外窗玻璃清洗機(jī)器人設(shè)計(jì)說(shuō)明書

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1、 題 目： 玻璃清洗機(jī)器人設(shè)計(jì) 系 別： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 摘 要 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一款玻璃清洗機(jī)器人，由地面的真空泵提供負(fù)壓和電源。吸附于玻璃頂棚，連接遠(yuǎn)程控制裝置，控制其運(yùn)

2、動(dòng)。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用。該機(jī)器人的設(shè)計(jì)內(nèi)容如下： 玻璃清洗機(jī)器人最主要的要求是能夠在玻璃吸附行走，所以首先在確定的總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)吸附裝置，即履帶與真空發(fā)生裝置，運(yùn)用了一種機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人稀奇排氣的控制；然后設(shè)計(jì)傳動(dòng)減速裝置，選擇合適的電機(jī)后，采用蝸輪蝸桿裝置，選擇聯(lián)軸器和軸承等傳動(dòng)裝置；由于能力有限，所以本次設(shè)計(jì)只要求機(jī)器人能夠在玻璃頂棚，實(shí)現(xiàn)基本的吸附、移動(dòng)、轉(zhuǎn)彎、吸塵、半自動(dòng)避障，不研究智能自動(dòng)運(yùn)動(dòng)工作。 關(guān)鍵詞：玻璃、遠(yuǎn)程控制、機(jī)器人、聯(lián)軸器 Abstract The task of this graduation project is to set up a windo

3、w glass cleaning robot, by the ground of the vacuum pump to provide negative pressure and power supply. Adsorbed on the glass ceiling, connecting to the remote control device to control the motion. Design simple and practical. The design of the robot is as follows: Outer window glass cleaning robot

4、 is the main requirements is to in the glass adsorption walking, so first of all on the basis of determining the overall structure design adsorption device, including track and a vacuum generating device, using the mechanical transmission structure robot unusual exhaust control; ran after the design

5、 of transmission deceleration device, select the appropriate motor, the worm wheel and worm device, coupling and bearing and gear selection; due to the limited capacity, so the design of robot is required to to the glass ceiling, the realization of the basic adsorption, mobility, turning, vacuuming,

6、 semi automatic obstacle avoidance study intelligent automatic movement. Keywords: glass, remote control, robot, coupling 目 錄 摘 要 - 2 - Abstract - 3 - 目 錄 - 4 - 第1章 緒論 - 6 - 1.1 選題背景 - 6 - 1.2 國(guó)內(nèi)外玻璃清洗機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展前景 - 6 - 1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 - 6 - 1.3 玻璃清洗機(jī)器人介紹 - 11 - 1.4 玻璃清洗機(jī)器人的用途 - 11 - 1.5

7、 玻璃清洗機(jī)器人器人的發(fā)展 - 11 - 1.6 玻璃清洗機(jī)器人的特點(diǎn) - 12 - 第2章 玻璃清洗機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 13 - 2.1設(shè)計(jì)要求 - 13 - 2.2設(shè)計(jì)思想與工作原理 - 13 - 2.3方案規(guī)劃簡(jiǎn)介 - 14 - 2.4確定機(jī)械傳動(dòng)方案 - 14 - 第3章 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 18 - 3.1直流電動(dòng)機(jī)的選擇 - 18 - 3.2聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) - 19 - 3.3蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) - 20 - 3.4軸的設(shè)計(jì) - 22 - 3.4.1渦輪軸的設(shè)計(jì) - 23 - 3.4.2渦輪軸上的軸承 - 25 - 3.4.3蝸桿軸上的軸承 - 25 - 3.

8、5齒輪的設(shè)計(jì) - 27 - 3.6同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) - 32 - 第4章 總結(jié)與展望 - 37 - 參考文獻(xiàn) 38 第1章 緒論 1.1 選題背景 玻璃清刷機(jī)器人系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)一般包括四部分：控制系統(tǒng)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)、感知系統(tǒng)、清潔系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感器技術(shù)、移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，為玻璃清刷機(jī)器人的控制系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的理論與技術(shù)基礎(chǔ)以及美好的未來(lái)發(fā)展藍(lán)圖；感知系統(tǒng)依賴于傳感器技術(shù)，一般常用的傳感器有：CCD攝像機(jī)、超聲波傳感器、紅外傳感器、接近傳感器和碰撞傳感器等，感知外部的環(huán)境信息；移動(dòng)機(jī)構(gòu)是玻璃清刷機(jī)器人的本體，一般的結(jié)構(gòu)有：輪式、履帶式、步進(jìn)式或

9、其他方式，輪式和履帶式適合移動(dòng)在平整的地面上，步進(jìn)式適合與條件較差的移動(dòng)；玻璃清刷系統(tǒng)一般有：噴水器、地刷和吸塵器，噴水器向地面噴灑清水，地刷用于強(qiáng)力玻璃清刷地板上的吸附物，吸塵器吸取地板上較小的物體。近年來(lái)快速發(fā)展、深刻影響著玻璃清刷機(jī)器人進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)有：路徑規(guī)劃技術(shù)、傳感器技術(shù)、吸塵技術(shù)、控制技術(shù)、電源技術(shù)等目前，已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的爬壁機(jī)器人已經(jīng)投入或?qū)⒁度胱鳂I(yè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè) 1.2 國(guó)內(nèi)外玻璃清洗機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展前景 1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市環(huán)境衛(wèi)生的要求，不斷提高質(zhì)量，加快玻璃清洗機(jī)器人在我國(guó)的發(fā)展步伐。清玻璃清刷裝置，最常見(jiàn)的是清道夫，它可以是一個(gè)

10、大面積的清潔，節(jié)省人力和物力資源。但打玻璃清刷庭院，胡同仍然需要清潔工具的傳統(tǒng)，工作效果不明顯，人力浪費(fèi)，材料資源。 玻璃清洗機(jī)器人器人是一種新的產(chǎn)品，全面的功能結(jié)構(gòu)不成熟，很難找到相關(guān)的信息。所以玻璃清刷功能的實(shí)現(xiàn)是設(shè)計(jì)中的一大難點(diǎn)。 兩粉塵污染，廢物，噪聲和產(chǎn)品可靠性的泄漏，玻璃清洗機(jī)器人器人的工作也是一個(gè)難以解決的問(wèn)題。 清洗各部分尺寸不僅是玻璃清洗機(jī)器人器人的規(guī)模和范圍，以及整體的設(shè)計(jì)及其相關(guān)的本構(gòu)形式。機(jī)構(gòu)工作效率太小會(huì)減少，清玻璃清刷范圍變小，不能滿足地面清洗要求，機(jī)構(gòu)太大，設(shè)備會(huì)過(guò)大，增大轉(zhuǎn)彎半徑。 因此，大小和機(jī)構(gòu)的選擇機(jī)制的安排是否合理是非常重要和困難的。 國(guó)外

11、清玻璃清刷車經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展歷史，除了最基本的組成部分和高可靠性，因此有一個(gè)共同的特點(diǎn)，相對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的高可靠性。它已被廣泛使用先進(jìn)的電子技術(shù)，有線和無(wú)線遠(yuǎn)程控制的一些應(yīng)用。目前，國(guó)外通過(guò)大量工作，玻璃清洗機(jī)器人的研究領(lǐng)域，取得了一定的成果，如日立，松下，三星等世界著名公司開(kāi)發(fā)的智能玻璃清洗機(jī)器人。 玻璃清刷路車已被用于在國(guó)外幾十年。根據(jù)其工作形式可分為真空玻璃清刷帚和刷子型兩種類型。一種吸塵玻璃清刷帚是利用負(fù)壓垃圾收集器；由一個(gè)圓柱形刷輪你會(huì)拒絕跟隨在帶式輸送機(jī)刷。然后到垃圾箱，或者直接扔進(jìn)垃圾桶。根據(jù)廢物排放的方法。該機(jī)還可分為漏斗翻斗的后空翻和升斗的后空翻等。 Winbot電力驅(qū)動(dòng)的櫥

12、窗清潔機(jī)器人 隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的高樓大廈采用了全玻璃制作的外墻，這樣的外墻不僅看起來(lái)很美麗，還能保持室內(nèi)很好的采光能力。然而，清潔這些玻璃可是一件痛苦的事情，通常清潔人員需要從幾十米上百米的高空用繩子把自己吊下來(lái)，用抹布一點(diǎn)點(diǎn)地擦拭，工程量非常大且十分危險(xiǎn)。最近，美國(guó)科沃斯公司發(fā)明了一款“Winbot7”窗戶清潔機(jī)器人，使得人們?cè)谇鍧嵅Ａ?nèi)外墻時(shí)將變得更加輕松。 據(jù)悉，這臺(tái)清潔機(jī)器人重4.5磅（約2千克），內(nèi)置了2臺(tái)強(qiáng)大的電機(jī)，其中一臺(tái)的作用是提供吸力保持機(jī)器吸附在玻璃上，另外一臺(tái)則作為動(dòng)力源推動(dòng)機(jī)器在玻璃上前進(jìn)。同時(shí)，它的底部分別配備了2段干濕可以重復(fù)利用的抹布，濕的部分起清

13、潔作用，干的部分起擦干水分作用。最后由安裝在機(jī)器尾部的橡膠片刮去剩余的潮氣和細(xì)小雜物。 此外，Winbot7采用全自動(dòng)化操作，用戶只需按下開(kāi)始鍵，把它吸附在玻璃墻壁上，它便能通過(guò)自帶的智能化系統(tǒng)確定最佳的清潔路線并開(kāi)始工作。清理完畢后，它還會(huì)播放音樂(lè)提醒用戶表示工作已經(jīng)完成。目前，科沃斯公司計(jì)劃在下個(gè)月的拉斯維加斯消費(fèi)電子展上展出Winbot7，隨后在2013年上市，售價(jià)在數(shù)百美元之內(nèi)。 光伏電站清潔機(jī)器人。 在泰國(guó)一座百萬(wàn)瓦級(jí)光伏電站長(zhǎng)達(dá)1公里多的太陽(yáng)能電池板上移動(dòng)著進(jìn)行清潔工作。 清潔方法是在太陽(yáng)能電池板表面灑水，然后用刮板（橡膠板）刮去水和污垢。從一排電池板陣列的一端清潔到另

14、一端之后，會(huì)自動(dòng)停下，因此需要人工將其放到下一排電池板陣列上，讓其反方向移動(dòng)。在夜間反復(fù)進(jìn)行這項(xiàng)作業(yè)，數(shù)日即可完成大規(guī)模光伏電站的清潔工作。機(jī)器人的尺寸為寬600毫米長(zhǎng)3030毫米高300毫米，重量為50公斤?？筛鶕?jù)太陽(yáng)能電池板的模塊尺寸調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，因此可用于多種電池板。內(nèi)置的電池能連續(xù)驅(qū)動(dòng)四小時(shí)。 夏普從2012年開(kāi)始，用一臺(tái)清潔機(jī)器人在泰國(guó)一座發(fā)電輸出功率為84MW的光伏電站進(jìn)行實(shí)證試驗(yàn)，今后將增至8臺(tái)來(lái)驗(yàn)證成本和清潔能力。據(jù)稱，以前這座百萬(wàn)瓦級(jí)光伏電站由大約10名工人在夜間使用拖把人工清潔電池板，引進(jìn)該機(jī)器人后，清潔人員可減至兩人。 壁虎玻璃機(jī)器人 加拿大西蒙弗雷澤大學(xué)(Simo

15、n Fraser University)的研究人員首先打造出重240克、造型有如坦克的壁虎機(jī)器人，接著發(fā)展成目前這個(gè)有6只腳的攀爬機(jī)器人，名叫“阿比蓋爾”(Abigaille)。 研發(fā)團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)人亨利(Mike Henrey)表示：“這是生物模擬的實(shí)證，從大自然尋找工程解答?！? 據(jù)報(bào)道，協(xié)助阿比蓋爾攀爬墻面的“干附著”功能，已在歐洲太空總署位于荷蘭諾德威克(Noordwijk)歐洲太空及科技中心(ESTEC)的物質(zhì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室展開(kāi)測(cè)試。 歐洲太空總署表示，測(cè)試環(huán)境復(fù)制了太空真空狀態(tài)及溫度后，發(fā)現(xiàn)壁虎機(jī)器人的附著能力特別好。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)的發(fā)展歷史和發(fā)達(dá)國(guó)家清玻璃清刷車是相似的

16、，但也從純玻璃清刷式清玻璃清刷車，然后玻璃清刷吸式發(fā)展。 上世紀(jì)五十年代，在天津市衛(wèi)生局汽車修理廠天津市環(huán)衛(wèi)設(shè)備廠前身開(kāi)發(fā)的純玻璃清刷式玻璃清刷路車，然后開(kāi)了序幕，中國(guó)的發(fā)展清玻璃清刷車。八十年來(lái)，天津市環(huán)衛(wèi)設(shè)備廠批量生產(chǎn)的純玻璃清刷式玻璃清刷路（當(dāng)時(shí)稱為清潔），雖然清玻璃清刷車性能差，質(zhì)量差，外觀差，清洗效果差的缺陷，只有當(dāng)我們的系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)條件，只有少數(shù)大城市和新的使用一個(gè)小數(shù)量的清玻璃清刷車，然而，這種類型的清玻璃清刷車的發(fā)展在我國(guó)的歷史清玻璃清刷車用粗筆。 中國(guó)的成功發(fā)展玻璃清刷描吸塵器，技術(shù)已經(jīng)使我國(guó)清玻璃清刷和世界先進(jìn)國(guó)家之間迅速縮小，也是中國(guó)玻璃清刷路機(jī)發(fā)展歷程的一個(gè)新的起點(diǎn)。

17、當(dāng)時(shí)，中國(guó)是在經(jīng)濟(jì)文化革命突飛猛進(jìn)的時(shí)代的進(jìn)步，城市建設(shè)的高速發(fā)展，手工清洗城市已難以滿足日益增長(zhǎng)的需求，城市。吸玻璃清刷式玻璃清刷路中引入適當(dāng)?shù)哪挲g最合適的產(chǎn)品，由于其小型車的生產(chǎn)，一個(gè)好作品的時(shí)間讓人復(fù)制。，購(gòu)買車輛單位甚至使用購(gòu)買恐慌肆無(wú)忌憚的分裂策略。 在第二十世紀(jì)末到目前為止，是我國(guó)清玻璃清刷車的增長(zhǎng)階段，利用玻璃清刷路車從大城市不僅延伸到小城市，，許多企業(yè)，該地區(qū)居民的清玻璃清刷車清玻璃清刷。市場(chǎng)需求的迅速膨脹，使清玻璃清刷車生產(chǎn)企業(yè)在面對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。許多制造商加入清玻璃清刷車生產(chǎn)線，其中有一些軍隊(duì)槍手，其優(yōu)秀的研發(fā)人員和先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)清潔汽車技術(shù)的快速發(fā)展。在中國(guó)，清玻璃清

18、刷車生產(chǎn)企業(yè)已發(fā)展到幾十個(gè)，清玻璃清刷車的生產(chǎn)包括所有類型的清玻璃清刷車，清玻璃清刷車數(shù)十種規(guī)格。玻璃清刷式玻璃清刷路車在這時(shí)從純玻璃清刷式吸玻璃清刷式玻璃清刷路高歌猛進(jìn)，各種類型和規(guī)格的玻璃清刷式清玻璃清刷車的出現(xiàn)。現(xiàn)在，在我國(guó)清玻璃清刷車市場(chǎng)，玻璃清刷式玻璃清刷路車占有率迅速上升。目前，中國(guó)的清玻璃清刷車最改裝汽車底盤，清玻璃清刷車轉(zhuǎn)換速度快，適合大面積，長(zhǎng)清潔，常用于城市的主要，城市和農(nóng)村，清玻璃清刷車。許多中小型清玻璃清刷車生產(chǎn)企業(yè)還開(kāi)發(fā)了專用底盤液壓清玻璃清刷車，以適應(yīng)當(dāng)前的市場(chǎng)需求，為清潔機(jī)。雖然，中國(guó)的清玻璃清刷車技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)引起了世界的關(guān)注，但是，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)還有很多

19、差距清玻璃清刷車。雖然我國(guó)的清玻璃清刷車的清洗效率，清洗能力，清洗性能除塵效果和發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，而在清玻璃清刷車的排放，噪聲，可靠性，舒適性，仍有較大間隙自動(dòng)調(diào)整。 水平和目前的清玻璃清刷車的質(zhì)量，中國(guó)的清玻璃清刷車的設(shè)計(jì)，對(duì)特殊部件的設(shè)計(jì)理論研究不足，缺乏經(jīng)驗(yàn)，模仿多，計(jì)算量小，創(chuàng)新?？梢哉f(shuō)，中國(guó)的清玻璃清刷上車輛的能力差，沒(méi)有真正的清玻璃清刷車的研究目的和要求，同時(shí)，必要條件的缺乏。由于國(guó)內(nèi)清玻璃清刷車生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小，但玻璃清刷路機(jī)產(chǎn)品批量小，所以生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)方法較為落后，難以加工零件質(zhì)量穩(wěn)定。此外，通用件和我國(guó)零部件制造水平還比較低，而且也影響玻璃清刷路機(jī)質(zhì)量。 驅(qū)動(dòng)、

20、傳感、控制等硬軟件技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了只能玻璃清洗機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,實(shí)際應(yīng)用的需求也對(duì)只能玻璃清洗機(jī)器人的發(fā)展提出了挑戰(zhàn),只能玻璃清洗機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾方面。 (1)新型吸附技術(shù)的發(fā)展。吸附技術(shù)決定了機(jī)器人的應(yīng)用范圍，目前應(yīng)用比較成熟的吸附技術(shù)主要有磁吸附和真空吸附方式，都有很大的局限性,在很多情況下難以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。因此,開(kāi)發(fā)和研究新型吸附技術(shù)是當(dāng)前只能玻璃清洗機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要方向，其中，仿壁虎腳掌仿生粘性材料的發(fā)展是當(dāng)前新型吸附技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。 (2)清洗機(jī)器人的任務(wù)由單一化向多功能化方向發(fā)展。過(guò)去所研制的只能玻璃清洗機(jī)器人大多用于清洗、噴涂、檢測(cè)等作業(yè),作

21、業(yè)任務(wù)往往只局限于單一的任務(wù)。而目前人們則希望只能玻璃清洗機(jī)器人能夠裝備多種工具,在不同的場(chǎng)合進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能。這樣可以減小人類使用機(jī)器人的成本，有利于只能玻璃清洗機(jī)器人的發(fā)展。 (3)小型化、微型化是當(dāng)前只能玻璃清洗機(jī)器人發(fā)展的趨勢(shì)。在滿足功能要求的前提下,體積小、質(zhì)量輕的機(jī)器人可較小能耗,具有較高靈活性,可以承載更多的負(fù)荷，有利于實(shí)現(xiàn)只能玻璃清洗機(jī)器人的多功能性，并且在某些特殊場(chǎng)合也需要機(jī)器人具有小的體積。各種微型驅(qū)動(dòng)元件、控制元件及能源供應(yīng)方式的發(fā)展,以及在納米材料方面取得的進(jìn)步，為小型化、微型化奠定了基礎(chǔ)。 (4)由帶纜作業(yè)向無(wú)纜化方向發(fā)展。帶纜作業(yè)極大地限制了機(jī)器人的

22、作業(yè)空間,所以,為了提高機(jī)器人的靈活性和擴(kuò)大工作空間,無(wú)纜化成為現(xiàn)在和未來(lái)只能玻璃清洗機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)。 (5)由簡(jiǎn)單遠(yuǎn)距離遙控向智能化方向發(fā)展。與人工智能相結(jié)合,使機(jī)器人在封閉環(huán)境中能夠具有一定的自主決策能力,完成任務(wù),并具有自我保護(hù)能力,是移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展的重要方向,也是玻璃頂棚吸塵移動(dòng)機(jī)器人的重要發(fā)展方向。 (6)可重構(gòu)是機(jī)器人適應(yīng)能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為了使機(jī)器人能夠應(yīng)用于不同場(chǎng)合,根據(jù)任務(wù)需求,在不需要重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)條件下,充分利用已有的機(jī)器人系統(tǒng),應(yīng)使機(jī)器人具有可重構(gòu)性,即具有模塊化結(jié)構(gòu)。根據(jù)任務(wù)需求,可以把需要的模塊直接連接起來(lái)組成新的機(jī)器人。此可以大大降低機(jī)器人的制造成本。 1

23、.3 玻璃清洗機(jī)器人介紹 玻璃清洗機(jī)器人器人用于清洗地板玻璃清洗機(jī)器人器人。在國(guó)內(nèi)使用的時(shí)間不長(zhǎng)，和使用在發(fā)達(dá)國(guó)家，社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域已非常普遍，尤其是一些車站，碼頭，機(jī)場(chǎng)，車間，倉(cāng)庫(kù)，學(xué)校，醫(yī)院，酒店，超市已廣泛地地方，用機(jī)器代替人的全面的概念已經(jīng)取得人民的支持。 1.4 玻璃清洗機(jī)器人的用途 玻璃清洗機(jī)器人多用于馬路、公園廣場(chǎng)、工廠車間、庭院等場(chǎng)所的地面清玻璃清刷。功能齊全,高性能,適用于瓷磚地面,石料地面,環(huán)氧地面,金剛砂地面等地面的垃圾的清玻璃清刷。 1.5 玻璃清洗機(jī)器人器人的發(fā)展 機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，使機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，而只能玻璃清洗機(jī)器人技術(shù)的日趨成熟，

24、為解決高樓頂棚清潔作業(yè)提供了一種新的思路。于是作為極限作業(yè)機(jī)器人之一的只能玻璃清洗機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，它的出現(xiàn)使實(shí)現(xiàn)高樓玻璃頂棚清洗作業(yè)的自動(dòng)化成為了可能。 在現(xiàn)實(shí)生活中，只能玻璃清洗機(jī)器人機(jī)器人沒(méi)能得到廣泛的應(yīng)用，主要因?yàn)樗鼈兇嬖谇鍧嵭Ч睢⒔Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積和重量大、成本高等不利因素。我們?cè)O(shè)計(jì)的遙控式爬壁玻璃清洗機(jī)器人較好地解決了以上問(wèn)題。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，且采用半濕擦，能達(dá)到預(yù)期的清潔效果。我們綜合運(yùn)用遙控技術(shù)和機(jī)械技術(shù)，利用現(xiàn)在已研究較為成熟的爬壁原理，并在此基礎(chǔ)上，主要對(duì)機(jī)器人的清潔機(jī)構(gòu)、前進(jìn)機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)等進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和創(chuàng)新組合，以較為有效地實(shí)現(xiàn)高樓玻璃幕墻的清潔作業(yè)。 1.

25、6 玻璃清洗機(jī)器人的特點(diǎn) A效率高，效果好：手部清潔機(jī)，真空同步完成，同時(shí)，從現(xiàn)場(chǎng)的廢物和其他污染源，三合一，一步到位，效率比人工清洗的15倍。 B智能設(shè)計(jì)，易于使用：手工玻璃清洗機(jī)器人器人人性化設(shè)計(jì)，與東方人的習(xí)慣，一個(gè)按鈕控制，自動(dòng)清洗，操作人員只需將把握方向，沒(méi)有專業(yè)的知識(shí)，可以很容易地掌握，讓我們向智能型清潔變得簡(jiǎn)單，可行的預(yù)清洗；磁盤，可以有效地清除地面上的垃圾，灰塵等；后縱玻璃清刷盤，有效清除灰塵，通過(guò)地面設(shè)備，確保清潔，干凈，無(wú)殘留，簡(jiǎn)單，使用攜帶方便，即使沒(méi)有受過(guò)訓(xùn)練的操作員也可以使用。 C是耐用，適用性強(qiáng)：手部清潔德國(guó)達(dá)因質(zhì)量的橡膠，靜音，耐磨型機(jī)；一直是工廠，住宅占絕

26、大多數(shù)，物業(yè)管理公司，深受好評(píng)；適用于清潔地面類型如：環(huán)氧樹(shù)脂地板，金剛砂地面，瓷磚地面，大理石，水磨石地板，水泥地面，防滑表面，廣場(chǎng)磚地面；殼體的成型工藝，精致細(xì)膩，高強(qiáng)度，耐用； D超低噪音，易與自由：低噪聲設(shè)計(jì)手玻璃清洗機(jī)器人器人，機(jī)器工作的負(fù)面影響降到最低，白天和黑夜，可以安心工作，同時(shí)在潔凈的環(huán)境中的收獲，為樹(shù)立良好的工作形象，電源，所以它可以自由-自由行走，而那里，自由和方便；適用于清潔的地方，如：廠房，商場(chǎng)超市，辦公樓，倉(cāng)庫(kù)，廣場(chǎng)，學(xué)校，酒店，醫(yī)院，和其他地面站。 第2章 玻璃清洗機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)要求 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)一款只能玻璃清洗機(jī)器人，由地面的真

27、空泵提供負(fù)壓和電源。吸附于玻璃頂棚，連接遠(yuǎn)程控制裝置，控制其運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用。該機(jī)器人的設(shè)計(jì)是這樣實(shí)現(xiàn)的： 只能玻璃清洗機(jī)器人最主要的要求是能夠自由行走，所以首先在確定的總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)行走裝置，運(yùn)用了一種機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人稀奇排氣的控制；然后設(shè)計(jì)傳動(dòng)減速裝置，選擇合適的電機(jī)后，采用蝸輪蝸桿裝置，選擇聯(lián)軸器和軸承等傳動(dòng)裝置；由于能力有限，所以本次設(shè)計(jì)只要求機(jī)器人能夠在玻璃頂棚，實(shí)現(xiàn)基本的吸附、移動(dòng)、轉(zhuǎn)彎、吸塵、半自動(dòng)避障，不研究智能自動(dòng)運(yùn)動(dòng)工作。 2.2設(shè)計(jì)思想與工作原理 機(jī)器人是傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)與近代電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息科學(xué)和傳感技術(shù)等多學(xué)科綜

28、合性高科技產(chǎn)物，它是一種仿人操作、高速運(yùn)行、重復(fù)操作和精度高的自動(dòng)化設(shè)備。所以該氣動(dòng)清洗機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、傳感器系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分。 由于我們所開(kāi)發(fā)的清洗機(jī)器人工作場(chǎng)所的特殊性，本課題在機(jī)器人結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)思想是:在保證機(jī)器人功能的前提下，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定。因?yàn)榕辣跈C(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中需要克服自身重力，所以較輕的機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)是一個(gè)需要著重考慮的設(shè)計(jì)因素。增加機(jī)器結(jié)構(gòu)的靈活性，導(dǎo)致的結(jié)果是機(jī)械結(jié) 構(gòu)變得復(fù)雜，需要使用到的機(jī)械元器件增多，重量必然增加，同時(shí)控制的復(fù)雜性也增加。 只能玻璃清洗機(jī)器人是一種爬行機(jī)器人，因此，它必須具備兩大功能：吸附和

29、移動(dòng)功能。 外窗清洗機(jī)器人原理： 外窗清洗機(jī)器人利用機(jī)器人與玻璃之間的回形海綿抹布形成一個(gè)相對(duì)真空的空間，在機(jī)器人腹部設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)力排風(fēng)扇，在回形真空的空間里形成較大的吸力，使玻璃機(jī)器人能吸附在玻璃上。由于其海綿抹布的織孔與外部大氣相通，使機(jī)器人的吸力不能保證完全真空，當(dāng)履帶車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)有足夠的力量使機(jī)器人前進(jìn)或后退！于此同時(shí)周邊的海綿抹布在玻璃上拖過(guò)，實(shí)現(xiàn)了擦玻璃動(dòng)作！而安裝在吸盤旁邊的自動(dòng)刷子旋轉(zhuǎn)達(dá)到類似掃地的功能，使一般沾粘在玻璃上的污漬脫離玻璃！ 2.3方案規(guī)劃簡(jiǎn)介 1）吸塵清潔裝置；利用常用的吸塵器技術(shù)，在機(jī)器人前部安裝在機(jī)器人左右輪之間以保障機(jī)器人所進(jìn)過(guò)的地方都能進(jìn)行清

30、潔打玻璃清刷。 2）移動(dòng)系統(tǒng)；清洗爬壁機(jī)器人按照移動(dòng)方式可分為車輪式、履帶式和腳步行式。履帶式由電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)無(wú)軌道履帶，對(duì)玻璃頂棚適應(yīng)性強(qiáng)，但體積較大，不宜轉(zhuǎn)彎；腳步行式是通過(guò)多個(gè)腳的反復(fù)吸附與脫落進(jìn)行移動(dòng)，帶載能力強(qiáng)，但移動(dòng)困難，移動(dòng)速度慢；車輪式移動(dòng)速度較快，著地面積小，便于控制但是對(duì)于吸附力不夠。爪式機(jī)器人所以，在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇了車輪式機(jī)器人。 3）控制系統(tǒng)；將機(jī)器人所有的動(dòng)作經(jīng)過(guò)PLC輸出傳動(dòng)，傳感器的輸入信號(hào)，控制盒的控制信號(hào)，報(bào)警輸出信號(hào)，都經(jīng)過(guò)PLC集中管理統(tǒng)一運(yùn)行。 控制系統(tǒng)主要包括PLC，控制盒，傳感器，傳動(dòng)輪等電氣元件組成。 機(jī)器人的控制我們采用了類似于遙控玩

31、具汽車的控制原理，運(yùn)用遙控板實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人作業(yè)時(shí)所需的前進(jìn)、后退、前左、前右、后左、后右六個(gè)方位的動(dòng)作，通過(guò)電路設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)。 清潔機(jī)器人由移動(dòng)系統(tǒng)、吸附裝置、清潔裝置、控制系統(tǒng)、等部分組成。 2.4確定機(jī)械傳動(dòng)方案 方案一：采用三輪布置結(jié)構(gòu)。直流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器和差速器，通過(guò)兩半軸將動(dòng)力傳遞到兩后輪。智能智能玻璃清洗機(jī)器人的轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)前面的一個(gè)萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)向。傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2-1所示。 圖2-1 傳動(dòng)方案一 方案二：采用四輪布置結(jié)構(gòu)。智能智能玻璃清洗機(jī)器人采用兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)差速轉(zhuǎn)向，兩渦輪為萬(wàn)向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。直流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器后直接驅(qū)動(dòng)后輪，當(dāng)兩輪運(yùn)動(dòng)速度不

32、同時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2-2所示。 圖2-2 傳動(dòng)方案二 二輪結(jié)構(gòu)與三輪結(jié)構(gòu)相比較有較大的負(fù)載能力和較好的平穩(wěn)性。方案一有差速器和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，故機(jī)械傳動(dòng)誤差大。方案二采用兩套蝸輪-蝸桿減速器及直流伺服電動(dòng)機(jī)，成本相對(duì)于方案一較高，但它的傳動(dòng)誤差小，并且轉(zhuǎn)向靈活。因此，采用方案二作為本課題的設(shè)計(jì)方案。 根據(jù)題目的要求，設(shè)計(jì)同步帶式（履帶式）的玻璃清洗機(jī)器人，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、裝配方便，在操作時(shí)穩(wěn)定，并且能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。 其主體部分如下圖所示： 上圖是玻璃清洗機(jī)器人主體部分的俯視示意圖，后面兩個(gè)同步帶輪分別由直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)二級(jí)減速（傳動(dòng)比約為1：2

33、0 ）后驅(qū)動(dòng)，可獨(dú)立控制，完成主體部分的前進(jìn) 后退和轉(zhuǎn)向；前面兩個(gè)同步帶輪固定在基座上，可以轉(zhuǎn)動(dòng)。其它各零部件的布置如上圖所示。 當(dāng)兩只電機(jī)的轉(zhuǎn)速相同時(shí)，可使玻璃清洗機(jī)器人前進(jìn)和后退；玻璃清洗機(jī)器人前進(jìn)的速度最大為0.2 m/s 當(dāng)一只電機(jī)停轉(zhuǎn)，另一只電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于停轉(zhuǎn)側(cè)上下兩輪子部分重量不同，設(shè)計(jì)的時(shí)候重心偏向后輪，故一側(cè)同步帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)有繞另一側(cè)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，故可以使玻璃清洗機(jī)器人轉(zhuǎn)彎。 當(dāng)兩側(cè)履帶的旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，可以做到原地快速轉(zhuǎn)彎 部分選用零部件： 玻璃清洗機(jī)器人采用雙面同步帶，具有傳動(dòng)效率高 摩擦力大等特點(diǎn)。行進(jìn)時(shí)穩(wěn)定快速，方便控制。同步帶與帶輪根據(jù)要求購(gòu)買 。雙面

34、同步帶如下： 軸承座自己制作在安裝同步帶時(shí)可移動(dòng)玻璃清洗機(jī)器人前面的軸承座，使同步帶張緊。 第3章 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1直流電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)是功率(KW)。但是，選擇電動(dòng)機(jī)并不按功率，而是更根據(jù)下列三個(gè)指標(biāo)選擇。 運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 智能行走的速度為100mm/s，則車輪的轉(zhuǎn)速為 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 選擇蝸輪-蝸桿的減速比 i=62 智能玻璃清洗機(jī)器人自重為P （2-3） 智能玻璃清洗機(jī)器人的載荷為G 取坐標(biāo)系OXYZ如圖2-3所示，列出平衡方程 由于兩渦輪及兩

35、后輪關(guān)于Y軸對(duì)稱，則 ， ， ， 解得 兩驅(qū)動(dòng)后輪的受力情況如圖2-4所示： 滾動(dòng)摩阻力偶矩的大小介于零與最大值之間，即 其中δ滾動(dòng)摩阻系數(shù)，查表5-2，δ=2～10，取δ=6mm 牽引力F為 摩擦系數(shù) 牽引力 F N 重物的重力 W N 滾子直徑 D

36、 mm 傳遞效率 ? 傳動(dòng)裝置減速比 1/G 1） 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩（） 取=0.7, =157.66, =0.15 2） 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷慣性（） 其中 為車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為蝸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 3） 電機(jī)的選定 根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩和慣量匹配條件，選擇濟(jì)南亞科電子公司的直流無(wú)刷電機(jī)：ZW57BL90-230 故電機(jī)滿足要求。 3.2聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 由于電動(dòng)機(jī)軸直徑為Φ8mm，

37、并且輸出軸削平了一部分與蝸桿軸聯(lián)接部分軸徑為Ф12mm，故其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2-6所示。 圖2-6 聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)圖 聯(lián)軸器采用安全聯(lián)軸器，銷釘直徑d可按剪切強(qiáng)度計(jì)算，即 銷釘材料選用45鋼。查表5-2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB 699-88） 45 調(diào)質(zhì) ≤200mm =637MPa =353MPa =17% Ψ=35% 硬度217～255HBS 銷釘?shù)脑S用切應(yīng)力為

38、 過(guò)載限制系數(shù)k值 查表14-4 取k=1.6 T=0.321N?m 選用d=5mm滿足剪切強(qiáng)度要求。 3.3蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.選擇蝸桿的傳動(dòng)類型 根據(jù)GB/T 10085-1988的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿(ZI)。 2.選擇材料 蝸桿要求表面硬度和耐磨性較高，故材料選用40Cr。蝸輪用灰鑄鐵HT200制造，采用金屬模鑄造。 3.蝸桿傳動(dòng)的受力分析 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 按Z=1，估取效率η=0.7,則 （

39、2-18） 圖2-7 蝸輪-蝸桿受力分析 各力的大小計(jì)算為 4.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)開(kāi)式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。蝸輪輪齒因彎曲強(qiáng)度不足而失效的情況，多數(shù)發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多或開(kāi)式傳動(dòng)中。 彎曲疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)的公式為 確定載荷系數(shù)K 由于工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1，由表11-15選取使用系數(shù)KA=1.15。由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)KV=

40、1.1,則 由表11-8得，蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 假設(shè) 31048"，蝸輪的當(dāng)量齒數(shù) 根據(jù)，，從圖11-19中可查得齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù) （2-25） 由表11-2得 中心距a=50mm 模數(shù)m=1.25mm 分度圓直徑 蝸桿頭數(shù) 直徑系數(shù)17.92 分度圓導(dǎo)程角γ=311′38″

41、 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù) 5.蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 1）蝸桿 軸向齒距 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 蝸桿軸向齒厚 2）蝸輪 傳動(dòng)比 蝸輪分度圓直徑 蝸輪喉圓直徑 蝸輪齒根圓直徑 蝸輪咽喉母圓半徑 6.精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的智能智能玻璃清洗機(jī)器人屬于精密傳動(dòng)，從GB/T 10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇6級(jí)精度，側(cè)隙種

42、類為 7.熱平衡核算 由于該蝸輪-蝸桿傳動(dòng)是開(kāi)式傳動(dòng)，蝸輪-蝸桿產(chǎn)生的熱傳遞到空氣中，故無(wú)須熱平衡計(jì)算。 3.4軸的設(shè)計(jì) 3.4.1渦輪軸的設(shè)計(jì) 渦輪軸只承受彎矩而不承受扭矩，故屬于心軸。 圖2-8 渦輪軸結(jié)構(gòu) 1.求作用在軸上的力 智能智能玻璃清洗機(jī)器人的渦輪受力，受力如圖2-9a)所示。 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案是：左輪輻板、右輪輻板、螺母、套筒、滾動(dòng)軸承、軸用彈性擋圈依次從軸的右端向左安裝，左端只安裝滾動(dòng)軸承和軸用彈性擋圈。這樣

43、就對(duì)各軸段的粗細(xì)順序作了初步安排。 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 (1)初步選擇滾動(dòng)軸承。智能智能玻璃清洗機(jī)器人渦輪軸只受彎矩的作用，主要承受徑向力而軸向力較小，故選用單列深溝球軸承。由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取單列深溝球軸承6004，其尺寸為dDT=20mm42mm12mm,故。 右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得6004型軸承的定位軸肩高度h=2.5mm，因此取。 (2)取安裝左、右輪輻處的軸段Ⅵ的直徑;輪輻的左端采用軸肩定位，右端用螺母夾緊輪輻。已知輪輻的寬度為34mm，為了使螺母端面可靠地壓緊左右輪輻，此軸段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取。左右輪輻的左段采用軸

44、肩定位，軸肩高度，取h=3mm，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度b≥1.4h，取。 (3)軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號(hào)為GB 894.1-86 20，其尺寸為,故 , ,。 其余尺寸根據(jù)渦輪軸上關(guān)于左右輪輻結(jié)合面基本對(duì)稱可任意確定尺寸，確定了軸上的各段直徑和長(zhǎng)度如圖2-8所示。 3）軸上零件的周向定位 輪輻與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按dⅥ由手冊(cè)查得平鍵截面bh=8mm7mm (GB/T 1095-1979),鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為28mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn)GB/T 1096-1979),同時(shí)為了保證左右輪輻與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇左右輪輻與軸的配合為H7/n6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位

45、是借過(guò)度配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為j7。 4）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為145，各軸肩處的圓角半徑為R1。 3.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖。 圖2-9 渦輪軸的載荷分析圖 4.按彎曲應(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的截面強(qiáng)度。最大負(fù)彎矩在截面C上，。 對(duì)截面C進(jìn)行強(qiáng)度校核，由公式 由表15-1得，45鋼 調(diào)質(zhì)

46、 由表15-4得， 因此該軸滿足強(qiáng)度要求，故安全。 3.4.2渦輪軸上的軸承 要求壽命，轉(zhuǎn)速，軸承的徑向力，軸向力。 1． 由上述條件試選軸承 試選6004型軸承，查表16-2 2． 按額定動(dòng)載荷計(jì)算 由式 對(duì)球軸承=3， 查表13-6 智能智能玻璃清洗機(jī)器人

47、 代入得 故6004型軸承能滿足要求。 3． 按額定靜載荷校核 由式 查表13-8，選取=2 代入上式，滿足要求。 3.4.3蝸桿軸上的軸承 要求壽命，轉(zhuǎn)速，軸承的徑向載荷，作用在軸上的軸向載荷。 1． 由上述條件試選軸承 選30203型軸承，查表5-24 （脂潤(rùn)滑） 圖2

48、-12 蝸桿軸上的軸承受力 2． 按額定動(dòng)載荷計(jì)算 (2-52) ， 查表15-12， ， ， ， ， 由式 均小于滿足要求。 3． 按額定靜載荷校核 由表 查表15-14，取

49、 均小于，滿足要求。 4． 極限轉(zhuǎn)速校核 由式 ，由圖15-5得 ，由圖15-6得 ，由圖15-5得 ，由圖15-6得 小于和滿足要求。 3.5齒輪的設(shè)計(jì) （一）高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 １． 齒輪材料，熱處理及精度 考慮此減速器的功率及現(xiàn)場(chǎng)安裝的限制，故大小齒輪都選用硬齒面漸開(kāi)線斜齒輪 （1）齒輪材料及熱處理 ① 材料：高速級(jí)小齒

50、輪選用45#鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為小齒輪 280HBS 取小齒齒數(shù)=24 高速級(jí)大齒輪選用45#鋼正火，齒面硬度為大齒輪 240HBS Z=Z=3.2424=77.76 取Z=78. ② 齒輪精度 按GB/T10095－1998，選擇7級(jí)，齒根噴丸強(qiáng)化。 ２．初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 確定各參數(shù)的值: ①試選=1.6 選取區(qū)域系數(shù) Z=2.433 則 計(jì)算應(yīng)力值環(huán)數(shù) N=60nj =60626.091（283008） =1.442510h N= =4.4510h #(3.25為齒數(shù)比,即3.25=

51、) 得：K=0.93 K=0.96 ④齒輪的疲勞強(qiáng)度極限 取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,應(yīng)用公式10-12得: []==0.93550=511.5 []==0.96450=432 許用接觸應(yīng)力 得： =189.8MP T=95.510=95.5103.19/626.09 =4.8610N.m 3.設(shè)計(jì)計(jì)算 ①小齒輪的分度圓直徑d = ②計(jì)算圓周速度 ③計(jì)算齒寬b和模數(shù) 計(jì)算齒寬b b==49.53mm 計(jì)算摸數(shù)m 初選螺旋角=14 = ④計(jì)算齒寬與高之比 齒高h(yuǎn)=2.25 =

52、2.252.00=4.50 = =11.01 ⑤計(jì)算縱向重合度 =0.318=1.903 ⑥計(jì)算載荷系數(shù)K 使用系數(shù)=1 根據(jù),7級(jí)精度, 得 動(dòng)載系數(shù)K=1.07, K的計(jì)算公式: K= +0.2310b =1.12+0.18(1+0.61) 1+0.231049.53=1.42 得: K=1.35 得: K==1.2 故載荷系數(shù): K＝K K K K =11.071.21.42=1.82 ⑦按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 d=d=49.53=51.73 ⑧計(jì)算模數(shù) = 4. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 ≥ ⑴ 確定

53、公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 ① 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩＝48.6kNm 確定齒數(shù)z 因?yàn)槭怯昌X面，故取z＝24，z＝i z＝3.2424＝77.76 傳動(dòng)比誤差 i＝u＝z/ z＝78/24＝3.25 Δi＝0.032％5％，允許 ②計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) z＝z/cos＝24/ cos14＝26.27 z＝z/cos＝78/ cos14＝85.43 ③ 初選齒寬系數(shù) 按對(duì)稱布置，由表查得＝1 ④ 初選螺旋角 初定螺旋角 ＝14 ⑤ 載荷系數(shù)K K＝K K K K=11.071.21.35＝1.73 ⑥ 查取齒形系數(shù)Y和應(yīng)力校正系數(shù)Y 得: 齒形系數(shù)Y＝2.59

54、2 Y＝2.211 應(yīng)力校正系數(shù)Y＝1.596 Y＝1.774 ⑦ 重合度系數(shù)Y 端面重合度近似為＝[1.88-3.2（）]＝[1.88－3.2（1/24＋1/78）]cos14＝1.655 ＝arctg（tg/cos）＝arctg（tg20/cos14）＝20.64690 ＝14.07609 因?yàn)椋?cos，則重合度系數(shù)為Y＝0.25+0.75 cos/＝0.673 ⑧ 螺旋角系數(shù)Y 軸向重合度 ＝＝1.825, Y＝1－＝0.78 ⑨ 計(jì)算大小齒輪的 安全系數(shù)由表查得S＝1.25 工作壽命兩班制，8年，每年工作300天 小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1＝60nkt＝6

55、0271.471830028＝6.25510 大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2＝N1/u＝6.25510/3.24＝1.930510 彎曲疲勞強(qiáng)度極限 小齒輪 大齒輪 彎曲疲勞壽命系數(shù): K=0.86 K=0.93 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 []= []= 大齒輪的數(shù)值大.選用. ⑵ 設(shè)計(jì)計(jì)算 ① 計(jì)算模數(shù) 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，按GB/T1357-1987圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),取m=2mm但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需要按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d=51.73來(lái)計(jì)

56、算應(yīng)有的齒數(shù).于是由: z==25.097 取z=25 那么z=3.2425=81 ② 幾何尺寸計(jì)算 計(jì)算中心距 a===109.25 將中心距圓整為110 按圓整后的中心距修正螺旋角 =arccos 因值改變不多,故參數(shù),,等不必修正. 計(jì)算大.小齒輪的分度圓直徑 d==51.53 d==166.97 計(jì)算齒輪寬度 B= 圓整的 3.6同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)和輪轂軸之間采用帶輪連接，斷續(xù)使用每日3-5h。中心距為125mm。 （1） 確定設(shè)計(jì)功率，載荷修正系數(shù)=1.3，設(shè)計(jì)功率=0.104。 （2） 選定帶型節(jié)距，

57、根據(jù)由圖4-7選取5M型圓弧齒同步帶， 圖3-1 圓弧齒同步帶選型圖 （3）小帶輪齒數(shù)，由，得。 （4）小帶輪節(jié)圓直徑， （5）大帶輪齒數(shù)， （6）大帶輪節(jié)圓直徑mm （7）帶速v， （8）初定軸間距， 取 （2） 帶長(zhǎng)（節(jié)線長(zhǎng)度）， 取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度 （3） 帶齒數(shù)Z， （4） 實(shí)際中心距， （5） 安裝量I、調(diào)整量S ，I=1.02mm，S=0.76mm （6） 嚙合齒數(shù)， （7） 嚙合齒數(shù)系數(shù)，當(dāng)，所以 （8） 基本額定功率， （9） 要求帶寬， ，，

58、 。 （10） 緊邊張力 松邊張力 （11） 壓軸力，，=0.98 （12） 作用在軸上的力 （13） 同步帶齒形尺寸如圖4-8所示，齒高，節(jié)距，齒頂圓角半徑，齒根圓角半徑，齒根厚s=3.05mm，齒形角，帶高 圖3-2 同步帶齒形尺寸 （9） 同步帶輪幾何尺寸如圖4-9所示，節(jié)距，齒槽深，齒槽圓弧半徑，齒頂圓角半徑，齒槽寬s=3.25mm，兩倍節(jié)頂距，齒形角 同步帶輪寬度，如圖4-10所示，選擇帶擋圈的帶輪，， 圖3-3同步帶輪尺寸 圖3-4帶輪寬度尺寸 帶輪擋圈尺寸如圖4-11所示，擋圈最小高度K

59、=2.5~3.5mm，R=1.5mm，擋圈厚度t=1.5~2.0mm 第4章 總結(jié)與展望 兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)在忙碌中就快要結(jié)束了,在這兩個(gè)多月的時(shí)間里,在畢業(yè)設(shè)計(jì)之余還要兼顧找工作,因此,在這段時(shí)間里我覺(jué)得生活非常的充實(shí).不但在畢業(yè)設(shè)計(jì)中鞏固了以前的知識(shí),而且在人生上學(xué)到在校園學(xué)不到的社會(huì)交際. 在接到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計(jì)都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)就不同了，它是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)，很多資料，數(shù)據(jù)都需要自己通過(guò)各種途徑搜集得到。因此經(jīng)常跑圖書館。但是《機(jī)器人設(shè)計(jì)》找遍整個(gè)圖書館都找不到。然而我的設(shè)計(jì)是根據(jù)這本書上所講的設(shè)計(jì)方法來(lái)做的，找

60、不到絕對(duì)是一個(gè)沉重的打擊。幸好，在指導(dǎo)老師的指引和幫助下在機(jī)械系資料室找到了。在以后的設(shè)計(jì)中，《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》起到了很大的作用，是我畢業(yè)設(shè)計(jì)能順利按時(shí)完成的法寶。 接下來(lái)的工作根以前課程設(shè)計(jì)都差不多了，寫說(shuō)明書，繪圖。但是最后就多了一步以前課程設(shè)計(jì)從未出現(xiàn)過(guò)的，就是實(shí)體繪制。只是學(xué)過(guò)去時(shí)CAD，因此有點(diǎn)害怕實(shí)體繪制。但是路還是要繼續(xù)走下去的，不能因?yàn)槲窇志屯Ｏ聛?lái)的，更何況這是我畢業(yè)設(shè)計(jì)的最后一關(guān)呢。因此面對(duì)這道難關(guān)，我決定勇敢地面對(duì)。于是去圖書館借來(lái)了許多CAD的書來(lái)看，從書店買來(lái)例題分析的書來(lái)研究。在繪制過(guò)程中遇到了不少的問(wèn)題，但在自己探索，同學(xué)的幫助，老師的指引下，我的實(shí)體還是

61、趕上了。當(dāng)時(shí)我真的很高興，按時(shí)完成自然值得高興，但我覺(jué)得更自豪的是通過(guò)自學(xué)，我學(xué)會(huì)了許多以前在學(xué)習(xí)中學(xué)不到的東西，那只有通過(guò)自學(xué)才會(huì)領(lǐng)悟得到的。畢竟就快離開(kāi)校園，走向社會(huì)了，在將來(lái)的人生上，學(xué)習(xí)是陪伴我們終生的，正所謂“活到老，學(xué)到老”，在人生上很多知識(shí)都是自學(xué)而獲得的。 在這里我要向在畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的老師、同學(xué)、家人致謝，因?yàn)樗麄冊(cè)谡麄€(gè)設(shè)計(jì)中給予了我很多幫助和動(dòng)力。特別是我的指導(dǎo)老師，他不惜勞苦，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中很多問(wèn)題都能及時(shí)得到解決。 總的來(lái)講，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)給我留下深刻的印象，不僅僅是由于設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)，更多的是在畢業(yè)設(shè)計(jì)中我嘗到了辛、酸、苦、甜，它會(huì)是人生上留下不可抹殺的一頁(yè)。

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