，協(xié)調(diào)下一個(gè)記號(hào)(過(guò)程信息)。導(dǎo)致橫向的滑動(dòng)的分配揭示作為這時(shí)被領(lǐng)進(jìn)圖4.3，±2σ(σ:標(biāo)準(zhǔn)的微分)是沒(méi)有過(guò)程信息的±57 cm，而它是過(guò)程信息的±31 cm： 極端帶來(lái)其精度的一大的改進(jìn)和接近那個(gè)GPS與GIS方法。
在之間的性能中的沒(méi)有間距速度4公里與h和0.5與h被觀察。
5 結(jié)論和未來(lái)挑戰(zhàn)
已被確認(rèn)自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)使用通路記號(hào)或者GPS的，GIS等等能通除雪機(jī)取得正常的雪消除工作的一個(gè)一般地實(shí)際的水平的控制。 但是，為了建立實(shí)際的工作的系統(tǒng)，如下挑戰(zhàn)必須被解決。
(1) GPS與GIS方法顯示其發(fā)現(xiàn)精度甚至?xí)簳r(shí)在敞開(kāi)的空間中落下。 當(dāng)GPS衛(wèi)星在一個(gè)狹窄的范圍中被集中時(shí)，我們假定這發(fā)生。 同時(shí)，在測(cè)試期間無(wú)線電波浪記號(hào)方法，認(rèn)為是車輛上的高的輸出傳輸器的一種結(jié)果無(wú)法預(yù)言的行為被觀察。 提供是必要功能當(dāng)這樣反常的操作的信號(hào)被生產(chǎn)時(shí)，那沒(méi)有干涉話務(wù)員而自動(dòng)地停止操作。
(2) 為GPS與GIS情況，靠通路改進(jìn)控制的精度是必要通過(guò)進(jìn)入通路記號(hào)的記號(hào)方法提前協(xié)調(diào)到雪移去系統(tǒng)向它提供過(guò)程信息。 每次系統(tǒng)傳遞過(guò)記號(hào)，記錄在每一記號(hào)上的通道是也十分重要。
(3) 更進(jìn)一步改進(jìn)控制精度(減少偏差的數(shù)量)，努力量化諸如的騷亂橫向
的滑動(dòng)，與雪消除裝載等等在把雪消除工作的模型的細(xì)節(jié)的程度增加旋轉(zhuǎn)的雪移去之后并且執(zhí)行仿真是必要雪移去。
圖4.3 橫向的偏差(無(wú)線電波方法)
在最近幾年，各種各樣的組織已試圖運(yùn)用信息技術(shù)( IT )改進(jìn)建設(shè)機(jī)械。 當(dāng)時(shí)在那些情況中看見(jiàn)，信息在這種情況中處理不能被運(yùn)用于其它系統(tǒng)，除非它
表5.1每一系統(tǒng)的橫向的差異
獨(dú)立的操作(工作加速4公里與h，前面?zhèn)鞲衅鞯钠畹臄?shù)量)
在最近幾年，各種各樣的組織已試圖運(yùn)用信息技術(shù)( IT )改進(jìn)建設(shè)機(jī)械。 當(dāng)時(shí)在那些情況中看見(jiàn)，信息在這種情況中處理不能被運(yùn)用于其它系統(tǒng)，除非它的用途在標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)被假定。 因?yàn)楸贿@項(xiàng)目發(fā)展的除雪機(jī)通路記號(hào)的新的道路基礎(chǔ)設(shè)施，道路GIS數(shù)據(jù)。同時(shí)，通信系統(tǒng)和其通信標(biāo)準(zhǔn)必須被標(biāo)準(zhǔn)化，其發(fā)展用ITS領(lǐng)域中的通信技術(shù)已被協(xié)調(diào)。 作者希望這研究與發(fā)展將促進(jìn)作為一個(gè)工作的系統(tǒng)介紹它。
最后，作者希望向Hokuriku地區(qū)表達(dá)他們的深的感激地基礎(chǔ)設(shè)施的部的發(fā)展局和北海道地區(qū)的發(fā)展局，和運(yùn)輸其幫助確證的測(cè)試和對(duì)于幫助系統(tǒng)和測(cè)試的工作的建造的每個(gè)人。