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1、玻璃清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目：玻璃清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì) 目錄 中文摘要及關(guān)鍵詞 英文摘要及關(guān)鍵詞I 第一章緒論1 1.1 課題目的、意義1 1.2 相關(guān)研究動(dòng)態(tài)1 1.3 課題的主要內(nèi)容2 第二章玻璃清潔機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)3 2.1 清潔機(jī)器人的總體方案3 2.2 清潔機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)方案3 2.3 玻璃清潔機(jī)器人清洗系統(tǒng)方案4 2.4 玻璃清潔機(jī)器人爬行系統(tǒng)方案5 2.5 其它部分方案8 2.5.1 材料選擇8 2.5.2 輪的潤(rùn)滑問(wèn)題8 2.5.3 軸承的潤(rùn)滑問(wèn)題8 2.6 本章小結(jié)9 第三章玻璃清潔機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)9 3.1 玻璃清

2、潔機(jī)器人電動(dòng)機(jī)的選擇9 3.2 直齒輪副的設(shè)計(jì)計(jì)算11 3.2.1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算13 3.2.2 齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算15 3.2.3 齒面靜強(qiáng)度計(jì)算16 3.2.4 齒根〔抗彎〕靜強(qiáng)度驗(yàn)算18 3.3 錐齒輪副的設(shè)計(jì)計(jì)算18 3.3.1 基礎(chǔ)尺寸確定18 3.3.2 確定載荷系數(shù)K20 3.3.3 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算19 3.3.4 齒根抗彎疲勞強(qiáng)度計(jì)算20 3.4 中心軸管的受力分析21 3.5 中心軸管的強(qiáng)度校核22 3.6 鍵的校核23 3.7 軸承的校核24 3.8 本章小結(jié)25 第四章玻璃清潔機(jī)器人清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)26 4.1 清洗機(jī)器清洗部

3、分設(shè)計(jì)29 4.1.1 盤(pán)刷設(shè)計(jì)29 4.1.2 滾刷設(shè)計(jì)29 4.1.3 清洗部分所用彈簧的設(shè)計(jì)29 4.2 內(nèi)空心軸設(shè)計(jì)35 4.3 清洗機(jī)主機(jī)滾輪的設(shè)計(jì)36 4.4 主機(jī)上傳感器及行程開(kāi)關(guān)的選擇36 4.5 復(fù)合纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)38 4.6 本章小結(jié)38 第五章玻璃清潔機(jī)器人吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)39 5.1 吸附原理39 5.2 吸附方式的實(shí)現(xiàn)40 5.2.1 風(fēng)機(jī)推力40 5.2.2 負(fù)壓的產(chǎn)生43 5.3 采用風(fēng)壓吸附的意義43 5.5 氣動(dòng)計(jì)算的原始數(shù)據(jù)與技術(shù)要求44 5.6 風(fēng)壓部分力學(xué)計(jì)算44 5.7 本章小結(jié)46 結(jié)論47 參考文獻(xiàn)48 5

4、0 中文摘要及關(guān)鍵詞 摘要:本文在簡(jiǎn)單介紹玻璃清潔機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基軟件CAD對(duì)四輪式風(fēng)壓吸附玻璃清潔機(jī)器人的本體機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)一些關(guān)鍵部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算及校核計(jì)算，重點(diǎn)是玻璃清潔機(jī)器人的移動(dòng)結(jié)構(gòu)、吸附結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。采用四輪式小車(chē)形狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；采用風(fēng)壓吸附方式，利用螺旋槳對(duì)空氣的壓縮所產(chǎn)生的壓力將機(jī)器人壓在物體玻璃，防止了清晰機(jī)器人對(duì)壁面的局限，降低了控制難度；清洗機(jī)主要由伺服懸吊系統(tǒng)、清洗主機(jī)和由電腦控制系統(tǒng)組成；采用無(wú)人化清洗，自動(dòng)清洗，自動(dòng)供水，自動(dòng)供清洗液，單片機(jī)系統(tǒng)控制，操作人員只需通過(guò)鍵盤(pán)即可操縱清洗機(jī)工作，而且在清洗過(guò)程中，清洗機(jī)

5、能夠自動(dòng)進(jìn)行邊緣識(shí)別，可根據(jù)建筑樓層的具體情況選擇為縱洗或橫洗；采用后輪驅(qū)動(dòng)，一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)后輪，后輪帶動(dòng)前輪完成機(jī)器人的行走，使用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)裝置作為減速器；采用樓頂供電；機(jī)器人可以在水平面或者垂直玻璃直線(xiàn)行走。本機(jī)的清洗效率較高，清洗效果良好。 關(guān)鍵詞：玻璃清潔機(jī)器人；風(fēng)壓吸附；齒輪機(jī)構(gòu)；清洗 玻璃清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì) 英文摘要及關(guān)鍵詞 Abstract:Thispaperintroducestheresearchstatusofglasscleaningrobot,basedontheCAD-basedsoftwareforthefour-wheelpressureadso

6、rptionglasscleaningrobotbodymechanismisdesigned,someofthekeypartsofthedesigncalculationsandcheckingcalculation,thefocusItisdesignedtomovethestructure,adsorptionstructureanddrivesystemclimbingrobotcalculations.Four-wheel-typecar-shapedstructure,thestructureissimple;usingadsorptionpressure,thepressure

7、ofapropellerofaircompressiongeneratedbytherobotpressedglassobjects,avoidingthelimitationsoftherobotclearthewall,reducingthedifficultyofcontrol;scrubbermainlybytheservosuspensionsystem,scrubandhostcomputercontrolsystem;theuseofunmannedscrub,scrubautomatic,automaticwatersupply,automaticsolutionforscru

8、bbing,single-chipsystemcontrol,theoperatorsimplybymanipulatingthekeyboardtoworkscrubbingmachine,andintheprocessofscrubbing,scrubbingmachinescapableofautomaticedgedetectioncanbeselectedfortheverticalorhorizontalwashwashaccordingtothespecificcircumstancesofthebuildingfloor;rear-wheeldrive,amotordrivin

9、gtherearwheels,rearwheeldrivecompleterobotwalking,usingaspurgeartransmissionasthereducer;usingpoweredroof;therobotcanwalkinastraightlinehorizontalorverticalglass.Highefficiencyofthescrubbingmachine,scrubbingtogoodeffect. Keywords:Glasscleaningrobot;adsorptionpressure;gearmechanism;brushing I 玻璃

10、清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì) 9 第一章緒論 1.1 課題目的、意義 隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們住的樓層也越來(lái)越高，擦玻璃變成了很難辦的事情，在智能機(jī)器人如火如荼得發(fā)展過(guò)程中，目前具有一定的智能性的清潔機(jī)器人也成為研究熱點(diǎn)之一，智能清潔機(jī)器人系統(tǒng)的研究在發(fā)達(dá)國(guó)家受到廣泛的關(guān)注，許多高科技應(yīng)用領(lǐng)域以及實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中的特殊應(yīng)用環(huán)境的強(qiáng)烈需求更成為它不斷發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。 近年來(lái)，都市中的高層建筑越來(lái)越多，目前對(duì)高層建筑的玻璃窗的清洗工作主要還是由清洗工人搭乘吊籃完成的，傳統(tǒng)的人工清洗方式既危險(xiǎn)，效率又低且成本高，但如果自己清洗的話(huà)不僅有危險(xiǎn)而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，況且現(xiàn)在更多的人們希望從繁瑣的日常

11、事務(wù)中解放出來(lái)，因此迫切需要一種設(shè)備協(xié)助甚至替代人來(lái)完成玻璃的清洗工作。 1.2 相關(guān)研究動(dòng)態(tài) 國(guó)外方面，日本是機(jī)器人發(fā)展較為發(fā)達(dá)的國(guó)家，其對(duì)智能機(jī)器人的研究實(shí)力雄厚,值得我們學(xué)習(xí)，以下圖的多用途壁面機(jī)器人是一個(gè)日本開(kāi)發(fā)的清潔機(jī)器人的范例：該機(jī)器人自重100kg,同時(shí)可載150kg負(fù)重，小車(chē)的車(chē)輪上具有磁性設(shè)計(jì)，采用磁吸附方式吸附在墻壁上，可直接越過(guò)坑洼不平的墻面以及其他墻上的不明障礙物，多用于橋墩底部、玻璃幕墻等檢測(cè)和修復(fù)作業(yè)。 圖1.1多用途壁面機(jī)器人⑴圖1.2雙車(chē)體機(jī)器人：2： 上圖的雙車(chē)體機(jī)器人也是由日本人研制，其采用負(fù)壓吸盤(pán)吸附，在運(yùn)行過(guò)程中吸盤(pán)與壁面之間產(chǎn)生有滑動(dòng)密封效

12、果，強(qiáng)大的大氣壓能夠保證小車(chē)不會(huì)從墻壁上滑落，由四個(gè)高摩擦系數(shù)的輪子貼合在墻壁面上，在吸盤(pán)保持負(fù)壓的過(guò)程中，機(jī)器人通過(guò)控制輪子的正反轉(zhuǎn)控制機(jī)器人的行走方向，輪子的差速保證了機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎功能的實(shí)現(xiàn)，且由于四個(gè)輪子均為獨(dú)立控制，所以該機(jī)器人控制起來(lái)顯得格外靈活。 國(guó)內(nèi)方面，雖然起步較晚，但也已經(jīng)有了相對(duì)成熟的東西，圖1.3為北京航空航 大大學(xué)機(jī)器人研究所研制的用于清洗國(guó)家大劇院玻璃幕墻的樣機(jī)，圖上所示為該機(jī)器人工作在國(guó)家大劇院的場(chǎng)景，具由攀爬機(jī)構(gòu)、俯仰調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)和清洗機(jī)構(gòu)等部分構(gòu)成，總長(zhǎng)約3m,高0.5m,寬1m,整個(gè)機(jī)身主體由鋁型材搭建而成，不僅強(qiáng)度高而且相對(duì)重量也輕了許多，其在工作

13、過(guò)程中把安裝在建筑物上的滑動(dòng)導(dǎo)桿作為中介，成功防止了機(jī)器人對(duì)建筑物的直接抓取所可能帶來(lái)的損傷以及其他不安全因素。 圖1.3北航清潔機(jī)器人， 通過(guò)對(duì)上述文獻(xiàn)的分析，無(wú)論是國(guó)外的多用途壁面機(jī)器人還是國(guó)內(nèi)的清洗機(jī)器人，在體積及重量上都相對(duì)較大，多用途壁面機(jī)器人本身就重達(dá)100kg,顯然這個(gè)重量是 普通家庭玻璃難以承受的，而北航機(jī)器人研究所所研發(fā)的清潔機(jī)器人樣機(jī)高度竟然到達(dá)了1.9米，這對(duì)于比較寬闊的玻璃幕墻來(lái)說(shuō)，清洗起來(lái)確實(shí)方便、迅速，但是對(duì)于一些普通的家庭玻璃窗來(lái)說(shuō)，這明顯是不合適的。 1.3 課題的主要內(nèi)容 本文設(shè)計(jì)的玻璃清潔機(jī)器人主要是用于清洗城市高層建筑的玻璃幕墻，用于替代

14、人來(lái)完成玻璃的清洗工作，首先確定玻璃清潔機(jī)器人的整體方案以及詳細(xì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，然后闡述本課題控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后介紹機(jī)器人實(shí)體樣機(jī)的調(diào)試，最后完成玻璃清潔機(jī)器人的清洗工作。 設(shè)計(jì)一套完整實(shí)用且效率高的玻璃清潔機(jī)器人，首先要了解國(guó)內(nèi)外相關(guān)玻璃清潔器的發(fā)展現(xiàn)狀，其次根據(jù)現(xiàn)狀擬定數(shù)種設(shè)計(jì)方案，比較優(yōu)劣后得出最正確方案，作為整體方案；進(jìn)而闡述控制系統(tǒng)，清洗系統(tǒng)，吸附系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)等各個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后介紹機(jī)器人實(shí)體樣機(jī)的調(diào)試，完成玻璃清潔機(jī)器人的清洗工作。 第二章玻璃清潔機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì) 2.1 清潔機(jī)器人的總體方案 根據(jù)玻璃清潔機(jī)器人清洗作業(yè)的要求,機(jī)器人首先必須具備清洗作業(yè)功能和控制功

15、能，此外玻璃清潔機(jī)器人還必須在高層建筑物玻璃進(jìn)行吸附和移動(dòng)，因此玻璃清潔機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)該包括機(jī)器人清洗系統(tǒng)、爬壁系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。 主機(jī)主要由箱體，支撐架，防護(hù)罩，刷子，電機(jī)，螺旋槳吸附系統(tǒng)，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。通過(guò)螺旋槳吸附系統(tǒng)使主機(jī)吸附在玻璃上，并使刷子壓緊，產(chǎn)生一定的清洗壓力，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)刷子轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)清洗的目的。 主機(jī)有一懸吊支撐架，具外側(cè)與懸吊系統(tǒng)相連，可調(diào)吸附系統(tǒng)安裝在懸吊支撐架背后，吸附系統(tǒng)可通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋漿轉(zhuǎn)速控制清洗力，懸吊支撐架通過(guò)一圓導(dǎo)軌和箱體 〔其上安裝兩盤(pán)兩滾〕相連，所有的清洗裝置均安裝在該箱體上，清洗系統(tǒng)由固定在 懸吊支撐架上的步進(jìn)電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行

16、以90。為單位的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)橫 洗和縱洗的轉(zhuǎn)換。箱體上有兩個(gè)圓盤(pán)形清洗刷，盤(pán)刷底部都有十二個(gè)清洗液噴射孔，另有兩圓柱形滾刷，在其行走前方有清水噴射孔，并安裝一軟質(zhì)刮水板，以使清洗過(guò)的部位快速風(fēng)干并防止留下來(lái)的清洗液腐蝕玻璃。箱體上還有一電機(jī)通過(guò)錐形齒輪將轉(zhuǎn)動(dòng)傳到其中一個(gè)盤(pán)型清洗刷上，再通過(guò)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給另一盤(pán)刷，所以?xún)杀P(pán)刷轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，可以到達(dá)更好的清洗效果，圓柱形滾刷是由電機(jī)尾部的軸通過(guò) V帶驅(qū)動(dòng)的。在懸吊支撐架上有防護(hù)罩，防止清洗液四濺。清水，清洗液，電機(jī)的供電和控制電纜都是是由復(fù)合纜供應(yīng)的，復(fù)合纜連接懸吊系統(tǒng)。在風(fēng)壓支架上有配重塊,配重塊可以沿光杠絲杠移動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)配重塊

17、可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡，以到達(dá)減小震動(dòng)的效果。在清洗機(jī)主體的上下部安放超聲波傳感器，以進(jìn)行邊緣識(shí)別。箱體上裝有兩對(duì)滾輪，滾輪通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)前后移動(dòng)，而轉(zhuǎn)向通過(guò)箱體的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 2.2 清潔機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)方案 通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一對(duì)錐齒輪實(shí)現(xiàn)換向，然后通過(guò)齒輪嚙合傳遞給另外一組毛刷機(jī) 構(gòu)，如圖2.1所示 圖2.1機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2.3 玻璃清潔機(jī)器人清洗系統(tǒng)方案 根據(jù)以上提出的技術(shù)性能及要求，初步確定清洗方案如下:第一種：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖22 此種方案采用負(fù)壓履帶吸盤(pán)式盤(pán)滾組合式清洗，由于受到玻璃玻璃材料的影響較大，一般情況下，每?jī)蓧K瓷磚之間都有4?5毫米的縫隙，密封不可靠

18、。 圖2.2結(jié)構(gòu)一圖2.3結(jié)構(gòu)二 第二種：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2.3: 這種方案采用了風(fēng)壓式壓緊，盤(pán)滾組合式清洗，清洗效率高，可靠性高，可以采 用。但由于中間傳動(dòng)的需要，結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)，風(fēng)扇的中心與刷子的中心不重合，清洗壓力不均勻，中心不穩(wěn)定，容易引起震動(dòng)問(wèn)題。但可以考慮配重問(wèn)題。 第三種：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2.4: 這種方案吸取了第二種方案的優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)的改變，使振動(dòng)的問(wèn)題減小，機(jī)體尺寸減小。 這種方案為螺旋槳風(fēng)壓式高層建筑外玻璃清洗機(jī)，具優(yōu)點(diǎn)是：①在清洗機(jī)外機(jī)架背后安裝可調(diào)吸附系統(tǒng)來(lái)提供連續(xù)均勻的清洗力，螺旋槳可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)控制清洗壓力；②機(jī)架內(nèi)采用一清洗系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)裝置，方便的實(shí)現(xiàn)了縱橫

19、兩不同清洗方向的調(diào)整，減少非作業(yè)時(shí)間，增加了工作柔性，大大提高了工作效率；③應(yīng)用兩盤(pán)兩滾相結(jié)合的清洗方式，清洗液和清水分別由盤(pán)刷和滾刷提供以到達(dá)最正確清洗效果。 綜合比較以上三種方案，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由于對(duì)于玻璃的壓力要求大，工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，最后決定用第三種方案。 通過(guò)螺旋槳吸附系統(tǒng)使主機(jī)吸附在玻璃上，并使盤(pán)刷和滾刷壓緊，產(chǎn)生一定的清洗壓力，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)刷子轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)清洗的目的。旋轉(zhuǎn)的刷子的軌跡為包絡(luò)線(xiàn)，從而清洗干凈玻璃。滾刷噴的是清水，將玻璃沖洗干凈，以防止留下來(lái)的清洗機(jī)腐蝕玻璃，同時(shí)盤(pán)刷和滾刷采用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減小了清洗主機(jī)的重量，清潔度提高，清洗效率也提高了一倍；由于采用兩盤(pán)兩

20、滾結(jié)構(gòu)可減少不必要的回程時(shí)間，以到達(dá)提高效率的目的。 2.3 玻璃清潔機(jī)器人爬行系統(tǒng)方案 目前玻璃清潔機(jī)器人吸附方式主要包括磁吸附，負(fù)壓吸附，螺旋槳推壓等，今年來(lái)又出來(lái)現(xiàn)了膠吸附，仿壁虎足的干吸附，仿蝸牛的濕吸附，類(lèi)攀巖抓持吸附，該類(lèi)吸附方式只適合在導(dǎo)磁面上吸附；低真空度負(fù)壓吸附采用風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)將負(fù)壓腔內(nèi)的空氣抽出產(chǎn)生負(fù)壓來(lái)吸附，具有一定的壁面適應(yīng)能力，但存在噪音大，體積大的缺點(diǎn)；螺旋槳推壓靠合理布置螺旋槳的角度，利用螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推力將機(jī)器人貼附在壁面上，但也存在噪音大的缺點(diǎn)。由于負(fù)壓吸附具有適用面廣，不受壁面材料限制，而且低負(fù)壓真空吸附的玻璃清潔機(jī)器人具有壁面適應(yīng)能力強(qiáng)和運(yùn)動(dòng)速度快等優(yōu)點(diǎn)

21、，因此目前負(fù)壓吸附在玻璃清潔機(jī)器人中得到廣泛的應(yīng)用。 真空泵式要帶一個(gè)大大的氣泵，且設(shè)計(jì)要求需要清潔水擦玻璃，固采用水射流式抽氣吸附。這種方案前面已經(jīng)提到，它的工作形式主要是用水泵把水抽到吸盤(pán)里后，經(jīng)射流器力射流泵提供的動(dòng)力，再把水經(jīng)噴頭往外噴，把里面的空氣帶走，噴完后，吸盤(pán)內(nèi)外形成負(fù)壓，把吸盤(pán)吸住。 由于吸盤(pán)也是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)類(lèi)似于液壓缸機(jī)構(gòu)，具結(jié)構(gòu)圖如下圖： 它是長(zhǎng)方形吸盤(pán)，工作時(shí)最多只有一半用來(lái)射流噴水產(chǎn)生吸附，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的吸附功 臺(tái)匕目匕。 導(dǎo)向麥____ 活蹇計(jì)1 吸制 圖2.5吸盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 機(jī)器人的吸附與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)都要水的參與，工作過(guò)程如圖2.6所示： 1:

22、2YA通電，工作腔1沖水，滿(mǎn)后，2YA斷電，與此同時(shí)，1腔里的水經(jīng)射流發(fā)射器噴出，帶走里面的空氣，形成負(fù)壓，使得吸盤(pán)A吸附在玻璃上。 2:此時(shí)，4YA通電，3腔進(jìn)水，滿(mǎn)后，1YA通電，使2腔進(jìn)水，推動(dòng)活塞桿a向前移動(dòng)，拉動(dòng)吸盤(pán)B往前移動(dòng)，活塞至中間位置后，壓下行程開(kāi)關(guān)。 3:此時(shí)，1YA,4YA斷電，3腔再次水滿(mǎn)，3腔水經(jīng)水射流發(fā)射器噴水，產(chǎn)生負(fù)壓，吸住吸盤(pán)B. 4:此時(shí)，2YA通電，1腔進(jìn)滿(mǎn)水后，3YA通電，使4腔進(jìn)水，推動(dòng)活塞桿b前進(jìn)，使其推動(dòng)吸盤(pán)A前進(jìn)，活塞桿至中間位置后壓下行程開(kāi)關(guān)，2YA,3YA斷電，此 時(shí)1再次充滿(mǎn)水，再射流，如此循環(huán)下去，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬行運(yùn)動(dòng)。

23、 圖2.6機(jī)器人控制原理圖 本方案如以下圖2,7所示，通過(guò)螺旋槳吸附系統(tǒng)使主機(jī)吸附在玻璃上，并使盤(pán)刷和滾刷壓緊，產(chǎn)生一定的清洗壓力，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)刷子轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)清洗的目的。旋轉(zhuǎn)的刷子的軌跡為包絡(luò)線(xiàn)，從而清洗干凈玻璃。滾刷噴的是清水，將玻璃沖洗干凈，以防止留下來(lái)的清洗機(jī)腐蝕玻璃，同時(shí)盤(pán)刷和滾刷采用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減小了清洗主機(jī)的重量，清潔度提高，清洗效率也提高了一倍；由于采用兩盤(pán)兩滾結(jié)構(gòu)可減少不必要的回程時(shí)間，以到達(dá)提高效率的目的。 圖2.7螺旋槳吸附系統(tǒng)使主機(jī)吸附在玻璃上 2.4 其它部分方案 2.4.1 材料選擇 根據(jù)課題要求，總體重量越輕越好，由于使用清洗液，耐腐蝕性能也要好

24、而且此產(chǎn)品是輕載荷，故材料首先選用鋁合金材料及非金屬材料。 整個(gè)及其涉及到齒輪減速器的地方，齒輪的材料經(jīng)過(guò)篩選與比較采用聚甲醛〔均聚〕］ 本機(jī)的各個(gè)傳動(dòng)軸均采用硬質(zhì)合金LY11。 螺旋槳材料選用尼龍66（聚己二酰己二胺）。 機(jī)架的材料采用鋁合金。 其他機(jī)件的選擇根據(jù)通常材料在重量最輕原則下進(jìn)行確定。 2.4.2 輪的潤(rùn)滑問(wèn)題 由于齒輪的材料已確定為聚甲醛口4，據(jù)參考文獻(xiàn)口\其工作要求少潤(rùn)滑或無(wú)潤(rùn)滑，故不考慮齒輪的潤(rùn)滑問(wèn)題。 2.4.3 軸承的潤(rùn)滑問(wèn)題 大空心軸的轉(zhuǎn)速較低為400r/min,鼓起潤(rùn)滑方式應(yīng)為脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑脂為鈣機(jī)潤(rùn)滑 注：以上潤(rùn)滑脂的選擇見(jiàn)文獻(xiàn)” 2.5 本章

25、小結(jié) 本章確定了設(shè)計(jì)玻璃清潔機(jī)器人的總體方案。根據(jù)作業(yè)環(huán)境，對(duì)機(jī)器人從清洗系統(tǒng)、爬壁系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，選型和參數(shù)確實(shí)定。最后請(qǐng)教導(dǎo)師對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行校正，以確定設(shè)計(jì)的可行性和穩(wěn)定性。 第三章玻璃清潔機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 玻璃清潔機(jī)器人電動(dòng)機(jī)的選擇 為電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行合適的電機(jī)選擇，才能保證系統(tǒng)可靠工作和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。下文簡(jiǎn)要介紹電機(jī)選擇的一般內(nèi)容。電機(jī)選擇的主要包括如下內(nèi)容。 1 .類(lèi)型的選擇選擇哪種電機(jī)類(lèi)型，一方面要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電機(jī)的機(jī)械特性、起動(dòng)性能、調(diào)速性能、制動(dòng)方法、過(guò)載能力等方面的要求；在對(duì)起動(dòng)、閱速等性能沒(méi)有特殊要求的前提下，優(yōu)先選用三相異步籠型電機(jī)。

26、 2 .功率的選擇選擇電機(jī)的翻定功率時(shí)，應(yīng)使所選的電機(jī)額定功率等于或稍大于生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率，既不能過(guò)載，也不能長(zhǎng)期輕載?？刹捎妙?lèi)比法、統(tǒng)計(jì)法、實(shí)驗(yàn)法、計(jì)算法等確定。 3 .電壓的選擇交流電機(jī)額定電壓應(yīng)選擇和供電電網(wǎng)的電壓一致.并結(jié)合電機(jī)順定功率考慮。直流電機(jī)的額定電壓也要與電源電壓相配合，常用110V或220V。大功率直流電機(jī)可提高到600-800V至1000V。 當(dāng)采用品閘管整流裝置供電時(shí)，可選用專(zhuān)門(mén)為其配套設(shè)計(jì)的直流電機(jī).其電壓有功率等級(jí)160V（Z3型）,180V,340V（Z2型）及440V（Z2,Z3型）。 4 .轉(zhuǎn)速的選擇 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)方式.通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比

27、較后確定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。額定功率相同的電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速越高，則電動(dòng)機(jī)體積、重復(fù)和造價(jià)越低，一般飛輪矩 G疝越小，因此選用高速電動(dòng)機(jī)較為經(jīng)濟(jì)。但生產(chǎn)機(jī)械速度一定.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高.則傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比越大，機(jī)構(gòu)越復(fù)雜.傳動(dòng)損耗越大。因此.要綜合考慮上面諸因術(shù)后才能確定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 5 .外形結(jié)構(gòu)的選擇 電機(jī)常用的外形結(jié)構(gòu)有開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式、密封式、防爆式。①開(kāi)啟式電機(jī)定子兩側(cè)和端蓋上開(kāi)有很大的通風(fēng)孔。它散熱好、價(jià)格廉價(jià)，但容易進(jìn)灰塵、水滴和鐵渭等雜物.只能在清潔干燥的環(huán)境中使用：②防護(hù)式電機(jī)的機(jī)座下面有通風(fēng)口。它散熱好、能防止水滴、沙粒和鐵屑等雜物濺人或落人電動(dòng)機(jī)內(nèi)，但不能防止潮氣和灰塵

28、浸人.適用于比較干燥、沒(méi)有腐蝕性和爆炸性氣體的環(huán)境；③封閉式電機(jī)的機(jī)座和端蓋完全封閉.它又分自冷式、自扇冷式、他扇冷式、竹道通風(fēng)式及密封式等。前四可用在潮濕、多腐蝕性灰塵、易受風(fēng)雨浸蝕等環(huán)境中，第五種可浸在液體中使用.如潛水泵等；④防爆式電機(jī)在封閉式基礎(chǔ)上制成隔爆形式，機(jī)殼有足夠強(qiáng)度.適用于易燃易爆氣體的場(chǎng)所.如礦并、油庫(kù)、煤氣站等。選擇電機(jī)的外形結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選擇合適的防護(hù)形 工1. 6 .安裝形式的電機(jī)選擇 目前生產(chǎn)的電機(jī)的安裝形式主要有：①B3（臥式安裝，機(jī)座帶底腳.端蓋上無(wú)凸緣）②B5（臥式安裝，機(jī)座不帶底腳.端蓋上有凸緣）③B35（臥式安裝.機(jī)座帶底腳.端蓋上有凸緣）④V1（立式安

29、裝.機(jī)座不帶底腳，端蓋上有凸緣）。每種又分單軸伸出和雙軸伸 出兩種。應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)機(jī)械中的安裝方式選擇電動(dòng)機(jī)的安裝形式。一般情況選用臥式，立式價(jià)格較高，只用于簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置又必須垂直運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如立式深井泵等。 7 .工作制的電機(jī)選擇 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械要求.選樣工作制與實(shí)際工作方式相當(dāng)?shù)碾姍C(jī)比較經(jīng)濟(jì)。 8 .型號(hào)的電機(jī)選擇 根據(jù)上述各項(xiàng)的結(jié)果，選擇電機(jī)的型號(hào)和生產(chǎn)廠(chǎng)家。 考慮到該機(jī)構(gòu)工作所需功率不大，初步采用估算的方法，擬采用Y90L-4電動(dòng)機(jī)。 查文獻(xiàn)⑻得： 選擇，其銘牌如下表3.1: 表3.1Y系列三相異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率KW滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速r/min……、…質(zhì)量K

30、g 定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 Y90L-4 同步轉(zhuǎn)速1500r/min, 4級(jí)1440 圖3.1三相異步電動(dòng)機(jī) 玻璃清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì) 〔a〕三相異步電動(dòng)機(jī)安裝示意圖 〔b〕三相異步電動(dòng)機(jī)外形尺寸示意圖 圖3.2電動(dòng)機(jī)的安裝及外形尺寸示意圖 表3.2電動(dòng)機(jī)的安裝技術(shù)參數(shù) /mm 底腳安裝 地腳螺栓 軸 /mm LX〔AC/2+AD0XHD 尺寸AXB 孔直徑K DXE 尺寸FXGD 90 515X345X315 216X178 12 38X80 10X43 3.2 直齒輪副的設(shè)計(jì)計(jì)算 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的閉

31、式直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，標(biāo)稱(chēng)功率P=1.5kW,小齒輪轉(zhuǎn)速ni=1500r/min,傳動(dòng)比i=4.1許有4%的誤差，長(zhǎng)時(shí)工作，預(yù)期壽命五年，每年按200天計(jì)。工作有輕微沖擊，齒輪對(duì)稱(chēng)布置。 ii 玻璃清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì) (1) 選材料確定初步參數(shù)依據(jù)參考文獻(xiàn)⑸表5-5選材料 小齒輪：40Cr調(diào)質(zhì)，平均取齒面硬度為260HBs 大齒輪：45鋼調(diào)質(zhì)，平均取齒面硬度為230HBs (2) 初選齒數(shù)取小齒輪齒數(shù)為zi=32,則大齒輪齒數(shù)為： Z=i4=4.1X32=131.2 園整，為使u為除不盡的數(shù)取Z2=129 (3) 齒數(shù)比 驗(yàn)算傳動(dòng)比誤差, 3.1 4.03義100%=

32、1.7%允許 4.1 (4) 選擇齒寬系數(shù) d和傳動(dòng)精度等級(jí) 查參考文獻(xiàn)㈤表5-8得齒寬系數(shù) d=0.275 初估小齒輪直徑 d1估 80 mm 則齒寬 d1 0.275 80 22mm 齒輪圓周速度: dm 60 100 80 1500 m/s 6.28m/s, 60 1000 查參考文獻(xiàn)［5］表5-4可選擇精度等級(jí)為7級(jí), (5) 計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1 — 6 P T1 9.55 106 — 小 (3.1) 9.55 106 衛(wèi)Nmm 1500 _ _ 3 _ _ 955 10 N mm 定重合度系數(shù)Z、Y &

33、1.88 3.2 Z Z2 (3.2) 由公式(5.2)定重合度 =1.88-3.2X〔1/32+1/129〕=1.755  Z = 4 1.755 [ 3 分別由參考文獻(xiàn)113」中公式得 =0.865 0.750.75 Y=0.25+——0.250.677 1.755 （6）確定載荷系數(shù)Kh、Kf (3.3) K=KaKvKh°Kb 1）使用系數(shù)Ka由參考文獻(xiàn)”3'表10-2查表，取Ka=1.35 2）動(dòng)載系數(shù)Kv由參考文獻(xiàn)"3'圖10-8可查得，Kv=1.14 3）齒向載荷分布系數(shù)K，由參考文獻(xiàn)"3】圖10-4可取K=1.29 4）齒間載荷分配

34、系數(shù)Kh、Kf根據(jù)條件 K aE 2K aTi b bd1 2 1.35 9.55 103 22. 80 N/mm 14.65N/mm 100 N/mm 22 查參考文獻(xiàn)”3】表10-3得Kh—1.34 z0.865 KF=1/Y=1/0.677=1.48 5)載荷系數(shù)Kh、Kf由公式(5.3)可算得 K=KaKvKh°Kf1.35X1.14M.29X1.34=2.66 KHa1351.141.291.342.66 KfKhKf/Kh2.661.48/1.342.94 3.2.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （1）確定許用應(yīng)力[h] 1）總工作時(shí)間：th82005

35、8000h 2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1、N2由參考文獻(xiàn)1131公式（10-13）及參考文獻(xiàn)6表10-18可計(jì) 算查得： 21 Ni=60tnht601150080007.2108 N2 Ni u 7.2108 4.03 1.79108 3)壽命系數(shù)Zn1、Zn2 由參考文獻(xiàn)"3】圖8.2-17取Zn1=1Zn2=1 4)接觸疲勞極限 Hlim1> Hlim2 : 由參考文獻(xiàn)口3'圖 8.2-13 取 Hiim1=630MPa, Hiim2=490MPa 5)安全系數(shù)Sh 參照參考文獻(xiàn)03】照表8.2-13,取Sh=1 6)許用應(yīng)

36、力［H1］、［ H2］： 由參考文獻(xiàn)口3】式(8.2-15) ［H1］= HlimZN1 630」630MPa Sh 1 H lim Zn 490 1 ［H2］= 490MPa Sh 1 (2) 彈性系數(shù)Ze : 由參考文獻(xiàn)表8.2-11, 取Ze =190jMPa (3) 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Zh : 由參考文獻(xiàn)"3］圖8.2-12,取Zh=2.5 (4) 求所需小齒輪直徑d1由參考文獻(xiàn)"3」式〔8.2-11〕 32KHTi(u 1)(ZeZhZ )2 、d U H22 2 2.66 9.55 103 (4.03 1)(190 2.5 0.865)2 2 0.2

37、75 4.03 4902 mm 64.5mm 符合初估數(shù)值 （5）確定中心距、模數(shù)等主要幾何參數(shù) 1）中心距a初算中心距 a0d1min（u1）166.9mm 2 園整取中心距a=200mm 2）模數(shù)m由中心距a及初選齒數(shù)乙、Z2得 2a2200 m2.48mm z1z232129 按標(biāo)準(zhǔn)取m=2.5mm 3）分度圓直徑d1、d2 d1=mz1=2.5X32=80mm d2=mz2=2.5X129=322.5mm取為d2=320mm 4）確定齒寬 取大齒輪齒寬b2=b=22mm,小齒輪齒寬b1=32mm 3.2.2齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算（1）求許用彎曲應(yīng)

38、力昨 1）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Nf1Nf2由以上計(jì)算可得 NF172108Nf2=1.79X10 2）壽命系數(shù)Yn1、Yn2取Yn1=Yn2=1 3）極限應(yīng)力Flim1、Flim2 由圖9-21?。篎im1=220MPaFim2=170MPa 4）尺寸系數(shù)Yx由參考文獻(xiàn).圖8.2-26,取Yx=1 5）安全系數(shù)Sf參照參考文獻(xiàn)口s表8.2-13,取Sf=1.5 6）許用應(yīng)力fi、F2由參考文獻(xiàn)03,式（8.2-20）,許用彎曲應(yīng)力: 2FlimYN1Y ~~SF~~ 222011 293MPa F1 F2 (2)齒形系數(shù)YFai、YFa2 由參考文獻(xiàn)1何圖9

39、-19,?。篩Fai=2.5 YFa2=2.15 (3)應(yīng)力修正系數(shù)Ysa「Ysa2 由參考文獻(xiàn)"3】圖9-20,?。篩sai=1.63 2FlimYN2Yx~~sF 1.5 217011,227MPa 1.5 Ysa2=1.82 〔4〕校核齒根抗彎曲疲勞強(qiáng)度由參考文獻(xiàn)“3」式〔8.2-17〕，齒根彎曲應(yīng)力 fi2^^1工一22.949.55102.51.630.67735.2MPafi b&m22802.5 YFa2Ysa22.151.82 0F2bF135.233.8M

40、Pa阡2 YFa1Ysa12.51.63 抗彎疲勞強(qiáng)度足夠。 1.1.3 齒面靜強(qiáng)度計(jì)算 (1)確定許用接觸應(yīng)力Hmax： 參照參考文獻(xiàn)口3］表8.2-13,取靜強(qiáng)度安全系數(shù)SH1.1 由參考文獻(xiàn)：13：圖8.2-17,取壽命系數(shù)ZniZn21.6 于是由參考文獻(xiàn)J?式(8.2-21),許用接觸應(yīng)力〔大輪較低〕 Zn2sH1.61 中max中2^7^490--712.7MPa Zn2Sh11.1 (2)校核齒面靜強(qiáng)度 根據(jù)過(guò)載條件，由參考文獻(xiàn)“3」式(8.2-21),齒面最大接觸應(yīng)力 2Ti 1 H max H 2 1 \[KaKv 490 M MPa 5

41、58.6MPa \1.35 1.14 H max 齒面靜強(qiáng)度足夠。 1.1.4 齒根〔抗彎〕靜強(qiáng)度驗(yàn)算 〔1〕確定許用彎曲應(yīng)力 參照參考文獻(xiàn)口s表8.2-13, 取靜強(qiáng)度安全系數(shù) Sf 1.6 由參考文獻(xiàn)口31圖8.2-25,取壽命系數(shù) YN1 YN2 2.5 于是由參考文獻(xiàn)“3」式(8.2-22),許用彎曲應(yīng)力 YN1SF F1 max F1 ~ Y niSf 293 2.5 1.5 MPa 686.7MPa 1.6 F 2 max F 2 YN2SF YN2SF 227 2.5 1.5 532 MPa 1 1.6

42、〔2〕求最大彎曲應(yīng)力并校核強(qiáng)度 由參考文獻(xiàn) 池 式(8.2-22), 最大彎曲應(yīng)力 F1 max F2max 2Ti F1TiKaK c c 2 35.2 45.7 MPa 1.35 1.14 F1 max 2Ti F2 TiKaKv 33.8 2——43.9MPa 1.35 1.14 F 2 max 靜強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 帶動(dòng)兩個(gè)盤(pán)刷的齒輪對(duì)稱(chēng)布置 3.3 錐齒輪副的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)參考文獻(xiàn)：13：第二版2-369, 材料選擇聚甲醛〔均聚〕，參照參考文獻(xiàn) [13]給 弟 3.3.1 基礎(chǔ)尺寸確定 由小錐齒輪所傳

43、遞轉(zhuǎn)距為T(mén)106.4NM,根據(jù)圖2.4-14和圖2.4-15選擇小齒輪大 端分度圓直徑為d160mm,取大端模數(shù)me d12.5o Zi 則齒數(shù): Zi24Z224i242.560 d2602.5150mm 軸交角900 分錐角 iarctgZ_21.802168.20 乙 外錐距： Rd1/2sin@d2/2sin§81 齒寬系數(shù)RM0.3,則齒寬：bRR24.3mm取b=24mm 齒頂高：ha13.475mm,ha21.525mm 齒根高：hf12.0mm,hf24mm 齒高：hh1h25.5mm 大端齒頂圓直徑: (3.4) da

44、1d12ha1cos1 da16023.475cos18.43066.45mm da2 d22h2cos215021.525cos71.570151mm2a22 齒根角: f1 一一hf1 arctanR 1.40 f2 一」hf2 arctanR 2.90 齒頂角： a1 a2 f1 1.40 頂錐角： a1 1 f2 24.70 a2 2f1 69..60 根錐角： f1 1 f1 20.40 f2 2f2 65.30  冠頂距: AK1 d2 萬(wàn) 150 hai sin i A

45、K2 73.5 3.475sin21.80 di 萬(wàn) 60 22 ha2sin 2 1.525sin68.20 28.5mm 確定傳動(dòng)的精度等級(jí) 初選平均切線(xiàn)速度Vmtdn/(601000)3.3m/s 由參考文獻(xiàn)Pg159表8.2-5,選擇傳動(dòng)等級(jí)為8級(jí) 3.3.2 確定載荷系數(shù)K 使用系數(shù)Ka,由已知條件查表8.2-9,取Ka1.25 動(dòng)載荷系數(shù)Kv，由圖8.2-6,取Kv1.16 齒向載荷分布系數(shù)K，按小錐齒輪懸臂考慮取K1.8 載荷系數(shù)KKAKKV1.251.161.82.61 3.3.3 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 [1] 確定許用應(yīng)力[h]

46、 安全系數(shù)Sh,參照表8.2-13,取Sh1 SH21 接觸疲勞極限 Hlim1 Hiim235MPa [2] 彈性系數(shù)Ze [3] 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) [4] [H1][ 1 56.4MPa2 Zh2.5 小齒輪所需大端分度圓直徑 H2]Hiim1Zn1/Sh135MPa d1,由參考文獻(xiàn)式(8.2-44) 玻璃清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)2 ,J4KT1ZE” d13237mm R10.5Ru[H] [5]驗(yàn)算速度Vmt 平均直徑： dmidi1R3710.50.331.4

47、56m/s 平均線(xiàn)速度： Vmtdm1n1/6010003.1m/s [6]確定模數(shù)m: md1/Z12.5 3.3.4 齒根抗彎疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （1）確定許用彎曲應(yīng)力[F』[F2] 1）壽命系數(shù)Yn1Yn21 2）安全系數(shù)Sf1Sf21.3 3）尺寸系數(shù)Yx1 4）極限應(yīng)力Flim1,Flim2取Flim1Flim230MPa 5）許用彎曲應(yīng)力 [F1][F2]2F]Yn1Yx2301146.154MPa Sf1.3 （2）齒形系數(shù)YFa1,Yf92 1）分錐角121.8268.2 2）當(dāng)量齒數(shù)：ZV1乙/cos123.8ZV2Z2/cos259.6 3）由參

48、考文獻(xiàn)口3'圖8.2-19,取丫尸記2.78,匕？2.13 4）應(yīng)力修正系數(shù) 由參考文獻(xiàn)口3】圖8.2-20取YS11.56,YSa21.88 23 玻璃清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì) (3.5) (3.6) Ft 2Ti zm1 0.5 R (3.7) 4KT1YFa1YSa1 1Fa1sa1 39.6MPa [ F1 2 3 . _ 2 :―2 Zi m3 r 1 0.5 r . u2 1 F1] F2 一2一3 z2 m 4KTYFa2YSa2 R 1 0.5 R 2 , U2 -16.7MPa [ 1 F2] 5)校核齒根抗彎疲勞強(qiáng)度由參考文獻(xiàn)

49、口3」式8.2-46 KFtYFaYSa F1；：―F~ bm10.5R bmz 47 滿(mǎn)足要求 3.4 中心軸管的受力分析 1在水平平面的支反力，由 Rbz lAB Fr lAB Fx Ma 0,得 dc c 0 2 Fr lAB Fx 生 2 7230.47 0.057 9619.69 0.177 2 l AB 0.057 7705.36N 為負(fù)值說(shuō)明方向與假設(shè)方向相反。 由Mz0,得 RAzFrRBz7230.47(770536)N14935.83N 2做彎矩和轉(zhuǎn)矩圖 1〕齒輪的作用力在水平平面的彎矩圖 MdzRazl

50、AB14935.830.057N851.34Nm MDzMDzFxd1851.349619.6901770Nm 22 齒輪的作用力在垂直平面的彎矩圖 MdvRavlAB3615.2350.057N206.07Nm 由于齒輪作用力在D截面做出的最大合成RAyRBy1Ft7230.47N3615.235N 22 彎矩 MDM；zM；y851.342206.072Nm875.93Nm 2）做轉(zhuǎn)矩圖 T2800N.m 圖3.3 轉(zhuǎn)矩圖 Md W 式中W——抗斷面系數(shù)，由參考文獻(xiàn) ：13：中的表19.3-15查得W 16.6375 3.5中心軸

51、管的強(qiáng)度校核 1〕確定危險(xiǎn)截面根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖，截面B處彎矩較大，且有軸承配合引起的引力集中；截面D處彎矩最大，且有齒輪配合引起的應(yīng)力集中，故屬于危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)對(duì)D截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。 2〕安全系數(shù)校核計(jì)算由于該減速器機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，彎矩引起對(duì)稱(chēng)循環(huán)的應(yīng)力，彎矩引起的為脈動(dòng)循環(huán)的切應(yīng)力。 彎曲應(yīng)力幅為: 52.65Pa 875.9310「 Pa 16.6375 由于式對(duì)稱(chēng)循環(huán)彎曲應(yīng)力，故平均應(yīng)力m0 根據(jù)參考文獻(xiàn)中的式〔19.3-2〕 1.46 270106 2.62____._6_ 52.651060 0.920.81 由參考文獻(xiàn)：13：中的表19.1-

52、1 ：13：中的表19.3-6 ,并根據(jù)配 式中1——45鋼彎曲對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)的疲勞極限,查得1=270MPa; K——正應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，由參考文獻(xiàn) 合查得K=2.62; ——外表質(zhì)量系數(shù)，軸經(jīng)車(chē)削加工，按參考文獻(xiàn)“3」中的表19-3-8查得 =0.92; ——尺寸系數(shù)，由參考文獻(xiàn)池中的表19.3-11查得=0.81. 切應(yīng)力幅為： 800 m a 2WP 2 33.275 式中W——抗斷面系數(shù)，由參考文獻(xiàn) 由于式對(duì)稱(chēng)循環(huán)彎曲應(yīng)力，故平均應(yīng)力 Pa 12.02MPa “3］中的表19.3-15查得W 33.275 4.70 15510 18966

53、 m12.021060.2112.02106 0.920.81 式中1——45鋼扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由參考文獻(xiàn)113］中的表19.1-1查得1=155MPa; K—一切應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，由參考文獻(xiàn)：13：中的表19.3-6,并根據(jù) 配合查得K=1.89; ,——同正應(yīng)力情況； ——平均應(yīng)力折算系數(shù)，由參考文獻(xiàn)心中的表19.3-13查得=0.21. 軸D截面的安全系數(shù)由式［19.3-1〕確定 cSS1.464.70(2 S-1.39 S2S2.1.4624.702 由參考文獻(xiàn)：13：中的表19.3-5可知，［S］=1.3?1.4,故S＞［S］,該軸D截面是安全的。 同理可驗(yàn)

54、證輸出軸也符合強(qiáng)度要求。 3.6鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼，查參考文獻(xiàn)［何得許用擠壓應(yīng)力［D］100~120MPa,取其p 中間值，［p］110MPa。鍵的工作長(zhǎng)度lLb22mm8mm16mm,鍵與輪轂鍵 槽的接觸高度k0.5h0.57mm3.5mm?？傻? — 3 2T 10 kld 3 28610 MPa102.3MPa[p]110MPa 3.51630p 式中: T傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nm; k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度,k0.5h,此處h為鍵的高度，mm mm; l鍵的工作長(zhǎng)度，mm,圓頭平鍵lLb,L為鍵的公稱(chēng)長(zhǎng)度，mm,b為鍵的寬度,d鍵的直徑，mm; [p

55、]鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，MPa,鍵4表62; 可見(jiàn)連接的擠壓強(qiáng)度足夠了，鍵的標(biāo)記為：鍵108GB/T10962003 3.7 軸承的校核 ⑴、軸軸承的校核 I軸選用的是深溝球軸承6205,其基本額定負(fù)荷為19.5KN,所以齒輪越小越靠近 軸承，對(duì)軸承的要求越高。 ②軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 受力 受力 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對(duì)I軸未端的滾子軸承進(jìn)行校核。 P T 9550- n 7.5 0.96 9550 86N m 800 2T 2 86 1535.7N d 112 10 3 根據(jù)圖3.12受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為

56、 圖3.4受力分析和受力圖 在水平面: 1410N Frl31535.7426 l2l338426 在水平面: Fo (li I2 I3) l2 l3 1563.26 546 38 426 1839.5N :Fa.fAhfAv141021839.522317.7N ④因軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，［4］表13-6查得載荷系數(shù) fp,取fp1.2,則有： PfpFA1.22317.72781.24N ⑤軸承的壽命計(jì)算：所以按軸承的受力大小計(jì)算壽命 106195003 ()371803.8h58400h 608002781.24

57、故該軸承6205能滿(mǎn)足要求。 ⑵、其他軸的軸承校核同上，均符合 3.8 本章小結(jié) 本章對(duì)傳動(dòng)部件的直齒圓柱齒輪和錐齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核，使之滿(mǎn)足傳動(dòng)要求。由于材料有限，設(shè)計(jì)時(shí)采用的是45號(hào)鋼以取代聚乙醛，方便材料的強(qiáng)度計(jì)算。 第四章玻璃清潔機(jī)器人清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在清洗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中想到了五種方案，如圖4.1,4.2,4.3,4.4,4.5 (1)電機(jī)帶動(dòng)斜齒輪1,斜齒輪1帶動(dòng)斜齒輪2,斜齒輪帶動(dòng)斜齒輪3,斜齒輪上的軸連接滾刷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)清洗； 圖4.1清洗機(jī)構(gòu)一 (2)電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪1,錐齒輪1帶動(dòng)錐齒輪2,由錐齒輪2上的軸連接滾刷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)清洗； 圖4.2清洗機(jī)構(gòu)二

58、 (3)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，兩個(gè)蝸輪的軸上分別接刷子，從而實(shí)現(xiàn)清洗； (4)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，兩個(gè)蝸輪分別接皮帶輪，皮帶輪上的軸接 刷子，從而實(shí)現(xiàn)清洗 圖4.4清洗機(jī)構(gòu)四 圖4.5清洗機(jī)構(gòu)五 5為清洗機(jī)構(gòu) 以上5種方案通過(guò)比照以及由設(shè)計(jì)的要求所限制，最終選擇方案 4.1清洗機(jī)器清洗部分設(shè)計(jì) 假設(shè)清洗速度0.2m2/s。 4.1.1盤(pán)刷設(shè)計(jì) 1〕盤(pán)刷 采用在塑料體上在塑料毛的盤(pán)刷，其具有一定的彈性和剛度，可保證一定的壓緊力來(lái)清洗玻璃，同時(shí)假設(shè)玻璃有一定高度的凸出物，塑料毛有一定的彈性可以退讓?zhuān)樌ㄟ^(guò)。刷子半徑214,有毛半徑208,刷毛

59、長(zhǎng)度為50,盤(pán)刷與聯(lián)刷體可通過(guò)螺栓來(lái)裝配連接。 2〕聯(lián)刷體 采用聯(lián)刷體的目的： [1]使電機(jī)與盤(pán)刷連接起來(lái)； [2]使盤(pán)刷具有可換性； [3]可調(diào)節(jié)盤(pán)刷與玻璃的距離； 聯(lián)刷體保證與電機(jī)連接處的強(qiáng)度、材料應(yīng)盡量輕，其結(jié)構(gòu)如圖4.6: 圖4.6聯(lián)刷體 3〕盤(pán)刷的工藝性 根據(jù)資料可知：刷類(lèi)的刷毛是用制毛器植上的，具基本原理如下： 在殼體剛注塑完時(shí)，趁著殼體還為硬化，用機(jī)械方法把刷毛植進(jìn)去。把一撮毛〔約四至五根〕折彎，在根部裝上一韌性卡子，用專(zhuān)門(mén)植毛機(jī)把毛插入未硬化的殼體內(nèi)，卡子插入后，待殼體凝固，便把刷毛固定下來(lái)，這樣整個(gè)植毛工藝就完成了。 根據(jù)上述原理，盤(pán)刷也可以采用這種

60、方法制作，其技術(shù)要求： 毛孔直徑：2.5mm 間距：5mm 孔深：10mm 每孔刷毛密度：五根 滾刷原理與上面相同 4.1.2滾刷設(shè)計(jì) 采用在鋼軸外面加套橡膠軸套，在橡膠軸上栽刷毛的方法做成，可通過(guò)調(diào)換橡膠套的方法調(diào)換滾刷，滾刷半徑為106,有刷毛部分長(zhǎng)度為940。滾刷結(jié)構(gòu)如圖4.7: 為了控制的方便，減輕主機(jī)的重量，應(yīng)盡量減輕電機(jī)的數(shù)量，所以盤(pán)刷、滾刷共用一雙輸出軸電機(jī)，中間用齒輪和V帶傳動(dòng)；從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，采用普通的三相電機(jī)，帶動(dòng)兩盤(pán)兩滾共四個(gè)清洗刷。 依據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，取洗刷的壓強(qiáng)為螺旋槳工作壓力為20公斤力。四個(gè)角輪分別承 受3公斤力。盤(pán)滾刷均承受兩公斤力 刷毛

61、與玻璃的摩擦系數(shù)為0.1?0.2,取^=0.15 對(duì)盤(pán)刷求積分轉(zhuǎn)矩為：F200153Nm 1）洗力矩： 盤(pán)刷： M1然rF4.2Nm 兩個(gè)刷子的轉(zhuǎn)矩： T2M18.4Nm 滾刷： M20.206780.050.8034Nm 所需總的清洗力矩： M2M1M28.40.80349.2034Nm 2）初定盤(pán)刷轉(zhuǎn)速：360r/min 根據(jù)清洗力矩，型號(hào)為Y2-802-6,額定功率550W,轉(zhuǎn)速900r/min,平鍵4X20,保持轉(zhuǎn)矩為9.8N.m（查GBM） 4.1.3清洗部分所用彈簧的設(shè)計(jì) 圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧受載時(shí)的應(yīng)力及變形 現(xiàn)就以下圖＜圓柱螺旋壓縮彈簧的受力

62、及應(yīng)力分析＞所示的圓形截面彈簧絲的壓縮彈簧承受軸向載荷P的情況進(jìn)行分析。 由圖＜圓柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析a＞（圖中彈簧下部斷去，末示出）可知，由于彈簧絲具有開(kāi)角a,故在通過(guò)彈簧軸線(xiàn)的截面上，彈簧絲的截面A-A呈橢 T=F-" 圓形，該截面上作用著力F及扭矩三。因而在彈簧絲的法向截面B-B上則作 用有橫向力Fcosa、軸向力Fsina、彎矩M=Tsina及扭矩T，=Tcosa。由于彈簧的螺旋升角一般取為a=5°?9°,故Sina=0；COSa=1（以下圖＜圓柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析b＞）,則截面B-B上的應(yīng)力（以下圖＜圓柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析c＞）可近似地取為 北

63、1 d2 2C FD F224F2D2 片21 d24d316dd 式中C=D2/d稱(chēng)為旋繞比（或彈簧指數(shù)）。為了使彈簧本身較為穩(wěn)定，不致顫抖和過(guò)軟，C值不能太大；但為防止卷繞時(shí)彈簧絲受到強(qiáng)烈彎曲，C值又不應(yīng)太小。C值的范圍為4?16（表＜常用旋繞比C值＞）,常用值為5?8。 圖4.8圓柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析 表4.1常用旋繞比C值 d(mm) 0.2?0.4 0.45?1 1.1?2.2 2.5?6 7?16 18?42 C=D2/d 7?14 5?12 5?10 4?9 4?8 4?6 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常在上式中取1+

64、202c（因?yàn)楫?dāng)C=4?16時(shí)，2c＞＞l,實(shí)質(zhì)上即為略去了pp）,由于彈簧絲開(kāi)角和曲率的影響，彈簧絲截面中的應(yīng)力分布將如圖＜圓 柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析“中的粗實(shí)線(xiàn)所示。由圖可知，最大應(yīng)力產(chǎn)生在彈簧絲截面內(nèi)側(cè)的m點(diǎn)。實(shí)踐證明，彈簧的破壞也大多由這點(diǎn)開(kāi)始。為了考慮彈簧絲的開(kāi)角和曲率對(duì)彈簧絲中應(yīng)力的影響，現(xiàn)引進(jìn)一個(gè)補(bǔ)償系數(shù)K（或稱(chēng)曲度系數(shù)），則彈簧 絲內(nèi)側(cè)的最大應(yīng)力及強(qiáng)度條件可表示為 r KrT 8CF K 中 式中補(bǔ)償系數(shù)K,對(duì)于圓截面彈簧絲可按下式計(jì)算: 4c10.615 4C4C 圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧受載后的軸向變形量 入可根據(jù)材料力學(xué)關(guān)于圓柱螺旋

65、 彈簧變形量的公式求得 8FD23n8FC3n 4 Gd4Gd 式中：n一彈簧的有效圈數(shù); GL彈簧材料的切變用K量，見(jiàn)前一節(jié)表＜彈簧常用材料及其許用應(yīng)力＞o如以 Pmax代替P則最大軸向變形量為: 1）對(duì)于壓縮彈簧和無(wú)預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧: max 3 8FmaxC n Gd 2〕對(duì)于有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧: max 一，— — . 一 3 8( Fmax - F0) C n Gd 拉伸彈簧的初拉力（或初應(yīng)力）取決于材料、彈簧絲直徑、彈簧旋繞比和加工方法。用不需淬火的彈簧鋼絲制成的拉伸彈簧，均有一定的初拉力。如不需要初拉力時(shí)，各圈間應(yīng) 有間隙。經(jīng)

66、淬火的彈簧，沒(méi)有初拉力。當(dāng)選取初拉力時(shí)，推薦初應(yīng)力p0'值在以下圖 的陰影區(qū)內(nèi)選取。 初拉力按下式計(jì)算: Fo d3 0 8KD2 使彈簧產(chǎn)生單位變形所需的載荷kp 稱(chēng)為彈簧剛度，即 kFGdGd4 p—8C3n8D23n DM 圖4.9彈簧初應(yīng)力的選擇范圍 彈簧剛度是表征彈簧性能的主要參數(shù)之一。它表示使彈簧產(chǎn)生單位變形時(shí)所需的力，剛度愈大，需要的力愈大，則彈簧的彈力就愈大。但影響彈簧剛度的因素很多，由于kp與C的三次方成反比，即C值對(duì)kp的影響很大。所以，合理地選擇C值就能控制彈簧的彈力。另外，kp還和Gd、n有關(guān)。在調(diào)整彈簧剛度時(shí)，應(yīng)綜合考慮這些因素的影響。 承受靜載荷的圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧的設(shè)計(jì) 彈簧的靜載荷是指載荷不隨時(shí)間變化，或雖有變化但變化平穩(wěn)，且總的重復(fù)次數(shù)不超過(guò)〔也次的交變載荷或脈動(dòng)載荷而言。在這些情況下，彈簧是按靜載強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)的。 在設(shè)計(jì)時(shí)，通常是根據(jù)彈簧的最大載荷、最大變形、以及結(jié)構(gòu)要求（例如安裝空間對(duì)彈簧尺寸的限制）等來(lái)決定彈簧絲直徑、彈簧中徑、工作圈數(shù)、彈簧的螺旋升角和長(zhǎng)度等。 具體設(shè)計(jì)方法和步驟如下： 1）根據(jù)工作情況及