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摘 要
隨著社會迅猛的發(fā)展，人們生活的節(jié)奏也加快了腳步，人們身上的壓力也隨之增大了，所以很少會有人還愿意打掃自有人己的房間。這就使得清潔手推式地面清潔機有了廣大的市場。但是現(xiàn)在市場上存在的手推式地面清潔機質(zhì)量好的一般價格也比較昂貴，希望通過這次設(shè)計，可以降低手推式地面清潔機的生產(chǎn)成本，使得手推式地面清潔機能夠進入更多人的生活當中。根據(jù)手推式地面清潔機清洗作業(yè)的要求，機器人首先必須具備清洗作業(yè)功能和控制功能，此外手推式地面清潔機還必須在地面進行和移動。
本設(shè)計是針對現(xiàn)有清潔機存在的問題，進行了分析和研究，找出了存在的主要問題，查閱了手推式地面清潔機的相關(guān)信息，擬定出了傳動的設(shè)計方案，選擇確定了手推式電動洗地機的總體方案。
清潔機主要包括箱體，支撐架，滾刷，盤刷，電機，齒輪傳動系統(tǒng)等組成。其中，通過電機帶動刷子轉(zhuǎn)動，使刷子壓緊，隨后產(chǎn)生一定的清洗壓力，能達到較好的清洗。
關(guān)鍵詞：手推式地面清潔機；運動原理；結(jié)構(gòu)設(shè)計
I
ABSTRACT
Today, more and more rapid development of society, faster and faster pace of life, people who are under increasing pressure, so few people will still want to after a day's work to clean his room. This makes cleaning push floor cleaning machines in great demand. But now good push floor-cleaning machine quality is generally present on the market price is also more expensive, hope that through this design, reduce production costs push floor cleaning machines that push floor cleaning machine can go more people's lives. The requirements push floor cleaning machine cleaning operations, the robot must first have the cleaning work and control functions, in addition push floor-cleaning machine and must also be moved on the ground.
This design in view of the cleaning system machine problems, careful analysis, find out the main factors, access to relevant information cleaning system machine, according to the system parameters and requirements for the cleaning system machine. draws up the design proposal, the hand push the overall scheme.
Push floor cleaning machine hosts mainly by the cabinet, the support frame, shield, brush, motor, gear system and so on. Pressing the brush, a certain pressure cleaning, the brush is rotated by a motor drive, to achieve the purpose of cleaning.
Key Words： push floor cleaning machines; the principle of movement; structural design
XI
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1 課題的研究意義 1
1.2 選題的研究現(xiàn)狀 1
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
2 手推式地面清潔機總體方案設(shè)計 6
2.1 手推式地面清潔機的總體方案 6
2.2 手推式地面清潔機傳動系統(tǒng)的選擇 6
2.3 手推式地面清潔機的選擇方案 7
2.4 其它部分方案 8
2.5 本章小結(jié) 9
3 手推式地面清潔機的傳動系統(tǒng)設(shè)計 10
3.1 電動機的選擇 10
3.2 直齒輪副的設(shè)計計算 11
3.3 錐齒輪副的設(shè)計計算 16
3.4 中心軸管的受力分析 19
3.5 中心軸管的強度校核 20
3.6 鍵的校核 21
3.7 軸承的選擇與校核 21
3.8 蓄電池的選擇 22
3.9 本章小結(jié) 23
4 手推式地面清潔機的清洗系統(tǒng)設(shè)計 24
4.1 清洗機方案的比較與確定 24
4.2 清洗機器清洗部分設(shè)計 26
4.3 內(nèi)空心軸設(shè)計 28
4.4 本章小結(jié) 28
5 其他輔助系統(tǒng)設(shè)計 29
5.1 同步帶的概述及計算 29
5.2 軸的設(shè)計 33
5.3 軸的校核 34
5.4 鍵的校核 34
5.5 吸塵機構(gòu)設(shè)計 34
6 萬向輪 35
6.1 萬向輪的應(yīng)用 35
6.2 萬向輪的總體設(shè)計 35
7 車架的設(shè)計 38
7.1 架子材料的選擇確定 38
7.2 主要梁的強度校核 38
8 結(jié) 論 40
參 考 文 獻 41
附錄1：外文翻譯 42
附錄2：外文原文 49
致 謝 54
手推式地面清潔機設(shè)計
1 緒論
1.1 課題的研究意義
社會的快速發(fā)展導(dǎo)致了人們的生活節(jié)奏也越來越來快，已經(jīng)很少人會愿意自己親自清潔房間了，這也就使得手推式地面清潔機進入更多人的生活當中。
1.2 選題的研究現(xiàn)狀
國外的手推式地面清潔機因為有著幾十年的發(fā)展史，再加之基礎(chǔ)零部件的可靠性比較高，因此都有一個共同的特點，可靠性相對國內(nèi)產(chǎn)品要高。而且早已廣泛的應(yīng)用了先進的電子技術(shù)，有些還應(yīng)用了有線和無線的遙控。目前，國外在手推式地面清潔機器人的研究領(lǐng)域完成了許多工作，取得了一定的研究成果，比如日立、松下、三星等世界著名公司都已經(jīng)開發(fā)出了智能吸塵機器人。
而在國內(nèi)，各大科研機構(gòu)和高等院校也都開始進行手推式地面清潔機的研究。哈爾濱工業(yè)大學(xué)于20世紀90年代開始致力于這方面的研究，與香港中文大學(xué)合作，聯(lián)合研制開發(fā)出一種全方位移動手推式地面清潔機器人。浙江大學(xué)于1999年初對智能機器人進行研究，兩年后便成功研制出國內(nèi)第一個具有初步智能的自主吸塵機器人。雖然我國研制出的手推式地面清潔機在品種規(guī)格上和使用性能上已基本能夠滿足國內(nèi)各種需求，但是國產(chǎn)產(chǎn)品存在外形仍舊單調(diào)、功能單一、操作不方便、清洗效率低等問題。
德國 Kaercher 公司生產(chǎn)的RC3000是世界上第一臺能夠自主完成家庭地面打掃工作的清潔手推式地面清潔機器人[19]，如圖1.1 所示，這款手推式地面清潔機的內(nèi)部裝有芯片控制系統(tǒng)以及光電傳感器，一旦手推式地面清潔機在清洗過程中檢測到有任何異物的存在，它就可以隨機的改變行進的方向，繼續(xù)進行打掃，一直到打掃工作徹底完成。當電源電壓不足時，它會自主地返回充電站進行充電。在這款手推式地面清潔機的內(nèi)部一共設(shè)置了四種清潔程序，手推式地面清潔機會根據(jù)環(huán)境的不同來選擇最合適的程序進行打掃。在手推式地面清潔機的內(nèi)部裝有光敏傳感器，當手推式地面清潔機打掃到距離樓梯或者臺階時，能夠自動避讓，不會跌落[18]。
跟著經(jīng)濟的開展和社會進步，大家對生活質(zhì)量的需要愈來愈高，交通快捷也就越來越變成社會開展?的迫切需要，所以路面的打掃和保潔也越來越受到各界的關(guān)注，多年?來構(gòu)成的人工打掃的模式明顯已經(jīng)不習(xí)慣中國高等公路開展的客觀需要了，人工打掃會造成粉塵飛揚，嚴重影?響到了清潔工人的身體安康安全，也不可避免的形成了環(huán)境二次污染?。在公路上車輛的高速前行對清潔工人的生命安全也形成了潛在要挾，這就需要我們有必要開括清?掃機械的發(fā)展，只有這樣才能滿意敏捷開展的高等級公路的客觀需要，才能使大家生活在潔凈安康的環(huán)境中，這?也是人類二十一世紀高品質(zhì)生活的重要目的。
從20世紀60?年代的中國研制出產(chǎn)路面打掃機械開端，已有40?多年的發(fā)展歷史了，可是中小型清潔機的研制開發(fā)才剛剛起步。有關(guān)于發(fā)達國家，中國地面清潔機在出售規(guī)劃、技術(shù)水平和打掃作用等方面都存在著差距。隨著公共環(huán)境衛(wèi)生及工廠清洗機械商場的迅猛發(fā)展，2005?年之后，國內(nèi)地面清潔機開始出現(xiàn)了疾速發(fā)展的趨勢。但是與之國外的地面清潔機比較，國內(nèi)還是處于停留在商場的初級發(fā)展期間。?
中國逐漸進入了現(xiàn)代化社會，所以陳腐、落后的清潔設(shè)備和方法，早已不能滿意于社會發(fā)展進步的需求了。關(guān)于自動化洗地用具，大家最最常見的就是馬路上的洗地車了，它可以進行大面積的清掃，而且作業(yè)功率高，節(jié)省人力和物力?？墒?，小面積區(qū)域的清掃還再沿襲著傳統(tǒng)的手藝洗地工具，例如掃帚。其作業(yè)功率較低、糟蹋人力和物力資源。隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加速及居住面積的越來越大，居家清潔面積上的清潔作業(yè)也越來越繁重了，嚴重影響到了大家的生活。因而急需要開發(fā)一種價格低廉、省時省力可以清潔像院子、小區(qū)、冷巷、走廊等小區(qū)域場所的小型清潔設(shè)備。
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國內(nèi)手推式地面清潔機的開展閱歷進程如下；第一期間，20世紀60時代，中國研制出純掃式手推式地面清潔機，因為純掃式手推式地面清潔機具有諸多缺陷，例如功用差、質(zhì)量差、外觀差等，加之又受限于中國的體系和其時城市環(huán)衛(wèi)部分的經(jīng)濟狀況，故只有少量大城市運用了純掃式手推式地面清潔機。直至20世紀80時代末，建造部長沙建造機械研討院規(guī)劃出了中國第一臺吸掃式結(jié)合的手推式地面清潔機。它以其純掃式手推式地面清潔機的優(yōu)勢為基礎(chǔ)的無可比拼的優(yōu)勢，進入中國的發(fā)展市場。如今，在中國銷售手推式地面清潔機的商場中，吸掃式結(jié)合的手推式地面清潔機的占有率為95%以上。第二期間，20世紀晚期，是中國手推式地面清潔機發(fā)展最為快速的時候，手推式地面清潔機的運用不但從大中城市擴展到小城市，還有高速公路，而且不少國內(nèi)企業(yè)和城鎮(zhèn)居民小區(qū)也開始選用了手推式地面清潔機進行路面的清掃。因此，商場需求開始膨脹，各種類型和各種標準的吸掃式地面清潔車開始不斷的涌現(xiàn)到市面。當前，中國手推式地面清潔機大都為2t～8t汽車底盤改裝，這種手推式地面清潔機轉(zhuǎn)場速度快，合適于大面積、遠距離打掃，常用于城市主干道、城鄉(xiāng)結(jié)合部、高速公路的路面打掃作業(yè)。這些年，隨著手推式地面清潔機商場的不斷擴展，對手推式地面清潔機的用戶需要也在發(fā)生不斷的變化，中小型全液壓式地面清潔車選用單臺發(fā)動機傳動，油耗低；行進無級變速，清潔效果好，清潔效率也高，清潔車的駕駛室視界好等長處，所以備受新老顧客的喜愛，格外對城市大街和非公路手推式地面清潔機用戶而言。不少手推式地面清潔機的生產(chǎn)公司也研發(fā)了專用底盤的中小型全液壓手推式地面清潔機，多種標準的中小型全液壓手推式地面清潔機也被投放到了商場里面。第三期間，2000年之后，國內(nèi)路面打掃商場開始出現(xiàn)發(fā)展迅猛的趨勢。如長沙中標公司、天津洗地王公司等專業(yè)出產(chǎn)公司，均獲得了好的開展趨勢。隨之而來的是三一重工股份有限公司等其它公司也開始了對路面手推式地面清潔機的研制和生產(chǎn)，并取得了較好的開展空間。目前，國產(chǎn)路面手推式地面清潔機的種類標準、運用功用已經(jīng)能夠根本的滿意國內(nèi)的發(fā)展需要，商品標準也從2t到8t。與國外比較，大型商品所占份額不大，商品種類較少，量也較低。?
手推式地面清潔機的本身為扁平結(jié)構(gòu)，極大地方便了清洗，通常一些我們平常不容易清潔的地方，對手推式地面清潔機而言，卻可以很輕松地完成，如圖1.2所示：
圖 1.1 RC3000 和充電站 圖 1.2 RC3000 清洗工作圖
“三葉蟲”誕生于英國，這是一款問世較早并且功能強大的吸塵器，如圖1.3所示。它內(nèi)部裝有超聲波探測器，可以迅捷地探測到障礙物的存在并繞開能夠自由穿梭清洗，同時可以自主的設(shè)計出最優(yōu)行走路線；這款手推式地面清潔機能夠分三個檔位來工作，分別為正常、快速和點清理[18]；每當它的垃圾盒被垃圾充滿之后，就會自動發(fā)出警報；如果有些地方不需 “三葉蟲”打掃，只要貼上特制的磁帶就能夠限制它獨特的打掃范圍。“三葉蟲”的電源是可充電的，電量充滿之后大概可以持續(xù)工作1個小時左右。
圖1.3 伊萊克斯的“三葉蟲”
2002年9月手推式地面清潔機“Roomba”在美國面世，它的重量大約是2千克，直徑30英寸[2]。這款清潔機擁有較高的自主工作能力，它的體積較小，因此能夠輕松地把房間內(nèi)各個角落的垃圾打掃干凈。當 “Roomba”進行清掃時，它的動作不會太快但是打掃出來的效果卻很好，在主人外出之前，可以設(shè)定它開始自主工作，當打掃完成之后，它就會自主切斷電源，進入待機狀態(tài)，如圖1.4所示：
圖1.4 美國“Roomba”手推式地面清潔機
國內(nèi)現(xiàn)狀：
1999 年初，浙江大學(xué)機械電子研究所開始進行智能吸塵手推式地面清潔機的研究，兩年后設(shè)計成功國內(nèi)第一個具有初步智能的自主吸塵手推式地面清潔機，與蘇州TEK 公司合作研發(fā)，到2003 年系統(tǒng)在自主能力和工作效率上都有了顯著提高[1]。手推式地面清潔機工作之前，需要先進行環(huán)境探測，從而決定清洗時間；然后，計算出效率高的清潔路徑；在打掃完成之后，手推式地面清潔機就會自動返回充電站充電。不過因為系統(tǒng)在進行升級，所以并沒有產(chǎn)品進入市場。之后國內(nèi)推出了手推式地面清潔機KV8，這款手推式地面清潔機防跌落，可以自主清洗，同時價格便宜。但是這款手推式地面清潔機沒有充電站，只能靠人工進行充電。
國內(nèi)眾多品牌清潔手推式地面清潔機中，科沃斯手推式地面清潔機是比較出名的。市場上平均賣出3臺清洗手推式地面清潔機，當中有2臺就是科沃斯的?？莆炙骨鍧嵤滞剖降孛媲鍧崣C利用渦輪增壓系統(tǒng)提高手推式地面清潔機的清洗動力，從而使得手推式地面清潔機打掃房間的質(zhì)量得到保障。這款手推式地面清潔機能夠自主選擇最佳清潔模式；具有防碰撞，防跌落的設(shè)計；預(yù)約定時，自動充電，讓智慧清潔有始有終。如圖1.5所示：
圖1.5 科沃斯洗地手推式地面清潔機
2 手推式地面清潔機總體方案設(shè)計
具體設(shè)計參數(shù)如下：
要求清潔面積在500-3000平方米。工作效率2600m2/H，各運動部件的設(shè)計完成掃地、灑水、洗地、擦地、吸水、干地等各項功能。
由于考慮到是采用人工手推的方式進行，所以清潔機的外形尺寸不適合做的太大，這樣人操作起來很費力。
2.1 手推式地面清潔機的總體方案
手推式地面清潔機主要由電機，滾刷和盤刷的雙刷結(jié)構(gòu)，齒輪傳動系統(tǒng)，萬向輪和車架等組成。
根據(jù)以上提出的技術(shù)性能及要求，初步確定手推式地面清潔機的總體設(shè)計方案，如下圖2.1所示：
圖2.1 手推式地面清潔機的總體設(shè)計方案
2.2 手推式地面清潔機傳動系統(tǒng)的選擇
通過電動機帶動錐齒輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的傳遞，然后通過齒輪嚙合將轉(zhuǎn)動傳遞給盤刷，之后以帶傳動傳遞給另外一對滾刷。如下圖2.2所示：
圖2.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案
2.3 手推式地面清潔機的選擇方案
第一種結(jié)構(gòu)方案：如下圖2.3所示：
第一種結(jié)構(gòu)是由盤刷，滾刷和風(fēng)扇組成的，但是密封不夠嚴謹。
圖2.3 結(jié)構(gòu)一的示意圖
第二種結(jié)構(gòu)方案：結(jié)構(gòu)簡圖如下圖2.4所示：
第二種結(jié)構(gòu)是由盤刷，滾刷，支撐輪和風(fēng)扇組成的，清洗效率較高，可靠性較好，但是結(jié)構(gòu)不對稱，中心不穩(wěn)， 容易引發(fā)振動。
圖2.4 結(jié)構(gòu)二的示意圖
第三種結(jié)構(gòu)方案：
第三種結(jié)構(gòu)方案是盤滾組合式清洗，使其機體的振動問題減小，機體尺寸也減小。如下圖2.5所示：
圖2.5 結(jié)構(gòu)三的示意圖
故此，根據(jù)以上三種方案進行了對比，選擇第三種結(jié)構(gòu)方案較為合理。
2.4 其它部分方案
2.4.1 材料選擇
由于考慮到是人工手推的方式，所以設(shè)計機構(gòu)應(yīng)該采用輕載荷，如下表2.1所示：
表2.1 材料選擇
2.4.2 輪的潤滑問題
齒輪的材料為聚甲醛，故不考慮齒輪的潤滑問題。
2.4.2 軸承的潤滑問題
根據(jù)《非標準設(shè)備設(shè)計手冊》P.582，潤滑方式選擇為脂潤滑，潤滑脂為鈣機潤滑脂。
2.5 本章小結(jié)
本章內(nèi)容是我根據(jù)老師給的參考建議進行了對手推式地面清潔機的總體設(shè)計方案的選擇和確定。并且對清洗系統(tǒng)方面進行了設(shè)計和選擇，以確定設(shè)計的可行性和穩(wěn)定性。再此基礎(chǔ)上有進行了對材料的選擇和確定。
3 手推式地面清潔機的傳動系統(tǒng)設(shè)計
3.1 電動機的選擇
為手推式地面清潔機進行合適的電機選擇，才能保證系統(tǒng)的可靠工作和經(jīng)濟地運行。由于考慮到機構(gòu)的工作的功率不是很大，所以擬采用Y90L-4電動機。
查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》，選擇其銘牌如下表3.1所示：
表3.1 Y系列三相異步電動機
（a）
（b）
圖3.1 電動機
Y90L-4電動機的安裝技術(shù)參數(shù)，如下表3.2所示：
表3.2 電動機的安裝技術(shù)參數(shù)
3.2 直齒輪副的設(shè)計計算
由于功率為： P=1.5kw
小齒輪轉(zhuǎn)速為：n1=1500r/min
傳動比為：i=4.1
工作時可能有輕微的沖擊，所以齒輪要對稱布置。
（1） 對齒輪的材料進行選擇為：
z1=32
z2=i×z1=4.1×32=131.2 （3.1）
取圓整，得： z2=129
（2）齒數(shù)比
μ=z2z1=12932=4.03 （3.2）
驗算傳動比誤差， ×100%=1.7%
所以允許。
（3）選擇齒寬系數(shù)d為： φd=0.275
小齒輪直徑為：d1估=80mm
則齒寬為：
b估=φd×d1=0.275×80=22mm （3.3）
（4）齒輪圓周速度及傳動精度等級為：
v估=πd1n160×1000=π×80×150060×1000m/s=6.28m/s， （3.4）
故此，選用7級精度，
小齒輪轉(zhuǎn)矩
（3.5）
（5）定重合度系數(shù)、
（3.6）
由公式（5.2）可知定重合度為：
ε=1.88-3.2×132-1129=1.755 （3.7）
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》中公式得：
===0.865 （3.8）
γε=0.25+0.751.755=0.677 （3.9）
（6）載荷系數(shù)、
KF=KAKVKHαKHβ （3.10）
1) 齒向載荷分布系數(shù)為： KFβ=1.29
2) 動載系數(shù) 為：kv=1.14
3) 載荷分配系數(shù)、
KAFtb=2×1.35×9.55×10322×80=14.65N/mm<100N/mm （3.11）
4) 使用系數(shù) 為：kA=1.35
查參考文獻［1］表10.3得
（3.12）
KFα=1Yε=1/0.677=1.48 （3.13）
5) 載荷系數(shù)k
由公式(5.3)可算得
KF=KAKVKFαKFβ=1.35×1.14×1.29×1.34=2.66 （3.14）
KHα=1.35×1.14×1.29×1.34=2.66 （3.15）
KF=KAKVKFαKFβ=1.35×1.14×1.48×1.29=2.94 （3.16）
3.2.1 齒面接觸疲勞強度設(shè)計
確定許用應(yīng)力為：
th=8×200×5=8000h （3.17）
N1=60ynth=60×1×1500×8000=7.2×108 （3.18）
N2=N1u=7.2×1084.03=1.79×108 （3.19）
查文獻［1］圖10.23，得KFN1=1，KFN2=1。
σHlim1=630Mpa，σHlim2=490Mpa
因此，安全系數(shù)為：S=1。
σH1=KHN1σlim1sH=630Mpa （3.20）
σH2=KHN2σlim2sH=490Mpa （3.21）
則取兩者中較小者為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即：
σH=490Mpa
（1） 查得：： ZE=190Mpa1/2 ZH=2.5
（2）計算小齒輪分度圓直徑d1t
d1t≥32KHtT1?d×u+1u×ZHZEZ∈σH2=64.5mm （3.22）
（3）主要幾何參數(shù)：
1）初算中心距為：
a0=u+1d1min2=166.9mm （3.23）
a =200mm
2）模數(shù)m 為：
m=2az1+Z2=2×20032+129=2.48mm （3.24）
按標準，?。簃=2.5mm
3）分度圓直徑 d1、 d2：
d1=z1mn=2.5×32=80mm （3.25）
d2=z2mn=2.5×129=322.5mm （3.26）
取為 d2=320mm
4）確定齒寬
大齒輪齒寬為： =b=22mm
小齒輪齒寬為： =32mm
3.2.2 齒根抗彎疲勞強度設(shè)計
（1）求許用彎曲應(yīng)力
1）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 、為：
NF1=7.2×108 NF2=1.79×108
2）其中壽命系數(shù)、 為：
YN1= YN2=1
3）極限應(yīng)力 σFlim1、σFlim2
由文獻［1］圖9.21取得： σFlim1=220MPa, σFlim2=170MPa
4）尺寸系數(shù)
根據(jù)查 《機械設(shè)計手冊》 圖8.2-26得：YX=1
5）安全系數(shù)
根據(jù)查 《機械設(shè)計手冊》 表8.2-13得：SF=1.5
6）計算疲勞許用應(yīng)力：
根據(jù)查 《機械設(shè)計手冊》 式(8.2-20)得，許用應(yīng)力為：
σF1=2σFlimYN1YXSF=2×220×1×11.5=293MPa （3.27）
σF2=2σFlimYN2YXSF=2×170×1×11.5=227MPa （3.28）
（2）齒形系數(shù)、 及應(yīng)力修正系數(shù)YSa1、Ysa2
由用插值法查表10.17得，
YFa1=2.5 YFa2=2.15
YSa1=1.63 Ysa2=1.82 （3.29）
(3.30)
3.2.3 齒面靜強度設(shè)計
（1）確定許用接觸應(yīng)力為：
其中的靜強度安全系數(shù)：，壽命系數(shù)：
根據(jù)查 《機械設(shè)計手冊》 式(8.3-21)得出：
σHmax=σH2ZN2'SHZN2SH'=490×1.6×11×1.1=712.7Mpa (3.31)
(2) 校核齒面靜強度
其中最大接觸應(yīng)力為：
σHmax=σH22T1×1T1KAKV=558.6Mpa<σHmax (3.32)
3.2.4 齒根靜強度驗算
（1）許用彎曲應(yīng)力為：
查得靜強度安全系數(shù)：，壽命系數(shù)：
(3.33)
(3.34)
（2）求最大彎曲應(yīng)力并校核計算 ：
(3.35)
(3.36)
所以，靜強度滿足要求。
圖3.2 圓柱齒輪的示意圖
3.3 錐齒輪副的設(shè)計計算
3.3.1 基礎(chǔ)尺寸確定
（1）小錐齒輪的傳遞轉(zhuǎn)距為：T=106.4N.M
齒輪大端分度圓直徑為：，
大端模數(shù)為：
則齒數(shù)為：
齒輪小端分度圓直徑為
（2）軸交角為：
（3）齒寬為： 取b=24mm
（4）其中分錐角為：
（3.37）
（5）外錐距為： （3.38）
（6）其中的齒頂高為：
（7）其中的齒根高為：
（8）其中的齒高為：
（9）其中的直徑為： （3.39）
（3.40）
（10）齒根角為： （3.41）
（11）齒頂角為：
（12）頂錐角： （3.42）
（13）根錐角： （3.43）
（14）冠頂距：
（3.44）
，
所以，選擇傳動等級為8級。
3.3.2 確定載荷系數(shù)K
根據(jù)已知的條件得出： ，其中：
齒向載荷分布系數(shù)?。?
載荷系數(shù)為： （3.45）
3.3.3 齒面接觸疲勞強度計算
（1）許用應(yīng)力 ：
根據(jù)已知的條件得出：
其中接觸疲勞極限取為：
（3.46）
（2）其中彈性系數(shù) 為：
（3）其中節(jié)點區(qū)域系數(shù) 為：
（4）其中分度圓直徑為：
（3.47）
（5）其中驗算速度為：
（3.48）
平均線速度為：
（3.49）
（6）確定模數(shù)m為：
（3.50）
3.3.4 齒根抗彎疲勞強度計算
（1）確定許用彎曲應(yīng)力、 為：
1）查得其壽命系數(shù)為：
2）查得其安全系數(shù)為：
3）其中的尺寸系數(shù)為：
4）其中的極限應(yīng)力, 為：
5）許用彎曲應(yīng)力為：
（3.51）
（2）齒形系數(shù)，為：
1）其中分錐角取得：
2）當量齒數(shù)查得：
3）查得：,
4）應(yīng)力修正系數(shù)為： ，
5）校核齒根抗彎疲勞強度為：
（3.52）
（3.53）
（3.54）
三式聯(lián)立求得：
（3.55）
（3.56）
所以，滿足要求。
圖3.3 錐齒輪的示意圖
3.4 中心軸管的受力分析
（1）在水平平面的支反力，由，得：
（3.57）
（3.58）
為負值說明方向與假設(shè)方向相反。
由，得
（2）在垂直平面內(nèi)的支反力，得：
1）在水平平面的彎矩為：
（3.59）
（3.60）
2）在垂直平面的彎矩為：
（3.61）
3）在D截面做出的最大合成為：
（3.62）
（3.63）
4）做轉(zhuǎn)矩圖：
圖3.4 轉(zhuǎn)矩圖
3.5 中心軸管的強度校核
其中截面D處彎矩較大，所以要進行對D處截面進行強度的校核。
其中安全系數(shù)校核計算：
（3.64）
平均應(yīng)力為： ，=270MPa
根據(jù)《機械設(shè)計手冊第三卷》，
在表19.3-6，并根據(jù)配合查得 =2.62；
在表19.3-11，查得=0.81；
在表19-3-8，查得=0.92；
（3.65）
切應(yīng)力幅為：
（3.66）
平均應(yīng)力為：
（3.67）
軸D截面的安全系數(shù)由式（19.3-1）確定為：
（3.68）
由機械工業(yè)出版社出版的《機械設(shè)計手冊》 中的表19.3-4得出， [S]=1.3～1.4，
故S＞[S]，該軸D截面是安全的。
同理，輸出軸符合強度校核要求。
3.6 鍵的校核
許用擠壓應(yīng)力為：，取得：。
其中鍵的工作長度為：，
其中鍵與輪榖鍵槽的接觸高度為：。
（3.69）
所以，鍵的標記為：
3.7 軸承的選擇與校核
1．軸承的選擇計算
（1）軸承的校核
Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6205，其軸承的基本額定負荷為19.5KN。
（2）軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
（3.70）
（3.71）
（3.72）
根據(jù)圖3.5可以得出軸承的徑向力為：
圖3.5 受力分析和受力圖
在水平面上：
（3.73）
（3.74）
∴ （3.75）
取，則有：
（3.76）
軸承的壽命計算：
（3.77）
（3）其他軸的軸承校核同上，均符合
3.8 蓄電池的選擇
選用蓄電池型號：
由于手推式地面清潔機所使用的需求，蓄電池在使用的過程中要求完全放電，不污染環(huán)境。所以，為3DAW250。
表3.3 蓄電池的性能
3.9 本章小結(jié)
本章對傳動系統(tǒng)的電機進行了選擇以及傳動系統(tǒng)的錐齒輪和直齒圓柱齒輪進行了設(shè)計計算及強度校核，使之滿足該設(shè)計的傳動要求。之后有進行了對蓄電池的選擇。
4 手推式地面清潔機的清洗系統(tǒng)設(shè)計
4.1 清洗機方案的比較與確定
在手推式地面清潔機的清洗機構(gòu)的設(shè)計中想到的幾種方案如下：
（1）第一種方案是電機將轉(zhuǎn)動傳遞給斜齒輪1，然后斜齒輪1帶動斜齒輪2，進而實現(xiàn)清洗。如下圖4.1所示：
圖4.1 清洗機構(gòu)一的示意圖
（2）第二種方案是電機將轉(zhuǎn)動傳遞給錐齒輪1，然后錐齒輪1帶動錐齒輪2，由錐齒輪2上的軸連接滾刷，進而實現(xiàn)清洗。如下圖4.2所示：
圖4.2 清洗機構(gòu)二的示意圖
（3）第三種方案是電機將轉(zhuǎn)動傳遞給蝸桿，蝸桿兩端連接蝸輪，然后兩個蝸輪的軸上分別連接刷子，從而實現(xiàn)清洗。如下圖4.3所示：
圖4.3 清洗機構(gòu)三的示意圖
（4）第四種方案是電機將轉(zhuǎn)動傳遞給蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，然后兩個蝸輪分別接皮帶輪，皮帶輪上的軸接刷子，從而實現(xiàn)清洗。如下圖4.4所示：
圖4.4 清洗機構(gòu)四的示意圖
（5）第五種方案是電機將轉(zhuǎn)動傳遞給錐齒輪，然后傳遞給圓柱齒輪，帶動盤刷，通過同步帶帶動滾刷，從而實現(xiàn)清洗。如下圖4.5所示：
圖4.5 清洗機構(gòu)五的示意圖
通過對以上5種方案進行對比，最終選擇第5種方案為清洗機構(gòu)較為穩(wěn)妥。
4.2 清洗機器清洗部分設(shè)計
圖4.6 雙刷結(jié)構(gòu)的示意圖
假設(shè)：手推式地面清潔機的清洗速度為：0.2m2/s。
4.2.1 手推式地面清潔機中盤刷的設(shè)計
它是通過采用在盤刷上栽塑料毛，塑料毛且具有一定的彈性可以進行躲避，從而順利的進行清洗和通過。其盤刷的設(shè)計如表4.1所示：
表4.1 盤刷的設(shè)計
盤刷和聯(lián)軸器是可以通過螺栓來裝配連接。
其中聯(lián)刷體：采用聯(lián)刷器可以使盤刷具有可換性，也可調(diào)節(jié)盤刷和地面之間的距離。聯(lián)刷體的材料應(yīng)盡量選輕。
其結(jié)構(gòu)如下圖4.7所示：
圖4.7 聯(lián)刷體的示意圖
（3）技術(shù)要求
其技術(shù)要求如下表4.2所示：
表4.2 技術(shù)要求
4.2.2 滾刷設(shè)計
滾刷的設(shè)計原理與盤刷的設(shè)計原理是相同的，都是在其橡膠軸上栽刷毛。其中滾刷的半徑為106，有刷毛部分的長度為940。滾刷結(jié)構(gòu)如下圖4.8所示：
圖4.8 滾刷的示意圖
因此，盤刷和滾刷的組合結(jié)構(gòu)共用同一個電機，應(yīng)采用的是普通的三相電機。
因為，其盤刷的刷毛與清洗的地面之間的摩擦系數(shù)為：0.1~0.2，?。害?0.15
所以，轉(zhuǎn)矩為 ：
（1）盤刷與滾刷的洗力矩為：
盤刷為： （4.1）
滾刷為：
（4.2）
（2）初定盤刷的轉(zhuǎn)速為：360r/min
表4.3 電機選擇
4.3 內(nèi)空心軸設(shè)計
為了在盤刷的中心可以噴清洗液，并且使噴嘴不可以隨盤刷進行轉(zhuǎn)動，所以必須在盤刷內(nèi)用滾動軸承來進行固定。空心軸的一端連接盤刷體，另一端與水桶的水管進行連接，在盤刷體進行轉(zhuǎn)動時，空心軸固定不動。
其手推式地面清潔機在其工作時，水會從中間的孔流出來，噴射到地面上。
其結(jié)構(gòu)如下圖4.8所示：
圖4.9 空心軸的設(shè)計示意圖
4.4 本章小結(jié)
本章確定了清洗結(jié)構(gòu)部件中盤刷和洗刷的設(shè)計，其設(shè)計有利于對水的利用效率，確保不會有殘留的水漬。并且在其清洗過后，設(shè)置了軟刮水板，以確保不會有水的殘留。
5 其他輔助系統(tǒng)設(shè)計
5.1 同步帶的概述及計算
5.1.1 同步帶傳動
如圖5.1所示：
圖5.1 同步帶傳動的示意圖
5.1.2 同步帶的特點
如下表5.1所示：
表5.1 同步帶具有的特點
5.1.3 同步帶計算選型
（1）設(shè)計功率為：
按下表5.2工作情況系數(shù)，選取=1.7
Pd=KAPm （5.1）
表5.2 工作情況系數(shù)
Pd=KAPm=1.7×0.37=0.63w （5.2）
（2）帶的型號和節(jié)距
Pd=0.63kw n1 =61rpm。
圖5.2 同步帶選型
選型號為H，其中節(jié)距為：Pb=8.00mm
（3）同步帶的最小許用齒數(shù)：14。
實際齒數(shù)應(yīng)該大于14，所以初步取值為：Z1=34，
故大帶輪齒數(shù)為： Z2=i1?Z1=34。 （5.3）
所以 Z1=34，Z2=34。
（4）確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2
小帶輪節(jié)圓直徑：
大帶輪節(jié)圓直徑：
d2=pbz2/π=8×34/3.14=86.53mm （5.5）
（5）驗證帶速v
由公式計算得，
v=πd1tn160×1000=0.276 m/s
S0P0 =700N
滿足要求。
極限轉(zhuǎn)速校核為：
nmax=f1f2nlim （6.9）
PC=84014910=0.0563 （6.10）
f1=1
FaFr=65.22700=0.093 （6.11）
f2=1
nmax=1×1×9500=9500r/min （6.12）
n=22.75r/min
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