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1、湖南工業(yè)大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 本文所設(shè)計的是用于走廊清掃的清掃機(jī)。能源裝置通過傳動系統(tǒng)將運(yùn)動傳給兩側(cè)的盤形刷，使其分別作順時針和逆時針轉(zhuǎn)動，將兩側(cè)的垃圾掃到中間，傳給中間的滾刷。然后，再由滾刷將垃圾掃入垃圾箱內(nèi)實現(xiàn)清掃功能。此設(shè)備屬中小型清掃工具，可以對各種大小的垃圾進(jìn)行清理，兩側(cè)的清掃刷可方便的清掃墻角及靠近障礙物的地方。 本課題研究中，通過查閱搜集大量資料，對不同清掃設(shè)備進(jìn)行分析對比最終確定出一種較為理想的走廊清掃機(jī)的設(shè)計方案，然后根據(jù)已定方案進(jìn)行了具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算，并使該設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加緊湊可靠。確定出各個機(jī)構(gòu)零部件的尺寸及型號后，并對其進(jìn)行了校核以保證其能夠

2、滿足設(shè)計要求。由于該設(shè)備的零部件相對比較普通易于制造，因此該設(shè)備的制造成本較低，是一種較為理想的經(jīng)濟(jì)實用的走廊清掃工具。 關(guān)鍵詞：清掃機(jī)；盤形刷；滾刷；制造成本 目 錄 第1章 緒論······························································································1 1.1 清掃機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景·································································

3、·········2 1.2 清掃設(shè)備的概述···························································································2 1.2.1 清掃設(shè)備的分類··················································································2 1.2.2 我國清掃機(jī)械的發(fā)展趨勢··································································3

4、 1.2.3 發(fā)現(xiàn)的問題和解決途徑······································································3 1.3 課題需要完成的任務(wù)···················································································4 1.3.1 設(shè)計主要內(nèi)容······················································································4 1.3.2 設(shè)計工作

5、基本要求··············································································4 第2章 總體方案設(shè)計·············································································6 2.1 設(shè)計主要技術(shù)要求·······················································································6 2.2 總體方案的確定············

6、···············································································6 第3章 動力裝置的確定········································································10 3.1 蓄電池的選擇·····························································································10 3.2 電動機(jī)的選擇··············

7、··············································································11 第4章 清掃機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計····································································14 4.1 傳動比的分配···························································································14 4.2 帶輪的選擇設(shè)計············

8、···········································································15 4.2.1 主軸帶輪的設(shè)計計算·······································································15 4.2.2 Ⅰ—Ⅱ軸帶輪的設(shè)計計算·······························································18 4.2.3 Ⅲ—Ⅳ軸的帶輪設(shè)計·······························

9、········································21 4.3 主軸的設(shè)計計算························································································23 4.3.1 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計············································································23 4.3.2 軸的校核··························

10、·······························································24 4.3.3 鍵的校核·························································································27 4.4 錐齒輪的計算······························································································28 4.4.1 錐齒

11、輪的計算···················································································28 4.4.2 錐齒輪的校核計算··········································································33 4.5 車架的設(shè)計計算·························································································34 結(jié)論·········

12、···································································································36 參考文獻(xiàn)····································································································37 致謝·······················································································

13、·····················39  41 第1章 緒論 1.1清掃工具的現(xiàn)狀和發(fā)展前景 從20世紀(jì)60 年代我國研制生產(chǎn)路面清掃機(jī)械開始（指大型清掃機(jī)的研制），已有40 多年的生產(chǎn)歷史，然而中小型清掃機(jī)的研制開發(fā)則剛剛起步。相對于發(fā)達(dá)國家，我國地面清掃機(jī)在銷售規(guī)模、技術(shù)水平、清掃效果等方面都存在一定的差距。 隨著公共環(huán)境衛(wèi)生、工廠清潔機(jī)械市場的迅猛發(fā)展，2005 年之后，國內(nèi)地面清掃機(jī)開始呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢。但與國外相比，國內(nèi)還停留在市場的初級發(fā)展階段。 我國已逐步進(jìn)入現(xiàn)代化社會，陳舊、落

14、后的清掃方式及設(shè)備，已不能滿足社會進(jìn)步的需要。對于自動化掃地器具，人們常見的是馬路上的掃地車，它能進(jìn)行大面積街道清掃、工作效率高，并且節(jié)約人力。然而，小面積區(qū)域的清掃工具還主要沿用傳統(tǒng)手工掃地工具：掃帚，工作效率低、清掃效果不夠理想、浪費人力資源。而工作效率高的省時省力的龐然大物掃地車在比如廠區(qū)、居住小區(qū)、機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院、小街小巷、走廊等場所，確是英雄無用武之地。隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快及居住面積的增大，家居地面的清掃工作也越來越繁重，嚴(yán)重干擾了人們的生活。因此急需開發(fā)一種成本低、節(jié)約人力物力、清掃效果良好的適應(yīng)院落、小區(qū)、小巷、走廊等小區(qū)域場所的小型清掃設(shè)備。 目前，許多國家研制的清潔機(jī)器

15、人應(yīng)時而生。日本，美國，歐洲各大廠商競相開發(fā)，有些產(chǎn)品甚至很超前。例如，有一種具有高效吸塵除灰功能的清潔機(jī)器人，可遙控也可自主運(yùn)作，能轉(zhuǎn)向，躲避障礙物，有很高的實用價值，可對家居、廠礦企業(yè)等地面進(jìn)行清潔，幫助人們從繁雜的勞動中解放出來。在國外清潔設(shè)備的擁有率和洗衣機(jī)幾乎相當(dāng)，甚至要高（有公用洗衣房，專業(yè)洗衣店的緣故）。在這方面，國內(nèi)的研發(fā)步伐較慢，但是隨著國家城市化的進(jìn)程不斷加大和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多新興的中小城市正在崛起，城市化規(guī)模不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代化的工廠不斷建成，機(jī)關(guān)、小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校和公共場不斷建設(shè)機(jī)械化清掃已經(jīng)成為一種必然，地面的清潔養(yǎng)護(hù)及工廠清潔生產(chǎn)已經(jīng)越來越重要。勞動力成本的不斷提高，清

16、掃設(shè)備的市場前景日漸看好。 由于人們對環(huán)境污染問題越來越重視，燃油車在很大程度上受到限制。政府大力提倡綠色能源設(shè)備。近日國家出臺燃油含稅的政策，給電動掃地車帶來福音。小型清掃設(shè)備因其實用性強(qiáng)、 垃圾清掃率高 、污染小、成本底、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、維修方便等特點具有廣泛的市 場前景和實用價值，它的出現(xiàn)和使用，將極大減輕人們繁瑣的家務(wù)勞動，節(jié)省寶貴的時間，提 高了人們的生活質(zhì)量。小型清掃設(shè)備現(xiàn)在正是一個高速發(fā)展的時期，有著極其廣闊的發(fā)展空。 1.2 清掃設(shè)備的概述 1.2.1 清掃設(shè)備的分類 清掃設(shè)備按大小可分為大型清掃設(shè)備和中小型清掃設(shè)備。大型清掃設(shè)備主要是清掃車，由于本課題主要

17、研究的是小型清掃設(shè)備大型的清掃設(shè)備在此不再多述。而現(xiàn)有的小型清掃設(shè)備主要有兩大類分別為掃地機(jī)和清潔機(jī)器人。 （1）清潔機(jī)器人：清潔機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)該說是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個綜合性的結(jié)果，它集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。 清潔機(jī)器人是能夠在房間中自動清潔地面，保持家庭衛(wèi)生的一種機(jī)器人。它集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。包括有地面真空吸塵機(jī)器人、地面清掃機(jī)器人、壁面清洗機(jī)器人、泳池清洗機(jī)器人和一些特種清洗機(jī)器人，可用于各種場合的清潔工作。這方面的研究從上世紀(jì)80 年代起，

18、開始受到人們的注意，不過由于清潔的環(huán)境基本上是結(jié)構(gòu)、半結(jié)構(gòu)性的，但要清除的垃圾則完全是非結(jié)構(gòu)性的，造成一定困難。清潔機(jī)器人具有如下的特點：①清潔機(jī)器人自帶電源，小巧輕便、操作簡單、自主性強(qiáng)、具有很強(qiáng)的實用性。②清潔機(jī)器人的工作環(huán)境主要為普通家庭環(huán)境，但要求有較好的環(huán)境適應(yīng)性。③清潔機(jī)器人的任務(wù)是清掃地面，工作的對象是地面的灰塵、紙屑以及其他一些小尺寸物體，而大尺寸物體不作為清潔機(jī)器人的處理對象。考慮到安全因素，清潔機(jī)器人必須對人及家庭物品等不構(gòu)成任何危害，同時清潔機(jī)器人還必須具備自我保護(hù)的能力。就現(xiàn)有的技術(shù)而言清潔機(jī)器人的發(fā)展受到了很大的局限，它的推廣也得到了一定的限制。 （2）掃地機(jī)：掃地

19、機(jī)是現(xiàn)有技術(shù)下的最為經(jīng)濟(jì)實用的小型清掃設(shè)備。掃地機(jī)涉及地板上小面積地面覆蓋物的清掃機(jī)械領(lǐng)域，是一種小型家庭、工廠、小區(qū)、機(jī)關(guān)用的掃地機(jī)械。它的一般是由車架、車輪、罩殼和手把組成的手推小車。在車前側(cè)裝設(shè)立掃帚；車架、罩殼下方裝設(shè)橫掃帚，通過半交叉皮帶和齒輪等傳動件由車輪旋轉(zhuǎn)動力帶動掃帚將垃圾掃入車架前端設(shè)置的撮箕內(nèi)。從而避免了灰塵和廢氣污染與機(jī)動噪聲。結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。不清掃時能將掃帚抬起脫離地面。掃地速度在3—6 公里／時左右，掃地寬度在1～2 米。以圓盤刷為工具的新型掃 地機(jī)，主要用于家庭以及公共場所地板或室內(nèi)地面上覆蓋物的清掃。 1.2.2 我國清掃機(jī)械的發(fā)展趨勢 雖然國產(chǎn)清掃

20、機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)水平已有了一定的進(jìn)步，價格性能比優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品，但在以下幾個方面尚待進(jìn)一步提高，這也是今后我國清掃機(jī)械技術(shù)的發(fā)展趨勢。 （1）提高工作可靠性 目前國產(chǎn)清掃機(jī)工作可靠性不及進(jìn)口機(jī)，其原因主要有三，一是國產(chǎn)基礎(chǔ)件不過關(guān)，如動力裝置及其傳動系統(tǒng)、工作裝置的耐用性及材料的熱處理工藝等有待提高；二是制造工藝及加工精度較低；三是某些技術(shù)和整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計尚待完善等。 （2）研發(fā)多功能清掃機(jī) 目前的清掃機(jī)基本是單一清掃功能，不能進(jìn)行拖地、灑水和清洗護(hù)欄等。若能開發(fā)一專多能的清掃機(jī)，則其功能會進(jìn)一步拓展，也更為實用。 （3）注重環(huán)保的多功能清掃機(jī) 目前大多數(shù)機(jī)型，揚(yáng)塵比較嚴(yán)重。隨著國家對

21、環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，開發(fā)環(huán)保型清掃機(jī)非常必要。 （4） 根據(jù)需要生產(chǎn)不同種類和配置的清掃機(jī)械 清掃涉及各種不同等級的地面，它所需要的清掃機(jī)械也是不同的。如高檔場所和對地面要求較高的地方要求清掃機(jī)械必須具備很低的噪音和良好的清潔效果，當(dāng)然其相應(yīng)采購和使用成本較高。等級較低的其它普通走廊地面的清掃要求較低，相應(yīng)生產(chǎn)和使用成本較低。根據(jù)不同等級地面需要配置不同種類的清掃機(jī)械，以便降低地面總成本的投入，因此開發(fā)和生產(chǎn)不同種類和配置的清掃機(jī)械是必要的。 1.2.3 發(fā)現(xiàn)的問題和解決途徑 本課題要求是設(shè)計一種簡單，經(jīng)濟(jì)實用的走廊清掃機(jī)，其關(guān)鍵問題就在于如何很好的實現(xiàn)清掃功能。尤其使傳動系統(tǒng)、整

22、體結(jié)構(gòu)、工作裝置的設(shè)計。由于清潔器是一種出現(xiàn)比較晚的機(jī)械產(chǎn)品，因此在其設(shè)計過程中，不可避免的出現(xiàn)了很多未解決得難點疑點，總結(jié)其難點如下： 由于清掃機(jī)是一新興產(chǎn)品，掃地功能的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)還不成熟，很難查到相關(guān)的資料。因此掃地功能的實現(xiàn)是設(shè)計工作的一個很大的難點。清掃機(jī)工作時所產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵污染、漏垃圾、 噪音大和產(chǎn)品可靠性等方面也較難解決的問題。清掃范圍的大小不僅與清掃機(jī)的各部分的尺寸有關(guān)，并與它的總體設(shè)計構(gòu)形式有關(guān)。機(jī)構(gòu)太小工作效率就會降低，清掃范圍也就變小滿足不了走廊的清掃要求，機(jī)構(gòu)太大則設(shè)備就會太大從而增加轉(zhuǎn)彎半徑。使清掃機(jī)在走廊中轉(zhuǎn)彎困難。因此合理的選擇機(jī)構(gòu)的大小及機(jī)構(gòu)布置極為重要且

23、比較困難。 為了更好的了解所作題目，查閱已有文獻(xiàn)資料是十分重要的，由于走廊清掃機(jī)的資料很少的。因此，在設(shè)計過程中，廣泛的搜集資料，并借鑒了清潔機(jī)器人的一些數(shù)據(jù)資料對我的設(shè)計工作起了很大的幫助。通過閱讀“清潔機(jī)器人概述”（哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院李金山等著），“清潔機(jī)器人研究發(fā)展現(xiàn)狀”（哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院李金山等著），“清潔機(jī)器人及其應(yīng)用” （趙臣等著）等許多相關(guān)論文，觸類旁通對清潔機(jī)器的設(shè)計有了一定的認(rèn)識，在這些文獻(xiàn)綜述中，詳細(xì)的介紹了清潔機(jī)器人的一般設(shè)計思路，如外形的設(shè)計，機(jī)器人的驅(qū)動方式如何，具體結(jié)構(gòu)等等，都對我即將所作的設(shè)計提供了很大的幫助，此外，為了更好的設(shè)計清掃機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

24、，在軸，齒輪等重要元件的設(shè)計過程中保證其結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，又對機(jī)械設(shè)計等專業(yè)課本進(jìn)行了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，但是，由于清掃機(jī)出現(xiàn)時間晚，產(chǎn)品數(shù)量少，一些關(guān)鍵技術(shù)受專利所限，因此，很多關(guān)鍵技術(shù)是不會公布在資料之中的。所以，我參考用的資料并不能解決我在設(shè)計過程中所遇到的所有難點，有許多的問題是根據(jù)我自己的想法來做的。因為我的這些想法并不成熟，沒有太多的實踐性，所以，在解決一些棘手問題時并不能夠很好的解決。在今后的設(shè)計中，還需要通過實踐，對其一步一步的進(jìn)行改進(jìn)。 1.3 課題需要完成的任務(wù) 1.3.1 設(shè)計主要內(nèi)容 本課題要求設(shè)計出的走廊清掃機(jī)能完成普通清掃的功能。完成走廊清掃機(jī)的方案設(shè)計，以及結(jié)構(gòu)組成，并

25、對走廊清掃機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力計算，使其結(jié)構(gòu)布局和受力更加合理。 其主要設(shè)計內(nèi)容為： （1）走廊清掃機(jī)總體方案設(shè)計； （2）走廊清掃機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計； （3）完成2 萬字左右的畢業(yè)論文或設(shè)計說明書。 1.3.2 設(shè)計工作基本要求 ① 結(jié)合設(shè)計題目，在老師的指導(dǎo)下廣泛查閱文獻(xiàn)，并寫出不少于3000 字的文獻(xiàn) 綜述； ② 根據(jù)參考文獻(xiàn)和課題要求，提出自己擬定的可行性方案，并寫出開題報告； ③ 據(jù)課題要求，對走廊清掃機(jī)進(jìn)行受力計算，使其結(jié)構(gòu)布局和受力更加合理； ④和老師充分研討，列出論文編寫大綱； ⑤認(rèn)真撰寫論文，按時完成任務(wù)，準(zhǔn)備答辯； 總的要求就是畢業(yè)設(shè)計結(jié)束后，能夠達(dá)到預(yù)定的

26、目標(biāo)。 第2章 總體方案的設(shè)計 2.1 設(shè)計主要技術(shù)要求 驅(qū)動方式：汽油機(jī)或者電力驅(qū)動。汽油驅(qū)動型適合院落、停車場等戶外清掃作業(yè)；電瓶驅(qū)動型因其噪音低，污染小，適合室內(nèi)清掃作業(yè)。 每小時清掃面積不低于1000 平方米。垃圾箱容量不低于30L。 2.2 總體方案的確定 由于工作的場合對環(huán)境要求較高因動力裝置都選為噪音低，污染小環(huán)保的電驅(qū)動。 最初設(shè)計了許多的方案，最終綜合考慮認(rèn)為其中三種方案最為有可能實現(xiàn)我們的課題要求，在此僅對這三種方案進(jìn)行分析說明。 方案一： 圖 2.1 方案一簡圖 工作原理

27、：殼體l 的前上部設(shè)有電機(jī)2 和電池，殼體1 的前下部設(shè)有滾刷3，電機(jī)2 通過傳動帶帶動滾刷3。工作時，滾刷3 掃起的灰塵直接進(jìn)入垃圾斗6 中；同時，殼體l 的底板上的垃圾斗6 的前部設(shè)有導(dǎo)向斜面4、垃圾斗7 的下沿設(shè)有向后傾斜的小斜面5 ，導(dǎo)向斜面4、小斜面5 將灰塵導(dǎo)入垃圾斗4 中。 方案二： 圖 2.2 方案二簡圖 工作原理：推動車體前進(jìn)，電機(jī)通過傳送帶將運(yùn)動傳遞給帶輪2、滾筒軸3 ，從而帶動毛刷滾筒3 作逆時針轉(zhuǎn)動；同時，主動帶輪通過傳送帶將運(yùn)動傳給帶輪9、齒輪10 再傳給齒輪6 最后傳給輸送輪7，再帶動傳送帶5 作順時針轉(zhuǎn)動。在毛刷和刮鏟4 的共同作用下，通過傳送帶5

28、 以及卸料板將垃圾送到垃圾箱8 中。 方案三： 圖 2.3 方案三簡圖 工作原理：推動清掃機(jī)前進(jìn)，電機(jī)1 將運(yùn)動傳給帶輪2 再有帶傳動傳給帶輪3 從而使同一根軸上的帶輪7 和錐齒輪4、9 旋轉(zhuǎn)。帶輪7 將運(yùn)動傳給帶輪8，帶輪8 帶動主刷13 作逆時針旋轉(zhuǎn)，通過傾斜的導(dǎo)向刮板12 將垃圾送入垃圾箱內(nèi)。同時錐齒輪4、9 帶動錐齒輪5、10 轉(zhuǎn)動，再有帶傳動將運(yùn)動傳給兩側(cè)刷11、14 使側(cè)刷11 作順時針轉(zhuǎn)動，側(cè)刷14 作逆時針轉(zhuǎn)動，將兩側(cè)的垃圾掃到中間，傳給主刷13 由主刷將垃圾掃入垃圾箱內(nèi)。 方案對比： 方案一：此方案結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備體積小。適合小面積的清掃工作，但

29、此清掃機(jī)垃圾箱容量小、進(jìn)塵口小而且此清掃機(jī)的電池容量不易過大，容量低，不適合長時間的清掃工作，并且不適合較大些垃圾的清理。 方案二：此方案清掃機(jī)可以清掃大型的垃圾雜物，而且垃圾容量大，可配置較大容量的電池，適合長時間的工作，并可作為院落、工廠、小區(qū)等較大面積區(qū)域的清掃工具。但此方案的 清掃機(jī)由于帶的存在可能使此設(shè)備的尺寸較大，且不易用于清掃灰塵等細(xì)微輕小物質(zhì)。由于清掃機(jī)兩邊存在清掃死角，不能清掃墻角和靠近障礙物的地方。 方案三：此方案彌補(bǔ)了前兩種方案的缺陷，可以對各種大小的垃圾進(jìn)行清理，兩側(cè)的清掃刷可方便的清掃墻角及靠近障礙物的地方。并且由于兩側(cè)的清掃刷的存在，相對于第二種方案大大的

30、增加了清掃寬度，而且轉(zhuǎn)彎半徑不變。并且配置了大容量的電池和大容量垃圾箱，大大提高了工作效率和清掃效果，可進(jìn)行長時間的工作。除作為走廊清掃工具外，也可作為院落、工廠、小區(qū)等較大面積區(qū)域的清掃工具。此方案是一種理想的經(jīng)濟(jì)實用的走廊清掃機(jī)設(shè)計方案。 因此綜合考慮選擇第三種方案作為最終設(shè)計方案。其實體外形如下圖： 第3章 動力裝置的確定 3.1 蓄電池的選擇 選用蓄電池型號 清掃機(jī)所使用的蓄電池要求在使用過程中能夠完全放電，不排放有害氣體，不污染環(huán)境。 由此針對此設(shè)計選用鉛蓄電池，型號為：3DAW250 有關(guān)性能為： 標(biāo)準(zhǔn)電壓為12V 其比能量達(dá)250w? h/kg

31、使用壽命為充放電1200 次 放電深度為75% 外形尺寸為：長×寬×高=120mm×70mm×70mm 重量約為：5kg 此蓄電池外形圖為： 圖3.1 蓄電池 此蓄電池的性能： （1）該電池為全密封閥控式（可維護(hù)）電動車專用蓄電池，具有全密封防泄露設(shè)計、安全可靠、自放電小、容量大、比能量高等優(yōu)點。 （2）污染少，噪聲小?？蓽p少排污97%，甚至可做到零排污 （3）節(jié)約能源，為普通蓄電池耗能的2/3 （4）結(jié)構(gòu)簡單、控制方便，易于操作和維修 （5）使用時間長，充電后每次

32、可用15 小時 （6）有足夠的功率供清掃機(jī)達(dá)到每小時清掃面積不低于1000 平方米的要求。 （7）使用壽命長，一般可充電700 次左右 3. 2 電動機(jī)的選擇 （1）電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式 電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式可以根據(jù)電源的種類、工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸）和載荷特點（性質(zhì)、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。 在移動的設(shè)備中和蓄電池配套的較常使用的電機(jī)有直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)。 直流電動機(jī)的優(yōu)點：容易購得，型號多，功率大，接口簡單，適合大型機(jī)器。 直流電動機(jī)的缺點：太快需要齒輪減速器，電流通常較大，較難與車輪裝配，控制復(fù)雜。 步進(jìn)電動機(jī)的優(yōu)點：精確的速度控制，型號多，適合室

33、內(nèi)機(jī)器人的速度，接口簡單，便宜。 步進(jìn)電動機(jī)的缺點: 功率與自重比小，電流通常較大，體積大，較難與車輪裝配，負(fù)載能力低，功率小，控制復(fù)雜，運(yùn)動時產(chǎn)生震動。 清掃機(jī)多在室內(nèi)環(huán)境下工作，要求控制較簡單，運(yùn)行平穩(wěn)，因此選擇直流電動機(jī)。 （2）直流齒輪減速電動機(jī)的選擇 齒輪減速電機(jī)有時叫做齒輪馬達(dá)或減速電機(jī)。它們通常由轉(zhuǎn)軸上帶有減速器的直流電動機(jī)有刷電機(jī)組成。如果一個電機(jī)看上去明顯由兩個不同的部分連接而成，那么就可以認(rèn)定它是齒輪減速電機(jī)。齒輪減速電機(jī)通常通過減小電機(jī)速度來增加旋轉(zhuǎn)能力。 因為直流電動機(jī)仍然從內(nèi)部伸出兩個相同的插頭，所以齒輪減速電機(jī)與普通電機(jī)一樣使用方便。與最后一級齒輪相連的是

34、一根轉(zhuǎn)軸。這個新轉(zhuǎn)軸的末端伸出減速器的頂部，便于輪子和其他元件與其相接。這個伸出減速器的新轉(zhuǎn)軸代替了伸出電動機(jī)的老轉(zhuǎn)軸。當(dāng)查看電動機(jī)時，如果轉(zhuǎn)軸沒有從中心伸出，那么這個電動機(jī)可能是齒輪減速電動機(jī)。 選擇普通直流電動機(jī)所用的標(biāo)準(zhǔn)仍然適合用來選擇齒輪減速直流電動機(jī)，即檢查電壓，尺寸，重量和RPM。在大轉(zhuǎn)矩應(yīng)用場合，常選用帶有金屬齒輪和金屬減速器機(jī)架的行星輪減速器。塑料齒輪具有非常輕的質(zhì)量，更適合低轉(zhuǎn)矩，需要反應(yīng)迅速的應(yīng)用場合。本設(shè)計中選用金屬齒輪的減速電機(jī)。 （3）電機(jī)功率的計算 電動機(jī)容量（功率）選得合適與否，對電動機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響，當(dāng)容量小于工作要求的時候，電動機(jī)不能保證工作

35、機(jī)的正常工作，或使電動機(jī)因長期過載發(fā)熱量大而過早損壞；容量過大則電動機(jī)價格高，能量充分利用，經(jīng)常處于不滿載運(yùn)行，其效率和功率因數(shù)都降低，增加電能消耗造成很大浪費。 電動機(jī)容量主要根據(jù)電動機(jī)運(yùn)行的發(fā)熱條件來決定。電動機(jī)的發(fā)熱與其運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。對于長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷不變或變化很小，常溫下工作的機(jī)械，只要所選電動機(jī)的額定功率Pm 等于或大于所需電動機(jī)功率P0，即Pm>=P0，電動機(jī)在工作時就不會過熱，而不必校驗發(fā)熱和起動力矩。 清掃機(jī)清掃材料選用尼龍材料。設(shè)計圓盤毛刷受力約為F=50N，轉(zhuǎn)速為n=60r/min.滾筒清掃受力約為F=75N,轉(zhuǎn)速為n=40r/min。 圓盤毛刷轉(zhuǎn)矩T= FR=5

36、0×0.15=7.5N·m 所需功率P= ==47W 圓盤毛刷到錐齒輪間用帶傳動，傳遞效率90%。 橫放錐齒輪III軸處的功率為： PIII= P/?=47÷90%=52W 齒輪間的傳遞效率為90% 豎放齒輪處的功率 P= PIII/ ?=52÷90%=58W 滾筒處II軸的轉(zhuǎn)矩 T=FR=75×0.25=18.75N·m 此處的功率 P===78.5W 滾筒到主動軸I軸用帶傳動，傳遞效率為90%

37、 P=P/ ?=78.5÷90%=87.2W 電機(jī)到I軸之間用帶傳動，傳遞效率90% 電機(jī)的輸出功率 P=(2P+ P)/ ?=(2×58+87.2)÷90%=225.8W 由于清掃機(jī)工作速度為60r/min 為較低轉(zhuǎn)速故選用12V250W 齒輪減速電機(jī)，其輸出轉(zhuǎn)速為600r/min。 第4章 清掃機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1傳動比的分配 電機(jī)到II軸之間的總傳動比 i===15 分配各級傳動比 設(shè)

38、計有電機(jī)到I軸的傳動比i=5； 由I軸到III軸的傳動比i=3。 電機(jī)到圓盤毛刷的總傳動比 i===10 齒輪間的傳動比為i=2 圖4.1 清掃機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 4.2 帶輪的選擇設(shè)計 4.2.1 I軸帶輪的設(shè)計計算 1）確定計算功率 計算功率Pca 是根據(jù)傳遞功率P，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)行時間長短等因素影響而確定。 P= KP=1×203.2=203.2W 式中：P——計算功率 K——工況系數(shù)。查工況系數(shù)表得K=1 P—

39、—所需傳遞的額定功率長 2）計算傳動比 i===5 選擇Z型V帶 3）由機(jī)械設(shè)計手冊表12-1-11，取小帶輪基準(zhǔn)直徑為d=50mm 4）大帶輪直徑 d=i d=5×50=250mm 5）計算帶速v v===1.57m/s 6）初定中心距a 0.7（d+ d）﹤a﹤2（d+ d） 210 ﹤a﹤600 取 a=300mm 7）計算基準(zhǔn)長度 Ld=2a+（d+ d）+ =2×3

40、.14+×300+ =1096mm 查機(jī)械設(shè)計手冊表12-1-4，取基準(zhǔn)長度Ld=1000mm 8）實際中心距a a≈a+ ≈300+ ≈252 取a=250mm 9）小帶輪包角α α=180°－×57.3° =180°－×57.3° =135°﹥120° 所以小帶輪包角合理 10）確定V帶根數(shù) 一般單根V帶可傳遞的功率達(dá)75KW。此處，所傳遞的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于75K

41、W，所以用一根V帶足以。 11）單根V帶的張緊力 F=500(－1)+mv =500×(－1)×+0.06×1.57 =29.46N 式中：——包角修正系數(shù) ， 查表機(jī)械設(shè)計手冊12-1-21得=0.88 m——V帶單位長度質(zhì)量，kg/m。查表12-1-23得m=0.06 kg/m 12）作用在軸上的力F F=2 FZsin =2×29.46×1×sin68°

42、=51.4N F= F=77.1N 13) 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計V 帶輪時應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，輪槽工作面要精細(xì)加工，以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以減少載荷分布均勻。 圖4.2 V帶的截面形式 參照機(jī)械設(shè)計手冊12-7～12-10可知： 基準(zhǔn)寬度bd 為8.5 ㎜；基準(zhǔn)線上槽深hamin 為2.0 ㎜；基準(zhǔn)線下槽深為hfmin 為7.0 ㎜；帶輪寬B 為B=(Z-1)e＋2f ㎜；外徑da=dd＋2ha ㎜；從而確定帶輪的各部分尺寸。 初定小帶輪孔徑d=20

43、mm，基準(zhǔn)直徑d=50mm，外徑d=53.2mm，輪寬B=14mm，輪槽寬b=8.5mm。因為基準(zhǔn)直徑d≦2.5d，所以小帶輪采用實心結(jié)構(gòu)。 大帶輪基準(zhǔn)直徑d=i d=5×50=250mm d= d－2（h+ f+δ） =254－2×（2.0+7.0+5.5） =225mm d=（1.8～2）d=43mm 因為d- d﹥100mm,所以大帶輪采用孔板式。腹板厚S=10mm L=（1.5～2）d=36 輪寬B=20mm，S≧1.5S=15

44、mm，S≧0.5S=7mm，d==134mm。輪槽寬b=8.5mm。 圖4.3 I軸大帶輪結(jié)構(gòu)示意圖 4.2.2 I-Ⅱ軸帶輪的設(shè)計計算 1）確定計算功率 P= KP=1×78.5=78.5W 式中：P——計算功率 K——工況系數(shù)。查工況系數(shù)表得K=1 P——所需傳遞的額定功率長 2）根據(jù)機(jī)械設(shè)計表8-6和8-11 ， 選擇Z型V帶 3）計算傳動比 i===3 4）由機(jī)械設(shè)計手冊表12-1-11，取小帶輪直徑為d=56mm 5）大帶輪直徑

45、 d=i d=3×56=168mm 取d=160mm 6）計算帶速v v===1.35m/s 7）初定中心距 0.7（d+ d）﹤a﹤2（d+ d） 156.8 ﹤a﹤448 取a=380mm 8）計算基準(zhǔn)長度Ld Ld=2a+（d+ d）+ =2×380+×224+

46、 =1126mm 查機(jī)械設(shè)計手冊12-1-4，取基準(zhǔn)長度Ld=1120mm 9）世紀(jì)中心距a a≈a+ ≈380+ ≈374mm 考慮到滾筒與帶輪2之間有一定的間隙，所以取a=380mm 10)小帶輪包角 α=180°-×57.3° =180°-×57.3°

47、 =163.2°﹥120° 所以小帶輪包角合適 11）確定V帶根數(shù) 此處帶輪之間所傳遞的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單根V帶所傳遞的功率，所以這里僅用一根V帶。 12）單根V帶的初張緊力 F=500(-1)+mv =500×(-1)×+0.06×0.35 =130N 式中：——包角修正系數(shù) 查表機(jī)械設(shè)計手冊12-1-21得=0.95 m——V帶單位長度質(zhì)量，kg/m。查表12-1

48、-23得m=0.06 kg/m 13）作用在軸上的力F F=2 FZsin =2×130×1×sin81.6° =249.2N F= F=373.8N 14）帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 參照機(jī)械設(shè)計手冊12-7～12-10，設(shè)計小帶輪孔徑d=20mm，可采用實心式。輪寬B=14mm，外徑d=60mm，輪槽寬b=8.5mm 設(shè)計大帶輪孔徑d=25mm，因為d≧2.5d，

49、所以采用腹板式。輪寬B=14mm， d= d-2（h+ f+δ） =164－2×（2.5+8.0+5.5） =132mm d=（1.8～2）d=40mm 4.2.3 Ⅲ—Ⅳ軸的帶輪設(shè)計 1）確定計算功率 P= KP=1×47=47W 式中：P——計算功率 K——工況系數(shù)。查工況系數(shù)表得K=1 P——所需傳遞的額定功率長

50、 2）確定傳動比 由總體傳動比可確定傳動比為i=1 選用Z型V帶 3）查機(jī)械設(shè)計手冊表12-1-11得小帶輪的基準(zhǔn)直徑d=100mm 4）計算帶速 v===0.33m/s 5）計算中心距 a==456mm 6）計算基準(zhǔn)長度Ld Ld=2a+（d+ d）+ =2×456+×212 =1245mm 查機(jī)

51、械設(shè)計手冊12-1-4，選擇基準(zhǔn)長度Ld=1250mm 7）單根V帶的初張緊力 F=500(-1)+mv =500×(-1)×+0.06×0.33 =107N 式中：——包角修正系數(shù) 查表機(jī)械設(shè)計手冊12-1-21得=1 m——V帶單位長度質(zhì)量，kg/m。查表12-1-23得m=0.06 kg/m 8）計算壓軸力F F=2 FZsin

52、 =2×107×1×sin90° =214N F= F=321N 9)帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 兩個帶輪均采用腹板式結(jié)構(gòu) 設(shè)計V 帶輪時應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量小；結(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，輪槽工作面要精細(xì)加工，以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以減少載荷分布均勻。 4.3 主軸的設(shè)計計算 4.3.1主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）主軸的材料選擇45鋼調(diào)制處理，初步計算其最小直徑。取A=115，則： d

53、≧A=115×=13.7mm 初步取d最小直徑為20mm 2）采用下圖所示裝配方案： 圖4.4 主軸裝配示意圖 3）確定軸的各段直徑和長度 ①為了滿足軸向定位要求， I-II 軸段右端須制造出一軸肩，故取II-III 軸段的直徑為27 ㎜，長度為25 ㎜。I-II 軸段的左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑為28 ㎜。使帶輪繞軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，為了保證軸端擋圈只壓在帶輪上，采用的I-II 軸段的直徑為20 ㎜，長度為20 ㎜； ②初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用軸承參照 工作要求并根據(jù)III-Ⅳ軸段的直徑為30 ㎜，由軸承產(chǎn)品目錄

54、初步選取0 基本游隙組標(biāo)準(zhǔn)精度級的圓錐滾子軸承32006 型其尺寸為d×D×T=30 ㎜×55 ㎜×13 ㎜,故選用III-IV 軸段的直徑為30 ㎜，長度為22 ㎜。右端軸承采用采用套筒進(jìn)行軸向定位。由手冊查得厚度為h=4 ㎜,取IV-V 軸段的直徑為30 ㎜。套筒右端用定位。 ③安裝齒輪處的的軸段V-VI 的直徑為30 ㎜齒輪左端用擋圈定位。右端用一套筒定位，同時套筒右端定位帶輪。已知帶輪的輪轂寬度為25 ㎜，為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度故采用VI-Ⅶ軸段的長度為22 ㎜。帶輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h﹥0.07d,取h=3.5 ㎜,則軸環(huán)處的直徑為42 ㎜。軸

55、環(huán)寬度b≥1.4h,取Ⅶ-Ⅷ軸段的長度為10 ㎜。為了滿足右端齒輪的軸向固定要求，采用階梯軸形式，選用Ⅷ-Ⅸ軸段的直徑為35 ㎜，長度為193 ㎜。右端的零部件結(jié)構(gòu)的定位及軸徑長度與左端的大體相同。 ④帶輪及齒輪與軸的軸向定位采用平鍵連接。按照齒輪與軸的直徑由手冊查表得平鍵截面尺寸分別為b×h×l=6 ㎜×6 ㎜×14 ㎜、 b×h×l=8 ㎜×7 ㎜×16 ㎜、b×h×l=10 ㎜×8 ㎜×16 ㎜(GB/T1095-1979)。鍵槽用鍵槽銑加工，同時為了保證齒輪和軸的配有良好的對中性，故選擇輪轂與軸的配合為H7/n6. 圓錐滾子軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證，此處選軸的直徑尺寸公差

56、為h6。 4.3.2 軸的校核 下面對主軸進(jìn)行校核。 根據(jù)設(shè)計的軸的尺寸和各處所傳遞的功率，計算軸上的力及力矩。 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F F=85N, F=125N F=217N, F=217N 彎矩M M=35.37N·m M=30.38N·m 總彎矩 M=46.62 N·m 扭矩T T=20.8 N·m 軸的受力如圖所示： F F F F

57、F F 11.25N·m 35.37N·m 25.36N·m M F F F F 30.38N·m 30.38N·m M 11.25N·m 46.62N·m 39.57N·m M 16.2N·m 20.8N·m 4.6N

58、·m T 圖4.5 主軸的受力示意圖 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）。] 軸的抗彎截面系數(shù) W=－ =－ =3843mm 式中：d——軸的直徑 b——鍵槽寬度 t——鍵槽深度 t=3.5mm σ= = =12.56Mp 式中：σ——軸的計算應(yīng)力，Mp M——軸所受的彎矩，N·mm T——軸所受的扭矩，N·mm а——取а=0.6 軸的材料選用45鋼，其許用應(yīng)力〔σ〕=60 Mp σ﹤〔σ〕 所以該軸安全。 4.3.3 鍵的校核

59、 鍵的失效形式主要是工作面被壓潰，一般只對擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核，由公式得： σ= 式中： t—傳遞的轉(zhuǎn)矩，為20.8N·M k—鍵的工作長度，為14 ㎜ d—軸的直徑 ，為35 ㎜ 〔σ〕—鍵、軸、連軸器輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，需用擠壓應(yīng)力[σ p ]=70～80MPa，取其平均值75MPa,得： σ==49.52 Mp﹤[σ p ] 所以，鍵是安全的。 4.4 錐齒輪計算 選用斜齒錐齒輪傳動，走廊清掃機(jī)為一般機(jī)械轉(zhuǎn)速不高，故選用8 級精度選擇小錐齒輪的材料為42SiMn(調(diào)質(zhì)硬度240∽270HBS), 大錐齒輪的材料為42SiMn(調(diào)質(zhì)硬度210∽240

60、HBS)。 1） 齒形角α 選用EN刀盤，則α=20° 2） 大端端面模數(shù) 根據(jù)強(qiáng)度與類比法確定 m=4 3） 齒數(shù)比 由傳動關(guān)系可知，齒數(shù)比μ===2 4） 確定齒數(shù) 由機(jī)械設(shè)計手冊表13-3-11和實際空間得z=17，z=μz=2×17=34.因為z和z最好無公因數(shù)，取z=33，則實際傳動比μ=2.06 5） 分錐角δ tanδ==0.4857 δ= 25°54′23″ δ=64°5′37″ 6） 分度圓直徑 d=m z=4×17=68mm d=m z=4×33=132mm 7） 錐距R

61、R==77.82mm 8） 齒寬b b=(～)R=22mm 9） 假想平面齒輪齒數(shù)Z Z==38.91mm 10) 參考點錐距R R=R－0.415b=77.82－0.415×22=68.69mm 11） 小端錐距R R=R－b=77.82－22=55.82mm 12)齒寬中點螺旋角 取=35°，小齒輪右旋，大齒輪左旋。 13）初定參考點螺旋角 =0.914（β+6°）=0.914×（35°+6°）=37.5° 14） 選擇銑刀盤 由機(jī)械設(shè)計手冊圖13-

62、3-10，根據(jù)=37.5°，R=68.69mm,查得標(biāo)準(zhǔn)刀盤半徑 r=44mm，對應(yīng)的螺旋角=40°，由表13-3-19得Z=4 15） 選擇刀片型號 由機(jī)械設(shè)計手冊圖13-1-11和表13-3-19，根據(jù)Z=38.91mm, =37.5°,確定選用EN4-44刀盤時用3號刀片 r=1972mm. 16)參考點法向模數(shù)m m=2=2×=2.708 17)參考點實際螺旋角β β===0.7670 β=39°55′ 18）齒高h(yuǎn) h=2.15 m+0.35=2.15×2.708+0.35=

63、6.17mm 19)銑刀軸傾角Δα 由==7.13和β=39°55′，查機(jī)械設(shè)計手冊圖13-3-12得δ=79°18 所以Δα=0 20）高變位系數(shù)x 因為Z=17﹥16，所以x= x=0 21）齒頂高h(yuǎn) h=(1+ x) m=(1+0)×2.708=2.708mm h=(1+ x) m=(1+0)×2.708=2.708mm 22）齒根高h(yuǎn) h=h－h(huán)=6.17－2.708=3.462mm h=h－h(huán)=6.17－2.708=3.462mm 23)切向變位系數(shù)x

64、 x===0.02 x=- x=-0.02 24）齒頂圓直徑d d= d+2hcosδ=68+2×2.708×cos25°54′23″=72.87mm d= d+2hcosδ=132+2×2.708×cos64°5′37″=134.37mm 25)外錐高A A=Rcosδ- hsinδ =77.82×cos25°54′23″－2.708×sin25°54′23″ =68.816mm A=Rcosδ- hsinδ

65、 =77.82×cos64°5′37″－2.708×sin64°5′37″ =32.143mm 26)安裝距 按結(jié)構(gòu)確定A=88mm, A=72mm 27)支承端距H H= A－A=88－68.82=19.18mm H= A－A=72－32.14=39.86mm 28)大端螺旋角β 查機(jī)械設(shè)計手冊圖13-3-16，由β=39°55′，==1.13,查得β=48°54 29）弧齒厚s s=m(++x)

66、=4×(++0.02)=6.36mm s=πm－s=3.14×4－6.36=6.2mm 將以上數(shù)據(jù)列表如下： 表4.2 中央螺旋傳動錐齒輪主要參數(shù)表 項目 主動齒輪 從動齒輪 齒數(shù) z=17 z=33 大端模數(shù)（mm） Me=4 Me=4 齒形角 α=20° α=20° 螺旋角及旋向 =35° （右） =35° （左） 分錐角 δ= 25°54′23″ δ=64°5′37″ 高度變位系數(shù) x=0 x=0 切向變位系數(shù) x0.02 x=-0.02 大端分度圓直徑 d=68mm d=132mm 全齒高 h=6.17mm h=6.17mm 齒頂高 h=2.708mm h=2.708mm 齒根高 h=3.462mm h=3.462mm 參考點法向模數(shù) m=2.708 m=2.708 齒寬 b=22mm b=22mm 大端錐距 R=77.82mm R=77.82mm 小端錐距 R=55.82mm R=55.82