落葉清掃機設(shè)計含17張CAD圖
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XXX
落葉清掃機的設(shè)計
目錄
摘 要 II
Abstract III
第一章 緒論 1
第一節(jié) 引言 1
第二節(jié) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
第三節(jié) 研究內(nèi)容和意義 2
第二章 方案概述 4
第一節(jié) 落葉清掃機介紹 4
第二節(jié) 機構(gòu)組成與及工作原理 4
第三章 方案設(shè)計 6
第一節(jié) 技術(shù)要求 6
第二節(jié) 總體設(shè)計 6
第三節(jié) 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 7
第四章 機構(gòu)設(shè)計 9
第一節(jié) 清掃機構(gòu)主要部件設(shè)計 9
一、風(fēng)機的設(shè)計 9
二、設(shè)備毛刷的設(shè)計 10
第二節(jié) 收集機構(gòu)主要部件設(shè)計 11
第三節(jié) 傳動系統(tǒng)設(shè)計 12
一、 齒輪設(shè)計 13
二、工作軸的設(shè)計 14
第四節(jié) 車輪的選擇 18
結(jié) 論 20
致 謝 21
參考文獻 22
落葉清掃機設(shè)計
摘 要
當(dāng)前，我國很多地區(qū)仍然采取的是清掃樹葉最原始的方法人工清掃，這種原始的方法本身效率低下而且也會存在很多存在的問題，例如在清掃過程中清掃工人埋頭處理存在著安全隱患，清洗過程也會出現(xiàn)粉塵問題。
在本案的研究過程中充分利用CAD設(shè)計軟件研發(fā)出了一種手推式的落葉清掃機，該設(shè)備主要是由四種機構(gòu)來共同組成。這種清掃機能夠針對落葉進行高效的清掃，在具體作業(yè)過程中操作人員只需要推動機器前行就能夠完成工作，能夠極大的節(jié)省超過人的勞動力；而且完全能夠?qū)崿F(xiàn)落葉清掃和收集的一體化。本次研究過程中所研發(fā)的處理機整體操作流程簡單，而且具有較強實用性，能夠?qū)崿F(xiàn)快速推廣，而且能夠為人們的生活提供極大的便利。
【關(guān)鍵詞】清掃 收集 傳動 機構(gòu)設(shè)計
Abstract
At present, many areas of our country still adopt the most primitive method of leaf cleaning manual cleaning, this original method itself is inefficient and there will be a lot of problems, such as cleaning workers buried in the process of cleaning there are hidden dangers of safety, cleaning process will also appear dust problems.
During the research of this case, a hand-push defoliation cleaning machine was developed by using Cad design software. This kind of cleaning machine can be used to clean the fallen leaves efficiently. In the process of specific operation, the operator can only push the machine forward to complete the work, which can greatly save more than the human labor force; realize the integration of the cleaning and collection functions of the fallen leaves. The application environment of this processor is wide and the operation process is simple, not only practical but also easy to promote, which can maximize the convenience of people's lives.
【Key words】Cleaning Collect Transmission Mechanism design
III
第一章 緒論
在社會生活水平不斷提升的情況下，整體GDP水平也在穩(wěn)步上升，在日常生活中溫飽問題已經(jīng)不是人們所追求的目標(biāo)。人們對于環(huán)境的綠化程度的要求在逐步提升，例如人們在進行房屋購買的過程中，小區(qū)的綠化問題也會成為一個重點的考慮因素；而且綠化帶在市政規(guī)劃中也屬于一個重點環(huán)節(jié)。在這種情況下，城市發(fā)展過程中形象的構(gòu)建對于綠化設(shè)施的依賴程度越來越高。
對于城市的面貌來說不僅需要依靠綠化率，而且干凈整潔的形象也是城市的一個重要標(biāo)志。城市形象將直接受到清潔程度的影響，所以很多城市在清潔工作方面的投入非常大[1]。城市清潔工人每天在天不亮的情況下就會在城市的各個角落及時開展清潔工作，而且會一直持續(xù)到深夜。我們不管是在繁華的城市還是陌生的小鎮(zhèn)街道，無論你在哪里都能夠看到清潔城市的工人。但是由于環(huán)衛(wèi)工作本身的工作量非常大，而且需要投入大量的人力物力資源，在進行垃圾和落葉清掃的過程中也會產(chǎn)生嚴(yán)重的揚塵問題，而且整體的工作效率相對較低[2]。
第一節(jié) 引言
在一些綠色植物生長茂盛的地方，不僅能夠讓人們充分感受到良好的環(huán)境，而且還能夠為什么提供遮風(fēng)擋雨的功能，但是綠色植物落葉也成為了當(dāng)前一個重要的問題。雖然飄揚的落葉能夠成為一道亮麗的風(fēng)景，但是當(dāng)落葉雜亂紛飛的情況下會給駕駛者視線造成遮擋，由此會引發(fā)一系列安全問題。落葉本身的質(zhì)量相對較輕，但是由于其數(shù)量龐大，在進行清掃的過程中，也很容易出現(xiàn)落葉到處飛揚的現(xiàn)象，落葉存放在垃圾車中后，運輸過程中也很可能會出現(xiàn)贊助的現(xiàn)象。而且針對落葉處理過程中目前主要是通過焚燒等方式來進行，焚燒處理的應(yīng)用是比較廣泛的。焚燒落葉具有較強的便捷性，但是焚燒過程中產(chǎn)生的氣體會對人體造成傷害，而且對空氣造成污染，而且在大氣環(huán)境中也會形成多種懸浮物，甚至可能引發(fā)火災(zāi)等隱患；落葉填埋后需要通過自然風(fēng)景才能夠最終真正成為綠色無污染的土壤肥料，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對廢物的有效回收利用，但是填埋落葉后轉(zhuǎn)自然分解過程非常漫長，因此不適合于大規(guī)模的填滿；落葉在實現(xiàn)回收之后需要進行集中處理，例如可以通過切碎后發(fā)酵將其最終轉(zhuǎn)化成化學(xué)肥料，這種方式本身不僅體現(xiàn)出了環(huán)保性和便捷性，而且還具有良好的經(jīng)濟性。
第二節(jié) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1940年世界第一臺掃地機誕生在英國[3]。從此，清掃機械行業(yè)獲得了飛速的發(fā)展。。很快，國外的清掃機車市場是很快被ELGIN、FAUN-KUKA、KATO、JOHNSTO一些大公司所占領(lǐng)，而且這幾個公司與其他的品牌相比較在規(guī)模和技術(shù)方面都處于絕對的領(lǐng)先地位[4]。
Peel G.M.和Parker G.A.通過構(gòu)建離散元素模型，從理論角度分析清洗盤刷轉(zhuǎn)速與盤刷接地壓力的關(guān)系[5]。
我國在上世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始使用路面清掃機，而且已經(jīng)完成我國首臺純清掃式機車等電話，但是清掃機在我國實現(xiàn)快速發(fā)展則是在20世紀(jì)末期。
近幾年來，隨著落葉清掃機發(fā)展趨勢不斷加快。在針對落葉清掃機進行研究的過程中，寧波大學(xué)的胡立勇在2009年的時候引入了控制系統(tǒng)，針對行人和障礙物的避讓環(huán)節(jié)充分利用了紅外傳感器。2013年的時候西南大學(xué)的徐小六等一些研發(fā)人員通過研究后推出了一款小型手推式落葉清掃機，該機器能夠?qū)崿F(xiàn)清掃和回收的一體化[6]。湖南大學(xué)的李帥等人在2017年的時候針對草地落葉清掃問題進行研究中，成功的設(shè)計出了一種以滾筒毛刷來進行落葉清掃的落葉清掃機[7]。韓魯佳等在著作的《道路模塊落葉收集壓塊車》一文中，通過研究設(shè)計出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)落葉的手機后，將其進行預(yù)壓，并通過高壓作用將落葉制作成圓柱形，并利用快刀將其切成塊狀，這樣就高效完成了落葉清掃過程。劉肖楠、李艷等人申請了一種落葉清掃機專利，這種專利主要是通過利用風(fēng)機來將落葉吸入到收集箱中，而且在收機箱中配備了一個絞碎機，這樣就能夠完成對落葉的攪碎處理[8]。
第三節(jié) 研究內(nèi)容和意義
從當(dāng)前的研究狀況來看，與進口清掃機相比較，雖然我國自行研發(fā)的清掃機具備一定的價格優(yōu)勢，但是工作可靠性相對較差[9]。動力裝置、傳動系統(tǒng)等零部件的加工制造缺陷以及加工進度等對我國清掃機運行穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而且從整體的結(jié)構(gòu)角度來看也存在一定的涉及不完善之處。
在本文的研究過程中設(shè)計出了一種落葉清掃機，該機器主要通過傳動機構(gòu)、清掃機構(gòu)以及落葉收集機構(gòu)等幾個部件來共同組成。這種機器的設(shè)計原理主要是考慮較高的運行可靠性、較強的合理性、叫過的性價比，同時能夠讓落葉清掃的質(zhì)量和效率得到全面提升，利用該機器能夠?qū)崿F(xiàn)對落葉的高效清理和收集，同時也能夠最大程度的緩解清潔人員的勞動強度，同時收集的落葉經(jīng)過加工后可以作為肥料，在設(shè)計過程中對成本因素也進行了充分考慮，這樣就能夠使得落葉清掃機選擇范圍更廣，而且能夠在城市的清潔和能源這些方面發(fā)揮出一定的作用。
第二章 方案概述
第一節(jié) 落葉清掃機介紹
落葉清掃機是一款手推式處理機，在進行清掃作業(yè)的過程中清潔人員只需要推動處理機向前運動就能夠完成落葉的清掃和處理。這種處理裝置前面配備了一個滾筒毛刷，其主要的作用是對主道路上的落葉進行清掃，而且左右兩側(cè)分別配備了一個滾筒毛刷，其主要的作用是針對道路兩側(cè)落葉進行清掃。完成落葉的情況后最終會在回收腔進行儲存。
第二節(jié) 機構(gòu)組成與及工作原理
本文設(shè)計的落葉清掃機主要包括四個機構(gòu)：清掃機、收集機構(gòu)以及傳動機構(gòu)，落葉清下圖2-1所示為清掃裝置的整體結(jié)構(gòu)組成圖，
圖2.1 功能機構(gòu)組成示意圖
三個滾筒毛刷以及互相之間的傳動連接機構(gòu)共同組成了清掃機構(gòu)。所有的滾筒毛刷都是通過電機來實現(xiàn)驅(qū)動，而傳動部分主要使用的是齒輪結(jié)構(gòu)，完成落葉的清掃之后，利用氣流形成的負壓將其吸入到處理器內(nèi)部，在此基礎(chǔ)上來實現(xiàn)后續(xù)處理過程。
電機系統(tǒng)、負壓系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)是傳動機構(gòu)的主要部件。電機主要的作用是為滾筒毛刷和負壓系統(tǒng)提供驅(qū)動力，保障正常清掃作業(yè)的完成，負壓系統(tǒng)的主要作用是在裝置前形成一個低壓環(huán)境，通過這種方式將落葉吸入到處理機內(nèi)部。
齒輪傳動是主要的機械結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是通過齒輪尺寸來實現(xiàn)的。電動機帶動風(fēng)機進行高速旋轉(zhuǎn)就能夠形成負壓系統(tǒng)，通過負壓作用能夠讓存儲腔形成一個短暫的真空狀態(tài)，這樣就能夠通過管道將落葉吸入到存儲器中，以此來補充存儲器中被抽空的空氣。
其基本工作原理如下：風(fēng)機高速旋轉(zhuǎn)形成的負壓真空狀態(tài)來實現(xiàn)落葉的吸附和收集，并將其進行統(tǒng)一擠壓存放。
其整體結(jié)構(gòu)特點如下：該清掃裝置主要分為吸附、收集等兩個部分，通過這兩個系統(tǒng)來針對落葉進行清掃并完成收集處理。
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第三章 方案設(shè)計
第一節(jié) 技術(shù)要求
本次文章研究過程中所設(shè)計的手推式落葉清掃機需要保障在實際使用過程中具備較低的噪聲，而且作業(yè)過程中不能產(chǎn)生揚塵以及二次污染等一些問題；在正常運行的過程中，要保證主負毛刷嚴(yán)格按照設(shè)定的方向進行正常轉(zhuǎn)動，互相之間不能出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上，充分利用負壓系統(tǒng)的輔助作用，保障各個機械結(jié)構(gòu)之間不能存在干涉，這樣就能夠針對道路上的落葉以及垃圾等實現(xiàn)高效的清潔回收。
第二節(jié) 總體設(shè)計
本論文研究過程中所設(shè)計的手扶式落葉清掃機主要是由輪子、兩個圓盤刷、一個滾筒刷、傳動機構(gòu)、收集裝置等幾個重要部分組成，機身結(jié)構(gòu)使用的是手推式車身的設(shè)計方法，充分利用了配備了剎車功能的萬向輪來作為車身的4個車輪，這樣就能夠讓清掃裝置在進行路面落葉不規(guī)則道路落葉清掃作業(yè)時具備更強的靈活性能，而且通過剎車功能能夠讓清掃裝置在斜坡路段上實現(xiàn)停放。手推式落葉清掃機打掃的范圍為：最大清掃半徑達到210mm，清掃機總體高度為：1050mm，總體長度度：1550mm，總體寬度為：860mm。
圖3.1 落葉清掃機示意圖
滾筒刷屬于設(shè)計中清掃落葉的主要裝置，我們設(shè)計的該裝置整體清洗效果大多受滾筒刷清洗效果的影響。因此在設(shè)計過程中主要設(shè)置了三個不同的滾筒毛刷，針對一些狹窄勾縫中的落葉可以通過柔軟的毛刷來進行清理，而且毛刷質(zhì)地柔軟，能夠在面對堅硬物體時能夠發(fā)揮出足夠的緩沖作用。三個毛刷中前面部位設(shè)置一個主毛刷，兩側(cè)設(shè)置兩個輔助毛刷，前端毛刷主要是針對清掃機前方落葉進行清掃；兩個輔助毛刷旋轉(zhuǎn)方向相反，而且采取兩側(cè)分布方式，主要針對道路兩側(cè)不能進行及時清理的落葉進行處理?；厥昭b置通過將落葉處理后吸入收集腔臨時儲存，然后經(jīng)管道進入回收箱體。
第三節(jié) 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
本來設(shè)計的落葉清掃機主要是針對道路上的落葉來進行清掃，兩個具備清掃功能的機構(gòu)是其最關(guān)鍵的部位。處理及整體的清潔效果會受到清掃機構(gòu)質(zhì)量的嚴(yán)重影響，因此要想保證落葉清掃機實現(xiàn)高質(zhì)量運行，就必須要針對兩個清掃機構(gòu)進行重點設(shè)計。
本次設(shè)計中主要有一個主毛刷和兩個輔助毛刷機構(gòu)，毛刷主要是通過電機來提供驅(qū)動力。主毛刷主要是設(shè)置在處理及前端位置，車軸兩側(cè)分別設(shè)置兩個輔助毛刷。清掃毛刷和電機通過鉸鏈的方式來進行連接。而且在三個毛刷上傳都配備了三根吸入管道，管道直接與吸入腔進行連接，毛刷清掃的落葉通過風(fēng)機高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的吸引力將其吸入到機構(gòu)內(nèi)部，并在從存儲腔中備用。
第四章 機構(gòu)設(shè)計
第一節(jié) 清掃機構(gòu)主要部件設(shè)計
滾筒毛刷、電機、風(fēng)盤是共同組成了整個清掃系統(tǒng)。充分利用電極為滾筒毛刷和風(fēng)盤提供驅(qū)動力。在電極驅(qū)動輸出端配備了一個連接V帶，通過這種方式與滾筒毛刷和風(fēng)盤實現(xiàn)連接，并為兩個機構(gòu)的運行提供驅(qū)動力。清掃機的前進方向就是主滾筒毛刷的轉(zhuǎn)動的方向，設(shè)置在兩側(cè)的兩個輔助盤刷旋轉(zhuǎn)方向相反，主要負責(zé)清潔設(shè)備周圍的葉子；該風(fēng)機可以在高速下使設(shè)備內(nèi)部形成負壓，通過這種作用將落葉吸入到內(nèi)部的存儲腔中，由此可以看出，裝置的清掃效果同時也會受到種種矛盾和風(fēng)機設(shè)計質(zhì)量的嚴(yán)重影響。
一、風(fēng)機的設(shè)計
風(fēng)機的風(fēng)壓、風(fēng)量、功率、轉(zhuǎn)速會對風(fēng)機性能產(chǎn)生直接影響[10]。風(fēng)機實際所需運行功率會受到風(fēng)量和風(fēng)壓兩個參數(shù)的影響。風(fēng)機在實際運行中會受到運輸系統(tǒng)的影響而導(dǎo)致其產(chǎn)生壓力損失，例如西北位置的損失，處理機重啟過程中的壓力損失以及在管道壓力過程中也會產(chǎn)生損失等。
對于整個運輸系統(tǒng)來說吸嘴損失產(chǎn)生的壓力總是最大[11]。為了能夠?qū)崿F(xiàn)整個系統(tǒng)計算的進一步簡化，在此假設(shè)空氣不能被壓縮；因此下面是其經(jīng)驗計算公式。
(4.1)
清掃機開啟時，落葉的啟動會造成一部分壓力損失[11]，根據(jù)其起動原理，其計算公式如下：
(4.2)
=-
管道中產(chǎn)生的部分壓力損失主要是空氣或者落葉污染經(jīng)過管道的過程中發(fā)生摩擦，造成壓力損失[11]，其計算公式主要如下：
(4.3)
式中，γ——空氣氣流與管道之間的摩擦系數(shù)，通常取0.015~0.07。
D——管子直徑，取0.15m；
h——管道高度，取1m；
——管道阻力系數(shù)，取1；
(4.4)
根據(jù)該計算公式可以知道，該處理器在運行過程中氣力傳輸系統(tǒng)實際產(chǎn)生的壓力損失為：
(4.5)
為了能夠充分保障風(fēng)機提供的吸力充足，必須要求風(fēng)機的風(fēng)壓和風(fēng)量等兩個參數(shù)要超過處理及整體機構(gòu)中產(chǎn)生的壓力損失以及風(fēng)量的損失。關(guān)于風(fēng)機，其風(fēng)量與壓力之間整體呈現(xiàn)出正比例關(guān)系，其實際計算公式如下：
(4.6)
式中，Ψ——設(shè)計裕量，取1.2。
風(fēng)機風(fēng)量計算公式如下：
(4.7)
(4.8)
將各項參數(shù)帶入到計算公式中后可以得到風(fēng)機全壓為0.3kPa，而其實際的風(fēng)量為1430/h.
查詢相關(guān)表格后可以知道，風(fēng)機功率的實際計算公式為：
(4.9)
在本門的設(shè)計過程中主要使用的風(fēng)機功率能夠達到2.1kw，根據(jù)這種功率要求，最終選擇了CF-2.5A-2200w型高速離心風(fēng)機，這種型號的風(fēng)機在實際應(yīng)用過程中最高馬力能夠達到1.68×r/h，其實際分量參數(shù)處于748~2617/h，實際運行過程中的風(fēng)壓能夠處于1542~1296Pa。由此可見，該風(fēng)機完全可以滿足本設(shè)計的實際需要。
二、設(shè)備毛刷的設(shè)計
本文在設(shè)計過程中主要使用的兩種刷子，其中一個主刷放在掃地機的前部，兩個輔助毛刷設(shè)置在輔助機的兩側(cè)，下圖4.1所示為兩種毛刷的示意圖。
(a)滾筒刷 （b）圓盤刷
圖4.1 毛刷示意圖
在實際使用過程中毛刷的材料類型非常多，尼龍絲、不銹鋼絲、合成纖維等是最常見的幾種毛刷材料，不同的毛刷刷體表現(xiàn)出的優(yōu)缺點也不同。本文在設(shè)計過程中通過清掃實驗對比和綜合考慮各種因素后最終選擇了尼龍絲來作為毛刷刷體，尼龍絲本身具有良好的彈性，可以很好的進入狹窄的縫隙中，因此，可以有效地提高處理器的清洗能力并且尼龍絲使用時間會很長不容易壞，總體使用成本也相對較低，在使用過程中對于障礙物產(chǎn)生的損害也比較低[12]。
通過4.1(a)可以看出，在滾筒上面均勻的分布著6排滾筒毛刷，傳動軸主要是以籠統(tǒng)的中心進行連接，滾筒整體的直徑達到201mm，滾筒中心軸與地面之間的距離達到201mm，以便于在清洗操作中充分發(fā)揮刷子的作用，必須要對刷子的長度和高度應(yīng)適當(dāng)設(shè)計，在考慮刷子長度后，設(shè)置為155mm，具體如圖b所示，圓盤毛刷與工作中主要是通過底座進行連接，工作軸與地面之間的距離是固定的，因此圓盤毛刷的高度設(shè)計也會受到限制，綜合考慮各種因素后，將圓盤毛刷的高度設(shè)置為260mm；而且連排毛刷由于本身會存在一定角度，因此將底座的直徑最終設(shè)置為100mm，對于圓盤毛刷來說整個圓盤與地面之間存在45度的夾角，而兩側(cè)設(shè)置的圓盤刷其實際作業(yè)過程中最大的清掃干凈設(shè)置為210mm，能夠?qū)崿F(xiàn)對道路兩邊邊角的清掃，可以針對為群否的地方進行二次清掃，這樣就能夠有效的提升清掃效果。
第二節(jié) 收集機構(gòu)主要部件設(shè)計
本文設(shè)計的落葉清掃與機主要設(shè)置了兩個儲存腔作為收集機構(gòu)主，其主要的作用是對收集的落葉進行存儲。有一個主要是作為臨時存儲裝置，在具體清掃作業(yè)過程中當(dāng)一個存儲腔充滿后，就回家備用存儲器的閥門打開，這樣就能夠讓落葉直接進入到備用收集器中，其具體原理結(jié)構(gòu)圖如下圖3.4所示。
圖4.3收集箱
布袋式、塑料桶式以及金屬式是當(dāng)前最為常見的幾種收集器材料，在充分結(jié)合實際情況后發(fā)現(xiàn)，在短文中設(shè)計過程中所涉及的臨時存儲器以及落葉收集腔都需要采取異性加工方式。另外，布袋式收機器具有較強的耐用性，而金屬式最大的優(yōu)點是具有較長的使用壽命，在綜合考慮過程中做過，本次設(shè)計過程中最終選擇了金屬材料的收集箱。而且針對收機箱在其底部設(shè)置了一個出渣口，作業(yè)在經(jīng)過切碎處理后通過拉開底部擋板就能夠進行排除。
第三節(jié) 傳動系統(tǒng)設(shè)計
傳動的主要功能是連接電機和風(fēng)機、滾筒毛刷，實現(xiàn)電動機動力強風(fēng)機、共同運行的產(chǎn)品。整個傳統(tǒng)機構(gòu)主要是有鏈條、工作軸、軸承等幾個部分組成。下圖4.4所示為其具體的示意圖。
圖4.4 傳動機構(gòu)示意圖
整個系統(tǒng)主要的動力都是通過電動機來提供，針對電動機的兩個輸出軸分別配備兩個齒輪，分別與旋轉(zhuǎn)粉碎刀2和工作軸3進行連接，與旋轉(zhuǎn)粉碎刀2連接后主要是完成落葉的粉碎，最大程度節(jié)約收集箱的空間，而與同步工作軸3連接之后主要是保障兩端齒輪和電機實現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)，在此基礎(chǔ)上來為分布在兩側(cè)的兩個圓盤毛刷4提供齒輪裂核傳動，在此基礎(chǔ)上為兩側(cè)圓盤毛刷的旋轉(zhuǎn)提供驅(qū)動力。為了充分保證工作軸3的穩(wěn)定可靠運行，在工作軸3上增設(shè)了兩個軸承；并且針對工作軸3額外配備了一個齒輪，其主要作用是為主滾筒毛刷7的旋轉(zhuǎn)來提供傳動力。
一、 齒輪設(shè)計
在充分結(jié)合傳動系統(tǒng)整體的示意圖可以發(fā)現(xiàn)，在整個結(jié)構(gòu)中涉及到了三處齒輪聯(lián)合，主要有電機輸出和旋轉(zhuǎn)軸、工作軸與兩側(cè)輔助毛刷旋轉(zhuǎn)軸剛吃了面疙瘩。對于這三處齒輪為何來說？兩兩之間處于互相垂直狀態(tài)，因此考慮各種因素后，最終選擇了圓錐齒輪傳動，具體如下圖4.5所示。落葉清掃車本身屬于一項一般性的工作機械，人力推動的設(shè)計方法，用途速度相對較低，因此最終選擇了7級精度齒輪。在詳細查閱機械設(shè)計手冊之后，這種選擇45Cr（調(diào)質(zhì)）來作為齒輪材質(zhì)，
圖4.5 圓錐齒輪傳動
想要完全保證落葉粉碎的效果，必須要確保轉(zhuǎn)速至少為30轉(zhuǎn)/秒，而且為了能夠讓毛刷的損耗角度控制在最小，在詳細查閱相關(guān)的參考文獻之后，最終將10r/s設(shè)置為毛刷旋轉(zhuǎn)速度，在查閱相關(guān)的表格后最終確定發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)置為20轉(zhuǎn)/秒。假設(shè)電機操作期間的實際速度為n，由此可以看出，對于電機和破碎機，輸出軸和旋轉(zhuǎn)軸的傳動比為=20:30=2:3；以及電機輸出軸和工作軸之間的傳動比為=20：n在充分結(jié)合經(jīng)驗之后，最終將10r/s設(shè)置為工作的轉(zhuǎn)速,由此就可以知道其傳動比達到=2:1。
不管是閉式還是開式的硬齒面?zhèn)鲃訉τ谟昌X面的傳動，在齒的位置實際產(chǎn)生的彎曲強度會對齒輪本身的承載性能產(chǎn)生直接影響[13]。假設(shè)本次設(shè)計過程中所使用的圓盤毛刷所配備的齒數(shù)為，根據(jù)經(jīng)驗可以設(shè)置。在綜合各種因素和最終選擇的，從中可以知道工作時的實際齒數(shù)，關(guān)于電機輸出軸的實際直齒數(shù)為。由此可見，裝有粉碎機的旋轉(zhuǎn)軸齒數(shù)為，而電機輸出軸錐齒輪的齒數(shù)為，滾筒軸的實際直齒數(shù)為。
在結(jié)合機械設(shè)計的相關(guān)要求內(nèi)容之后，可以針對其中心距α進行計算，在計算過程中必須盡可能的保障中心距設(shè)置為整數(shù)。在針對電極輸出整合工作中的中心距進行詳細的估算之后最終將其設(shè)置為200mm，利用以下公式計算：
（4.11）
最終可以知道，按照整數(shù)原則最終選擇了；
在這種情況下可以把216mm設(shè)置為中心距；對于電機來說，其輸出軸實際的直齒厚度能夠達到，因此，必須要充分保證與電機輸出軸連接的工作軸的實際直齒厚度要達到；
采用相同的計算方法，可以計算出電機輸出軸和粉碎機旋轉(zhuǎn)軸的模數(shù)，最終可以得到應(yīng)該為4，對于電機的輸出軸和粉碎機的中心間距α2進行實際測量后最終得出90mm，對于電機的輸出軸來說其圓錐齒輪的實際厚度達到，而粉碎機旋轉(zhuǎn)軸圓錐齒輪齒厚度實際能夠達到=；=9工作軸與滾筒毛刷軸的模數(shù)，針對滾筒毛刷中心距α3進行實際測量后最終得出162mm；工作軸直齒厚度為，滾筒軸直齒厚度為。
二、工作軸的設(shè)計
對于本次設(shè)計過程中的傳統(tǒng)系統(tǒng)來說工作軸是非常重要的一個組成部件，而且對毛刷的正常生產(chǎn)運動能夠起到直接的決定作用。處于正常工作狀態(tài)下時工作中會同時受到扭矩和彎矩的溝通作用，在外力的共同影響下經(jīng)常會出現(xiàn)失效現(xiàn)象，疲勞失效是最常見的一種。針對這種情況，在材料的具體選擇過程中，必須從強度，剛度，性能等一些方面對工作軸材料的影響進行研究并綜合考慮。以當(dāng)前的市場狀況來看，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在普通用途軸方面的應(yīng)用比較廣泛。本次落葉清掃機在設(shè)計過程中主要選擇的材料是45號鋼來作為工作軸的主軸材料。針對這種材料進行表面摧毀處理后，其實際的HRC值能夠找到55～61，而且能夠保證其屈服強度處在355MPa，與此同時抗拉強度達到600MPa[13]。
工作裝置在針對作業(yè)進行粉碎和清掃的過程中，三種刷的實際轉(zhuǎn)動過程都會受到一定程度的阻力，阻力對圓盤刷造成的影響會大一些，根據(jù)這種狀況，下面主要針對圓盤刷子在實際運行過程中所受到的阻力情況，來具體針對工作軸軸徑強度校核。
電機功率和旋轉(zhuǎn)過程中所受到的阻力呈現(xiàn)出正比例關(guān)系，毛刷在旋轉(zhuǎn)過程中會受到地面類型、坡度、落葉密集度、風(fēng)力等多種因素的綜合影響。在經(jīng)過多次試驗研究后，最終得出了如表4-1所示的不同地形條件下實際旋轉(zhuǎn)阻力。
表4-1 不同地形下的實際旋轉(zhuǎn)阻力
地形
柏油路
瓷磚地面
坡度/℃
0～4
5～9
10～15
0～4
5～9
10～15
所受到的阻力F/N
84
75
60
69
58
43
針對上繳進行分析，并充分結(jié)合落葉度和風(fēng)等相關(guān)因素均可得知，刷子在實際清洗過程中阻力平均值為65N。
假設(shè)在工作軸兩端設(shè)置的錐形齒輪在運行過程中實際上會受到周向力和徑向力的共同作用，其受理狀況如下圖4-6所示，可以用下方的這些公式來進行計算：
(4.12)
(4.13)
圖4.6 工作軸受力分析圖
工作軸主要是設(shè)置在清掃車的內(nèi)部，因此尺寸設(shè)計會受到一定限制。由于清掃車本身的寬度為650mm，而圓盤毛刷實際的中心距達到330mm，由此可知，針對工作軸需要將其長度設(shè)置在350-600mm之間，如果實際取值為30mm，取值為50mm，那么α點實際產(chǎn)生的彎矩而其扭矩的大小為
本次設(shè)計過程中針對工作軸主要使用的是45號鋼材料，這個材料本身的屈服強度能夠達到355MPa，而且軸在實際運行過程中會受到脈動循環(huán)百合力的作用，綜合各種因素和最終選取α=0.6。
針對軸截面的模量可以用以下公式來進行計算：
（4.14）
（4.15）
(4.16)
將數(shù)值代入上述公式后最終可以得到，a點工作軸實際的最小軸徑=25.4mm。
而在b點工作軸實際受到的彎矩可以通過以下公式進行計算：
(4.17)
將具體參數(shù)帶入后，最終可以得到M2=127Nm，這也就表示b工作者會實際承受到T2=Fv1r1=112Nm的扭矩，由4.16知b點最小軸徑=26MM,取整30mm。
利用圖4-6來表示工作軸實際受到的玩具和扭矩圖。為了能夠充分保證其在應(yīng)用過程中達到良好的可靠性，嚴(yán)格按照工作軸最不利的工礦來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)阻力和旋轉(zhuǎn)方向的選擇。
圖4.7 工作軸的載荷分析圖
在分析了傳動結(jié)構(gòu)方案后，我們可以知道，工作軸是水平布置，兩側(cè)輔助圓盤毛刷與工作軸的兩端實現(xiàn)連接，而且還要針對其中間位置分別設(shè)置同步直齒輪，兩邊都必須由軸承的作用來支撐。下圖4.8所示為該軸的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4.8 工作軸承示意圖
第四節(jié) 車輪的選擇
對于整個行走系統(tǒng)來說車輪是其主要運動機構(gòu)，在整個處理機運行的過程中車輪主要對機器整體的垂直載荷進行承載，也受到路面反應(yīng)的影響。車輪的自由度相對于活動表面會發(fā)生變化，這樣就會讓車身的位置也相應(yīng)的產(chǎn)生改變，在這種情況下就會讓整個設(shè)備實現(xiàn)移動。在整個處理及移動過程中所碰到的各種小障礙物所產(chǎn)生的撞擊力都是通過車輪來進行緩沖，而且在車輪上設(shè)置的輪胎輪能夠發(fā)揮出很好的防滑效果。在進行車輪選擇的過程中，按照自由度可以將車輪進一步劃分為單向車輪、萬向輪、球形輪等，具體如下圖4.9所示。
(a)單向輪 (b)萬向輪 (c)球型輪
圖4.9 車輪機構(gòu)
目前市場上單向車輪的形式非常豐富，而且結(jié)構(gòu)形式更加簡單，成本價格也相對較低，具有拆卸方便的優(yōu)點，但是其最大的缺點是移動方向存在單一性，而且實際的精度更低；與單向輪相比較，萬向輪結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，而且成本相對比較高，但是其靈活性和控制精度更高。在本次進行落葉清掃機設(shè)計過程中，由于面對的路面情況比較復(fù)雜，而且需要實現(xiàn)行走功能，對車輪的方向性和靈活性要求較高，因此最終選擇了萬向輪。萬向輪的尺寸直徑設(shè)置的25mm，實際高度設(shè)置為30mm車輪厚度設(shè)置為10mm。
圖4.10 萬向輪機構(gòu)
結(jié) 論
在本輪設(shè)計過程中充分結(jié)合市場實際需求后，對國內(nèi)關(guān)于清掃機以及落葉專用清掃機的相關(guān)文獻資料研究發(fā)展?fàn)顩r進行了充分結(jié)合，以此為基礎(chǔ)最終設(shè)計出來一款手推式落葉清掃機。
本文對落葉清掃機進行從整體層面進行了方案設(shè)計，對不同機構(gòu)部件的功能進行詳細劃分，對各個機構(gòu)的技術(shù)要求進行了進一步明確，并詳細設(shè)計計算了幾個主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件。本次落葉清掃機設(shè)計過程中主要從清掃系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、收集系統(tǒng)等幾個機構(gòu)方面進行了探討。設(shè)計全過程中主要針對風(fēng)機選型、清掃毛刷、收集腔及傳動系統(tǒng)等幾個角度的設(shè)計進行解釋來完成工作。
致 謝
畢業(yè)項目不僅鞏固和利用了自身的專業(yè)課程知識，而且發(fā)揮了獲取相關(guān)信息的能力，提高了學(xué)生的綜合能力，提高了學(xué)生的讀圖，畫畫和寫論文能力，無疑為我今后的工作奠定了扎實的基礎(chǔ)。寫作過程中，學(xué)生和老師給我很大的很大的幫助。
首先，感謝我的父母。感謝他們能給我創(chuàng)造出這樣優(yōu)越的學(xué)習(xí)條件，是我能夠安心地進行學(xué)習(xí)，能夠在一生中感受到大學(xué)生活的美好與快樂。
其次，感謝我的指導(dǎo)老師，導(dǎo)師嚴(yán)謹?shù)牟W(xué)精神，踏實的科學(xué)態(tài)度，精湛的工作作風(fēng)，對我們產(chǎn)生深遠的影響。感謝老師每天對我的指導(dǎo)和幫助，特別是在畢業(yè)項目中，感謝您對我的幫助和細心的回答。在具體的設(shè)計過程當(dāng)中指導(dǎo)老師也對我提出的問題進行了詳細耐心的講解，這讓我十分敬佩老師嚴(yán)謹治學(xué)的態(tài)度。這幾個月的接觸讓我學(xué)到了很多，相信會讓我受益終生。
我還要感謝我的同學(xué)和朋友， 在平凡的生活中幫了我很大的忙。
由于自身設(shè)計水平和時間有限，難免會出現(xiàn)錯誤和不足，請教師批評和糾正。
再次向幫助過我的人表示忠心的感謝！
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