文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985鄭 重 聲 明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日 期： 文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985目 錄摘 要 .IABSTRACT II第 1 章 緒論 .11.1 課題研究的背景和意義 11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀 .11.3 本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn) .21.4 本文研究的內(nèi)容及技術(shù)路線 2第 2 章 整車整體設(shè)計(jì)方案的確定 .32.1 車身的設(shè)計(jì) 42.1.1 車體的確定 42.1.2 車體的運(yùn)動(dòng)曲線分析 52.1.3 車體運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)的綜合分析 .62.2 清洗結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 122.2.1 玻璃刮的設(shè)計(jì) 132.2.2 抹布立筒的設(shè)計(jì) 142.2.3 抹布橫筒的設(shè)計(jì) 142.3 吸盤的設(shè)計(jì) 152.4 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 17第 3 章 機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .173.1 電源的選擇 173.2 電機(jī)的選擇 173.2.1 車體運(yùn)動(dòng)電機(jī)選擇 173.2.2 清洗機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 183.3 減速電機(jī)原理介紹 .183.4 基于 MCS-51 單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19第 4 章 機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709854.1 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 224.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 274.3 軸承的選擇與壽命計(jì)算 304.4 曲軸的受力分析 324.5 各連桿的受力分析 33第 5 章 總結(jié)與展望 355.1 全文總結(jié) 355.2 研究展望 355.3 實(shí)用性及應(yīng)用前景分析 35參考文獻(xiàn) 36致謝 37湖北省項(xiàng)目支撐說(shuō)明 37附錄 38軸 .38大齒輪 .39車體 .40軌跡發(fā)生連桿 1 .41軌跡發(fā)生連桿 2 .42減震支架 .43曲軸座 .44縮放連桿 .45支腿 .46曲軸 .47裝配圖 .48文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985I摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高樓大廈的數(shù)量也迅猛增加，一方面給經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件；另一方面，高樓清潔工作存在的安全隱患往往也帶來(lái)慘烈的事故，因而對(duì)高樓進(jìn)行的清洗自然成了一個(gè)很重要的課題?；诖丝紤]，本文設(shè)計(jì)了“玻璃幕墻清洗機(jī)”設(shè)備，該清洗機(jī)由爬行機(jī)構(gòu)和清洗機(jī)構(gòu)兩部分組成，采用模塊化的設(shè)計(jì)，通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件 Solidworks 建立樓宇玻璃幕墻清洗機(jī)的虛擬樣機(jī)模型，從而進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文敘述了樓宇玻璃幕墻清洗機(jī)的工作原理和清洗機(jī)的部分設(shè)計(jì)計(jì)算，最后針對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)，給出了進(jìn)一步的改善優(yōu)化建議，并對(duì)所設(shè)計(jì)的樓宇玻璃幕墻清洗機(jī)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞 ：玻璃幕墻清洗機(jī)；爬行機(jī)構(gòu)；清洗機(jī)構(gòu)；Solidworks文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985II文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985IIABSTRACTWith the social and economic development, the number of many-storied buildings have increased rapidly, on the one hand to create good conditions for economic development; on the other hand, security hidden danger of building cleaning work often brings a tragic accident, cleaning the building of nature has become a very important topic.Based on this consideration, this paper designed the “glass curtain wall cleaning machine“ equipment, the cleaning machine by crawling mechanism and the cleaning mechanism two parts, modular design, virtual prototype model building glass curtain wall cleaning machine through the three-dimensional design Software Solidworks, and the kinematics analysis and structure design. This paper describes the calculation of design principle and cleaning machine building glass curtain wall cleaning machine, according to the existing design, gives further suggestions to improve the optimization, and the prospect of building glass curtain wall cleaning machine design are discussed.Keywords: glass curtain wall cleaning machine; crawling mechanism; cleaning mechanism; Solidworks文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709851第 1 章 緒論1.1 課題研究的背景和意義隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、生活水平的日益提高，但是與日益增加的人口相比，建筑面積嚴(yán)重不足，因此越來(lái)越多的高樓大廈如雨后春筍般拔地而起；人民對(duì)精神生活的日益追求，建筑師們發(fā)明了一種美觀、新穎的建筑墻體裝飾方法——玻璃幕墻，這是現(xiàn)代主義高層建筑時(shí)代的顯著特征。大約 20 世紀(jì) 80 年代，玻璃幕墻大約傳入我國(guó)深圳、廣州、北京、上海等大中城市。所有的樓宇玻璃幕墻都因?yàn)槌Ｄ甑娘L(fēng)吹日曬雨淋及空氣中二氧化硫等有毒氣體的侵蝕，使得樓宇玻璃幕墻有了風(fēng)華和污垢，不僅影響了建筑物的美觀，還影響了市容。因此，玻璃幕墻清洗行業(yè)適時(shí)興起，玻璃幕墻清洗行業(yè)在我國(guó)也已受到人們的重視?，F(xiàn)在我國(guó)高樓玻璃幕墻的清洗工作基本上都是人工現(xiàn)場(chǎng)操作，隱藏的安全問(wèn)題隨著而來(lái)，近年來(lái)常有清潔工人墜樓傷亡事故的報(bào)道。1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r目前，我國(guó)高樓玻璃幕墻清洗的方式：1、蜘蛛人：蜘蛛人（工人）運(yùn)用繩索或者平板，從樓頂下滑到指定的位置進(jìn)行清洗工作。此施工方式具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、簡(jiǎn)單便利等優(yōu)勢(shì)，但危險(xiǎn)系數(shù)較高。同時(shí)，清洗時(shí)占用資源較小，能在允許的范圍內(nèi)盡量減少對(duì)建筑內(nèi)人員日常工作和生活的影響。2、高空吊籃方式：工人在樓頂架設(shè)吊籃，將施工人員運(yùn)送到指定的清洗位置進(jìn)行清洗工作。此清洗方式效率不高，成本較貴，實(shí)施不方便。3、地面升降車 ：在地面架設(shè)蜘蛛車、升降車等平臺(tái)設(shè)備，將工人運(yùn)送到指定清洗位置進(jìn)行清洗。此清洗方式局限性比較大，一般只適用于低于 36 米樓宇的高難度清洗。因其成本很高，很少被采用。4、預(yù)留軌道擦窗機(jī)：有些高樓在修建時(shí)預(yù)留有軌道擦窗機(jī)，此清洗方式同高空吊籃方式，但較之更便于移動(dòng)。5、雙面磁力玻璃刮：有些玻璃幕墻的清洗工作采用的是雙面磁性玻璃刮，這種清洗方式要求工人在室內(nèi)操作，但其效率不高，清洗可靠性差，有時(shí)清洗不干凈，故多使用于南方。由于玻璃刮的磁力強(qiáng)度原因，中空的雙層玻璃不能采用文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709852此清洗方式。因此，本文研究的目的和意義在于：為了解決安全問(wèn)題，國(guó)內(nèi)很多研究機(jī)構(gòu)都做了相關(guān)的研究，做了很多嘗試，已經(jīng)有一定的進(jìn)展，但是在穩(wěn)定性和實(shí)用性還是有很多急待改進(jìn)的地方。我們致力于研究出一種可以全自動(dòng)進(jìn)行玻璃幕墻的清洗機(jī)，代替現(xiàn)在廣泛采用的人工勞動(dòng)密集型高強(qiáng)度作業(yè)，改進(jìn)現(xiàn)有的一些設(shè)備的不足和缺陷，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的玻璃幕墻的清洗機(jī)。1.3 本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)本清洗機(jī)以幕墻玻璃為研究對(duì)象，研究一種可以依靠氣動(dòng)垂直吸附墻面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在重力下，穩(wěn)定的、自由的運(yùn)動(dòng)。并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出合理的清洗劑，以及合適的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高效的清洗工作。1.4 本文研究的內(nèi)容及技術(shù)路線結(jié)合實(shí)用性與可行性討論解決方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)械、控制系統(tǒng)機(jī)械三維模型建立機(jī)械系統(tǒng)干涉分析、控制系統(tǒng)分析機(jī)械、控制系統(tǒng)改進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真結(jié)果分析與設(shè)計(jì)改進(jìn)返回分級(jí)計(jì)算結(jié)果文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709853第 2 章 整體設(shè)計(jì)方案的確定樓宇玻璃幕墻清洗機(jī)（以下簡(jiǎn)稱為清洗機(jī)）由爬行機(jī)構(gòu)和清洗機(jī)構(gòu)兩部分組成。爬行機(jī)構(gòu)在電機(jī)的帶動(dòng)下，通過(guò)足端的真空吸盤使清洗機(jī)在玻璃幕墻上爬行，通過(guò)清洗機(jī)構(gòu)達(dá)到清洗玻璃的目的，如圖 2.1 所示。1.氣壓吸盤 2.縮放結(jié)構(gòu)桿 I 3.縮放結(jié)構(gòu)桿 II 4.縮放結(jié)構(gòu)桿 III5.縮放結(jié)構(gòu)桿 IV 6、平衡減震三腳架 7.減震活塞筒 8.減震活塞桿9.對(duì)稱曲線機(jī)構(gòu)連架桿 10.對(duì)稱曲線機(jī)構(gòu)連桿 11.清洗液流出管道 12.最后清潔處理刮板 13.玻璃刮固定三腳架 14.機(jī)器主體 15.曲軸支撐座 16.電動(dòng)機(jī) I 17.清洗立筒轉(zhuǎn)軸 18.清洗立筒 19.減震活塞支座 20.曲軸 21.鉸接球 22.刷洗滾筒 23.滾筒套 24.銷 25.動(dòng)力輸出主動(dòng)齒輪 26.電機(jī) II 27.傳動(dòng)齒輪圖 2.1 清洗機(jī)的整體布局示意圖文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098542.1 車身的設(shè)計(jì)2.1.1 車體的確定圖 2.2 契貝謝夫四桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用十分普遍，它不僅在眾多工程機(jī)械和工農(nóng)業(yè)機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用，而且諸如人造文星太陽(yáng)能板的展開(kāi)機(jī)構(gòu)、機(jī)械手臂的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、折疊傘的收放機(jī)構(gòu)及人體假肢等也都采用有連桿結(jié)構(gòu)?？紤]到我們的清洗機(jī)車體可以用到連桿機(jī)構(gòu)，因此我們?cè)谄踟愔x夫四桿機(jī)構(gòu)（如圖 2.2）的基礎(chǔ)上，考慮到車體的平衡、機(jī)械的效率等問(wèn)題，將四桿衍化為八桿，重新設(shè)計(jì)出了我們的車體，如圖2.3 所示。圖 2.3 第一代框架結(jié)構(gòu)八足車體但是第一代框架結(jié)構(gòu)在機(jī)械的效率、機(jī)械各桿的布局和機(jī)械簡(jiǎn)潔性上還有待改進(jìn)，因而我們對(duì)第一代框架機(jī)構(gòu)八足車體做了再設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了第二代八足車體，如圖 2.4 所示文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709855圖 2.4 第二代八足車體第二代八足步行車體兩側(cè)分別為四足，單側(cè)對(duì)足同時(shí)著地，即車體整體四足同時(shí)著地，兩對(duì)對(duì)足交替著地從而實(shí)現(xiàn)步行動(dòng)作。由于只能實(shí)現(xiàn)固定的跨步軌跡（水平直線運(yùn)功） ，所以步行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成多冗余度，從而提高越障能力，從而適應(yīng)復(fù)雜路況！2.1.2 車體的運(yùn)動(dòng)曲線分析我們首選四連桿組成的機(jī)構(gòu)作為步行機(jī)構(gòu)，為了便于設(shè)計(jì)出需要的連桿運(yùn)動(dòng)軌跡曲線,我們采用圖譜法，即從事先編就好的連桿曲線圖譜中找出所需的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線,然后直接查出該四桿機(jī)構(gòu)的各尺寸參數(shù)。從連桿曲線圖譜中查出形狀與要求實(shí)現(xiàn)的足端運(yùn)動(dòng)軌跡相似的連桿曲線步行軌跡需要滿足水平勻速直線運(yùn)動(dòng)和抬腿的弧線運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如 2.5 所示，軌跡曲線近似如圖 2.6 所示，由于步行曲線軌跡位于機(jī)架以上，我們選用縮放機(jī)構(gòu)將軌跡向下放大，縮放比為 2.5:1，如圖 2.7 所示。如圖 2.5 所示，共三根桿，即活動(dòng)件數(shù)目 n=3。四個(gè)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副，即轉(zhuǎn)動(dòng)低副 p1=4。高副個(gè)數(shù)為 0，即 ph=0。根據(jù)平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式 ：（2-1）??h1p2n3???F得 F=3×3 -（2×4+0）=1所以，此對(duì)稱連桿曲線的自由度為 1，又因?yàn)楫?dāng)自由度個(gè)數(shù)等于原動(dòng)件個(gè)數(shù)時(shí)，機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。那么，當(dāng)此對(duì)稱曲線機(jī)構(gòu)只有一個(gè)原動(dòng)件時(shí)，此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709856是固定的，即有固定的輸出。圖 2.5 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 圖 2.6 足端四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡圖 2.7 足端運(yùn)動(dòng)曲線的縮放機(jī)構(gòu)2.1.3車體運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)的綜合分析1.總體運(yùn)動(dòng)方案分析文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709857在上節(jié)中我們根據(jù)需要的足端運(yùn)動(dòng)軌跡確定了足端四桿機(jī)構(gòu)，本清洗機(jī)的八足為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，故取一對(duì)足為研究對(duì)象，其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖2.8所示。1. 縮放結(jié)構(gòu)桿 I 2. 縮放結(jié)構(gòu)桿 II 3. 縮放結(jié)構(gòu)桿 III 4.軌跡曲線發(fā)生連桿 I 5. 軌跡曲線發(fā)生連桿 II 6.曲軸 I 7. 縮放結(jié)構(gòu)桿 IV 8. 平衡減震三腳架 9. 縮放結(jié)構(gòu)桿 iv 10. 曲軸 II 11. 軌跡曲線發(fā)生連桿 ii 12. 軌跡曲線發(fā)生連桿 i13. 縮放結(jié)構(gòu)桿 iii 14. 縮放結(jié)構(gòu)桿 ii 15. 縮放結(jié)構(gòu)桿 i圖2.8 總體方案機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖由圖2.8所示的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖不難看出，此機(jī)構(gòu)共有15個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，平面低副有21個(gè)（即左側(cè) A、B、D、F、G、H、I、O 處的轉(zhuǎn)動(dòng)副個(gè)1個(gè)，C 處的轉(zhuǎn)動(dòng)副2個(gè)，共10個(gè)，同理右側(cè)也有10個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，加上中間轉(zhuǎn)動(dòng)副 J，故共21個(gè)） ，0個(gè)高副，由平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式（2-1）得自由度 ????302153p2n3h1 ????????F文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709858因?yàn)樽笥覂蛇叺那S都是原動(dòng)件，且有一個(gè)冗余度，相對(duì)的足端運(yùn)動(dòng)方向相反，相互限制，故此機(jī)構(gòu)有固定的運(yùn)動(dòng)方式。2.足端位移、速度、加速度分析取車體單側(cè)足端為分析對(duì)象，機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化圖如 2.9 所示圖 2.9 車體單側(cè)足端的四桿機(jī)構(gòu)設(shè)已知該機(jī)構(gòu)的尺寸 X、 Y、p、β 及主動(dòng)桿 1 的角位移 ,角速度 和角加速度 ,需求從動(dòng)桿 3 的角位移 、角速度 和角加速度 與連桿 2 的角位移 角速度 、角加速度 及其上 P 點(diǎn)的位置 P、速度 和加速度 。⑴.位移分析按圖所示五邊形 ABCDE 各矢量的方向的+ =X+Yi+ （2-2）在兩軸上分解，有+ =X+ 文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709859+ =Y+ （2-3）消去 后得E +F +G=0 （2-4）將下列三角函數(shù)變換公式= = 代入式（2-4） ，得關(guān)于 的一元二次方程式，由此解出 =2arc （2-5）式中 E=X- F=Y- G=式（2-5）中，N 為符號(hào)系數(shù)，當(dāng) BDC 三頂點(diǎn)的順序?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí)，N=1；反之，N=-1.文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098510然后按（2-3）式確定（2-6）連桿 2 上 P 點(diǎn)的矢徑 P 為P= +p （2-7）足端機(jī)構(gòu)位移—時(shí)間的函數(shù)圖像如圖 2.10 所示：圖 2.10 足端機(jī)構(gòu)的位移——時(shí)間函數(shù)⑵.速度分析將式(2-2)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)的+ = （2-8） 應(yīng)用所述的矢量方程消元法，可分別解得= （2-文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985119）= （2-10）再將（2-7)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得 P 點(diǎn)的速度為+ (2-11)足端機(jī)構(gòu)速度—時(shí)間的函數(shù)圖像如圖 2.11 所示：圖 2.11 足端機(jī)構(gòu)的速度——時(shí)間函數(shù)⑶.對(duì)加速度進(jìn)行分析將式（2-8）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，得- + - = - （2-12）分別解出= （2-13）文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098512= （2-14）再將（2-11）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得 P 點(diǎn)的加速度為= ( i- ) +p( i- ) （2-15）把所設(shè)計(jì)的連桿尺寸代入公式知E=240-120 （2-16）F=-120 （2-17）G=120-96 （2-18）=2arc （2-19）（2-20）120 +600 （2-21）=120 +600 （2-22）把（2-16） 、 （2-17） 、 （2-18） 、 （2-19） 、 （2-20）代入(2-21)、(2-22)中得文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098513=-120( +=120( -足端機(jī)構(gòu)的加速度——時(shí)間函數(shù)如圖 2.12 所示圖 2.12 足端機(jī)構(gòu)的加速度——時(shí)間函數(shù)2.2 清洗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)現(xiàn)在生活中，我們清晰玻璃的方式有很多中，如玻璃刮刮洗、抹布抹等?；谶@些清晰玻璃的清洗方式，我們?cè)谇逑礄C(jī)構(gòu)中設(shè)置了三種清洗設(shè)施：玻璃刮刮洗、抹布立筒、抹布橫筒。2.2.1 玻璃刮的設(shè)計(jì)圖 2.13 市面上的玻璃刮 圖 2.14 再設(shè)計(jì)的玻璃刮現(xiàn)在市面上有成形的玻璃刮（如圖 2.13） ，并且清洗效果還不錯(cuò)，我們?cè)诂F(xiàn)有玻璃刮的基礎(chǔ)上略作改進(jìn)，讓其適合我們的清洗機(jī)，設(shè)計(jì)出清洗機(jī)需要的玻璃刮，如圖 2.14 所示。 為了減震，將玻璃刮裝配到清洗機(jī)上時(shí)，我們?cè)谏厦嫜b配了彈簧，如圖 2.15所示。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098514圖 2.15 玻璃刮的裝配2.2.2 抹布立筒的設(shè)計(jì)在立筒的四周裹上擦玻璃的抹布，立筒在擦洗的過(guò)程中不斷旋轉(zhuǎn)，在立筒下的污漬將收到來(lái)自立筒時(shí)刻變化的力，更方便清洗，如圖 2.16 所示。圖 2.16 抹布立筒2.2.3 抹布橫筒的設(shè)計(jì)如圖 2.17 所示圖 2.17 抹布橫筒文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985152.3 吸盤的設(shè)計(jì)該清洗機(jī)的爬行機(jī)構(gòu)為八足爬行，兩對(duì)四足交替爬行實(shí)現(xiàn)清洗機(jī)的移動(dòng)，即爬行的過(guò)程中任意時(shí)刻至少有四個(gè)足端的吸盤在玻璃幕墻上固定。設(shè)清洗機(jī)的中心距玻璃幕墻為 x，清洗機(jī)的重力為 F，第 i 個(gè)吸盤距重心的豎直距離為 Li，重力 F 產(chǎn)生的傾覆力矩為 M 對(duì)第 i 個(gè)吸盤的力為 Fi，清洗機(jī)構(gòu)對(duì)玻璃幕墻的總壓力 F0。清洗機(jī)整體進(jìn)行受力分析得則：對(duì)吸盤的最大作用力 = 為 Li的最大值吸盤所需的最大吸附力Fm=d2= F0得吸盤設(shè)計(jì)的最小直徑為 dm，為了安全起見(jiàn)，取安全系數(shù)為 S，則吸盤直徑設(shè)計(jì)為 d=Sdm ，如圖 2.18 所示。圖 2.18 吸盤的設(shè)計(jì) 2.4 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)由于電機(jī)軸與曲軸的中心距過(guò)小，不適宜選用帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)，故我們選用了齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達(dá)數(shù)十萬(wàn)千瓦，圓周速度可達(dá) 200m/s。齒輪傳動(dòng)主要有以下特點(diǎn)：文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098516⑴效率高：在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)的效率最高。如一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的效率可達(dá) 90%。這對(duì)大功率傳動(dòng)十分重要，以為即使效率只提高 1%，也有很大的經(jīng)濟(jì)意義。⑵結(jié)構(gòu)緊湊：在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需要的空間尺寸一般較小。⑶工作可靠、壽命長(zhǎng)：設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，壽命長(zhǎng)達(dá)一、二十年，這也是其他機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。這對(duì)車輛及礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。⑷傳動(dòng)比穩(wěn)定：傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特定?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有很多微型減速電機(jī)，這種電機(jī)自帶減速器，用戶根據(jù)需要選用電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，故我們沒(méi)有做過(guò)多的減速方案設(shè)計(jì)。傳動(dòng)方案的示意圖如 2.19 所示：1.曲軸 I 2.從動(dòng)齒輪 I 3.過(guò)渡齒輪 I 4. 過(guò)渡齒輪 II 5.從動(dòng)齒輪II6.曲軸 II 7.曲軸 III 8.從動(dòng)齒輪 III 9.過(guò)渡齒輪 III 10. 過(guò)渡齒輪 IV 11.從動(dòng)齒輪 IV 12.曲軸 IV 13.微型減速電機(jī)14.主動(dòng)齒輪圖 2.19 傳動(dòng)方案示意圖文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098517第 3 章 機(jī)電控制系統(tǒng)的研究3.1 電源的選擇由 于 我 們 設(shè) 計(jì) 使 用 的 是 直 流 電 源 ， 我 們 通 過(guò) 市 場(chǎng) 調(diào) 查 發(fā) 現(xiàn) 電 瓶 有 電 壓 穩(wěn) 定 、價(jià) 格 便 宜 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 我 們 采 用 輸 出 12V 5AH 的 兩 個(gè) 電 瓶 并 聯(lián) 供 電 ， 體 積 小 ， 重量 輕 ， 便 于 攜 帶 。 共 選 用 三 個(gè) 電 瓶 ， 兩 個(gè) 并 聯(lián) 給 電 機(jī) 供 電 ， 另 外 一 個(gè) 給 單 片 機(jī)供 電 。電 機(jī) 電 流 1.6A， 電 瓶 12V， 5AH， 并 聯(lián) 后 24V， 5AH。計(jì) 算 5AH/1.6A=3.125H.理論上電瓶在沒(méi)有外界電源的情況下可以正常工作 3.125 個(gè)小時(shí),但是由于電瓶是連續(xù)放電,加上電池的一些不確定因素,電瓶能正常工作 3 個(gè)小時(shí)左右。3.2 電機(jī)的選擇系統(tǒng)工作要求大致選定了工作電機(jī)，并為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和制造難度，我們直接選擇了減速電機(jī)，如圖 3.1 所示。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098518圖 3.1 減速電機(jī)3.2.1 車體運(yùn)行電機(jī)選擇底盤旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)要求旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，速度慢，能實(shí)現(xiàn)自鎖功能。于是我們按要求選擇了 24V，40W 的 70SZ01 減速微型電機(jī)。該電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速 min/5.2r?，適合清洗作業(yè)要求，并且輸出的轉(zhuǎn)矩大，能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。電機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下：輸出轉(zhuǎn)速r/min輸出轉(zhuǎn)矩 N mm?型號(hào)額定功率/W額定轉(zhuǎn)速r/min安裝方式額定電壓/V減速比2.5 54998 70SZ01 40 3000 A3 24 1296表 3.1 車體電機(jī)的技術(shù)參數(shù)3.2.2 清洗機(jī)構(gòu)的電機(jī)選擇清洗機(jī)構(gòu)要求運(yùn)行穩(wěn)定，能承受較大載荷，速度較快且具有自鎖功能的電機(jī)，我們選擇了 24V，40W 的減速電機(jī)。電機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下：輸出轉(zhuǎn)速r/min輸出轉(zhuǎn)矩 N mm?型號(hào)額定功率/W額定轉(zhuǎn)速r/min安裝方式額定電壓/V減速比187.5 1176 70SZ01 40 3000 A3 24 16表 3.2 清洗機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985193.3 減速電機(jī)原理介紹微型減速電機(jī)的原理： 微型減速電機(jī)系列產(chǎn)品是由電子調(diào)速器、JB 系列微型齒輪減速器、可正反向運(yùn)行的微型電機(jī)三部分組成的機(jī)電一體化產(chǎn)品。整機(jī)通過(guò)對(duì)三大部分的不同組合，可獲得使用性能不同的產(chǎn)品。整機(jī)既可利用齒輪減速箱獲得任意固定轉(zhuǎn)速，也可通過(guò)電子調(diào)速器達(dá)到無(wú)級(jí)調(diào)速的目的。配用的微型電機(jī)分為：微型交流電機(jī)（單相：220V、110V，三相：220V、380V） 、ZYT（SZ）系列微型直流電機(jī)（機(jī)座號(hào)：55 ~110，電壓：12V、24V、48V、110V、220V） 、WZJ 系列無(wú)刷直流電機(jī)。配用調(diào)速器分為：TDK系列交流電子調(diào)速器；WK、SK 系列直流無(wú)級(jí)調(diào)速器。調(diào)速平穩(wěn)、無(wú)爬行現(xiàn)象，且能保證電機(jī)的頻繁正反轉(zhuǎn)。本系列產(chǎn)品由于具備減速范圍寬廣、力能指標(biāo)高、使用方便、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于各類小型輕工機(jī)械、包裝、食品、紡織、化妝（美容）機(jī)械、印刷設(shè)備、儀器及各種自動(dòng)化設(shè)備、生產(chǎn)流水線上。JB 系列微型齒輪減速器采用高精度齒輪，并配油封，O 型環(huán)密封式齒輪箱，采用潤(rùn)滑脂浴潤(rùn)方式，具有噪音低，使用壽命長(zhǎng)、體積小、功率大等特點(diǎn)。減速范圍寬廣，減速比 1：3—1:1500還可根據(jù)用戶對(duì)轉(zhuǎn)速的特殊要求，另行制作。而我們采用的均是 J-SZ（ZYT）-Px系列微型直流電機(jī)。ZYT（SZ）系列微型直流電機(jī)，分別由 SZ（ZYT）系列直流電機(jī)與 Px 型普通精度行星減速器構(gòu)成，且配帶電源，可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。調(diào)整范圍寬、體積小、重量輕、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出轉(zhuǎn)矩大，廣泛使用于引進(jìn)設(shè)備及國(guó)產(chǎn)機(jī)械。減速電機(jī)型號(hào)說(shuō)明如表 3.3 所示：以減速電機(jī) J 90 SZ(ZYT) 54 PX 64 A1 為例減速電機(jī)型號(hào) 型號(hào)說(shuō)明J 電機(jī)與減速器組合的直流減速電機(jī)90 電機(jī)座號(hào)：表示外圓直徑 90mmSZ(ZYT) 直流伺服電機(jī)（永磁直流電機(jī)）54 電機(jī)性能參數(shù)代號(hào)PX 普通精度行星減速器64 減速比 1:64文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098520A1A1- 底腳安裝安裝方式：A3-法蘭安裝表 3.3 電機(jī)型號(hào)說(shuō)明3.4 基于 MCS-51 單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)小巧、低能耗、具有較好的控制能力，目前在工業(yè)控制、信息處理、家電、測(cè)控系統(tǒng)、各種機(jī)電產(chǎn)品中都得到了大范圍的應(yīng)用。單片機(jī)以微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，具備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成機(jī)構(gòu)，延續(xù)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本屬性和基本技術(shù)。單片機(jī)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)，如表 3.4 所示：主要特點(diǎn) 特點(diǎn)說(shuō)明體積小，集成度高單片機(jī)把各種功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部功能較全，靈活性好，易于開(kāi)發(fā)。控制功能強(qiáng)單片機(jī)本身就是面向工業(yè)控制而研發(fā)的，其內(nèi)部具有很多適用于控制目的的功能部件，指令系統(tǒng)包含有豐富的控制轉(zhuǎn)移指令和針對(duì) I/O 口的各項(xiàng)操作指令。可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)對(duì)于磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，可適應(yīng)在惡劣環(huán)境中的工作。低功耗、低電壓、重量輕適用于便攜式產(chǎn)品，且價(jià)格低廉，具有較高性價(jià)比。接口多 接口靈活、豐富，便于與各種芯片建立通信表 3.4 單片機(jī)的主要特點(diǎn)基于 MCS-51 單片機(jī)的以上特點(diǎn)，我們研究設(shè)計(jì)了清洗機(jī)的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)模塊，如表 3.5 所示。模塊名稱 模塊說(shuō)明信息采集模塊信息采集部分是由光電檢測(cè)和運(yùn)算放大模塊組成，光電檢測(cè)有尋跡檢測(cè)和測(cè)速檢測(cè)兩個(gè)部分。將檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)算放大模塊放大整形后送給單片機(jī)處理，其核心部分是幾個(gè)光電傳感器。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098521控制處理模塊控制處理模塊是以一片 STC89C52 單片機(jī)為核心，單片機(jī)將從采集到的信息進(jìn)行判斷后，按照預(yù)定的算法處理，把處理的結(jié)果送交電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液晶顯示模塊，使之做出相應(yīng)的動(dòng)作。執(zhí)行模塊執(zhí)行模塊是由液晶顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及電機(jī)、蜂鳴器三部分組成。液晶主要是將單片機(jī)處理的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，方便用戶及時(shí)了解系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)根據(jù)單片機(jī)的指令對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)作，使之能夠根據(jù)需要作出相應(yīng)的加速、減速、轉(zhuǎn)彎、停車等動(dòng)作，以達(dá)到預(yù)期的目的。蜂鳴器主要是根據(jù)要求在特定的位置作出出響應(yīng)來(lái)報(bào)告位置。表 3.5 控制系統(tǒng)的主要模塊整個(gè)硬件系統(tǒng)可分為控制部分模塊、清洗軌跡探測(cè)模塊、障礙探測(cè)模塊、光源探測(cè)模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)碼顯示模塊等，這些模塊通過(guò)主控制模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)框架如圖 3.2 所示圖 3.2 控制系統(tǒng)框架我們對(duì)清洗機(jī)清洗玻璃幕墻的路徑進(jìn)行了規(guī)劃，如圖 3.3 所示，清洗機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)通過(guò)控制兩側(cè)的爬行速度不同實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。主控制模塊清洗軌跡探測(cè)模塊障礙探測(cè)模塊光源探測(cè)模塊直流源直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊數(shù)碼顯示模塊文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098522圖 3.3 清洗機(jī)清洗玻璃幕墻的路徑規(guī)劃第 4 章 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098523圖 4.1 直齒圓柱齒輪以下是對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算：1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)⑴按照傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，如圖 4.1 所示。⑵清洗機(jī)速度不高，故選用 7 級(jí)精度（GB 10095—88） 。⑶材料選擇。選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280 HBS，大齒輪材料為45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240 HBS，二者材料硬度差為 40 HBS。⑷選小齒輪的齒數(shù) Z1=30，大齒輪齒數(shù) Z2 =31。2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即d1t ≥ (4-1)??32d1u2. ????????HEZKT??⑴確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值①初選載荷系數(shù) Kt=1.3。②由電機(jī)的技術(shù)參數(shù)得小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。T1 =5.4998x104 m?N文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098524③選取齒寬系數(shù) =0.5。d?④材料的彈性影響系數(shù) ZE=189.8 。21aMP⑤按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的接觸疲a601limMPH??勞強(qiáng)度極限 。a502limH??⑥計(jì)算盈利循環(huán)次數(shù)，循環(huán)次數(shù)的計(jì)算公司為（4-hnj6LN2）由公式（4-2）得， ??8h1 0.15x3821x5.60jn??L同理 726.974N⑦取接觸疲勞壽命系數(shù) ; 。90.1?HK5.2HN⑧計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效率為 1%，安全系數(shù) S=1，得?? a5406x9.01lim1 MPSHN???.252li2K⑵計(jì)算①計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1t，代入 中較小的值。??H?由公式（4-1）得，d1t ≥ =??32d1u2. ????????HEZTK? m5.2819.035.0x49813.4????????=77.438mm②計(jì)算圓周速度 。?= （4-10x6ndt?3）由公式（4-3）得，文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985鄭 重 聲 明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日 期： 文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985目 錄摘 要 .IABSTRACT II第 1 章 緒論 .11.1 課題研究的背景和意義 11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀 .11.3 本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn) .21.4 本文研究的內(nèi)容及技術(shù)路線 2第 2 章 整車整體設(shè)計(jì)方案的確定 .32.1 車身的設(shè)計(jì) 42.1.1 車體的確定 42.1.2 車體的運(yùn)動(dòng)曲線分析 52.1.3 車體運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)的綜合分析 .62.2 清洗結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 122.2.1 玻璃刮的設(shè)計(jì) 132.2.2 抹布立筒的設(shè)計(jì) 142.2.3 抹布橫筒的設(shè)計(jì) 142.3 吸盤的設(shè)計(jì) 152.4 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 17第 3 章 機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .173.1 電源的選擇 173.2 電機(jī)的選擇 173.2.1 車體運(yùn)動(dòng)電機(jī)選擇 173.2.2 清洗機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 183.3 減速電機(jī)原理介紹 .183.4 基于 MCS-51 單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19第 4 章 機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709854.1 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 224.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 274.3 軸承的選擇與壽命計(jì)算 304.4 曲軸的受力分析 324.5 各連桿的受力分析 33第 5 章 總結(jié)與展望 355.1 全文總結(jié) 355.2 研究展望 355.3 實(shí)用性及應(yīng)用前景分析 35參考文獻(xiàn) 36致謝 37湖北省項(xiàng)目支撐說(shuō)明 37附錄 38軸 .38大齒輪 .39車體 .40軌跡發(fā)生連桿 1 .41軌跡發(fā)生連桿 2 .42減震支架 .43曲軸座 .44縮放連桿 .45支腿 .46曲軸 .47裝配圖 .48文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985I摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高樓大廈的數(shù)量也迅猛增加，一方面給經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件；另一方面，高樓清潔工作存在的安全隱患往往也帶來(lái)慘烈的事故，因而對(duì)高樓進(jìn)行的清洗自然成了一個(gè)很重要的課題?；诖丝紤]，本文設(shè)計(jì)了“玻璃幕墻清洗機(jī)”設(shè)備，該清洗機(jī)由爬行機(jī)構(gòu)和清洗機(jī)構(gòu)兩部分組成，采用模塊化的設(shè)計(jì)，通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件 Solidworks 建立樓宇玻璃幕墻清洗機(jī)的虛擬樣機(jī)模型，從而進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文敘述了樓宇玻璃幕墻清洗機(jī)的工作原理和清洗機(jī)的部分設(shè)計(jì)計(jì)算，最后針對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)，給出了進(jìn)一步的改善優(yōu)化建議，并對(duì)所設(shè)計(jì)的樓宇玻璃幕墻清洗機(jī)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞 ：玻璃幕墻清洗機(jī)；爬行機(jī)構(gòu)；清洗機(jī)構(gòu)；Solidworks文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985II文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985IIABSTRACTWith the social and economic development, the number of many-storied buildings have increased rapidly, on the one hand to create good conditions for economic development; on the other hand, security hidden danger of building cleaning work often brings a tragic accident, cleaning the building of nature has become a very important topic.Based on this consideration, this paper designed the “glass curtain wall cleaning machine“ equipment, the cleaning machine by crawling mechanism and the cleaning mechanism two parts, modular design, virtual prototype model building glass curtain wall cleaning machine through the three-dimensional design Software Solidworks, and the kinematics analysis and structure design. This paper describes the calculation of design principle and cleaning machine building glass curtain wall cleaning machine, according to the existing design, gives further suggestions to improve the optimization, and the prospect of building glass curtain wall cleaning machine design are discussed.Keywords: glass curtain wall cleaning machine; crawling mechanism; cleaning mechanism; Solidworks文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709851第 1 章 緒論1.1 課題研究的背景和意義隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、生活水平的日益提高，但是與日益增加的人口相比，建筑面積嚴(yán)重不足，因此越來(lái)越多的高樓大廈如雨后春筍般拔地而起；人民對(duì)精神生活的日益追求，建筑師們發(fā)明了一種美觀、新穎的建筑墻體裝飾方法——玻璃幕墻，這是現(xiàn)代主義高層建筑時(shí)代的顯著特征。大約 20 世紀(jì) 80 年代，玻璃幕墻大約傳入我國(guó)深圳、廣州、北京、上海等大中城市。所有的樓宇玻璃幕墻都因?yàn)槌Ｄ甑娘L(fēng)吹日曬雨淋及空氣中二氧化硫等有毒氣體的侵蝕，使得樓宇玻璃幕墻有了風(fēng)華和污垢，不僅影響了建筑物的美觀，還影響了市容。因此，玻璃幕墻清洗行業(yè)適時(shí)興起，玻璃幕墻清洗行業(yè)在我國(guó)也已受到人們的重視?，F(xiàn)在我國(guó)高樓玻璃幕墻的清洗工作基本上都是人工現(xiàn)場(chǎng)操作，隱藏的安全問(wèn)題隨著而來(lái)，近年來(lái)常有清潔工人墜樓傷亡事故的報(bào)道。1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r目前，我國(guó)高樓玻璃幕墻清洗的方式：1、蜘蛛人：蜘蛛人（工人）運(yùn)用繩索或者平板，從樓頂下滑到指定的位置進(jìn)行清洗工作。此施工方式具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、簡(jiǎn)單便利等優(yōu)勢(shì)，但危險(xiǎn)系數(shù)較高。同時(shí)，清洗時(shí)占用資源較小，能在允許的范圍內(nèi)盡量減少對(duì)建筑內(nèi)人員日常工作和生活的影響。2、高空吊籃方式：工人在樓頂架設(shè)吊籃，將施工人員運(yùn)送到指定的清洗位置進(jìn)行清洗工作。此清洗方式效率不高，成本較貴，實(shí)施不方便。3、地面升降車 ：在地面架設(shè)蜘蛛車、升降車等平臺(tái)設(shè)備，將工人運(yùn)送到指定清洗位置進(jìn)行清洗。此清洗方式局限性比較大，一般只適用于低于 36 米樓宇的高難度清洗。因其成本很高，很少被采用。4、預(yù)留軌道擦窗機(jī)：有些高樓在修建時(shí)預(yù)留有軌道擦窗機(jī)，此清洗方式同高空吊籃方式，但較之更便于移動(dòng)。5、雙面磁力玻璃刮：有些玻璃幕墻的清洗工作采用的是雙面磁性玻璃刮，這種清洗方式要求工人在室內(nèi)操作，但其效率不高，清洗可靠性差，有時(shí)清洗不干凈，故多使用于南方。由于玻璃刮的磁力強(qiáng)度原因，中空的雙層玻璃不能采用文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709852此清洗方式。因此，本文研究的目的和意義在于：為了解決安全問(wèn)題，國(guó)內(nèi)很多研究機(jī)構(gòu)都做了相關(guān)的研究，做了很多嘗試，已經(jīng)有一定的進(jìn)展，但是在穩(wěn)定性和實(shí)用性還是有很多急待改進(jìn)的地方。我們致力于研究出一種可以全自動(dòng)進(jìn)行玻璃幕墻的清洗機(jī)，代替現(xiàn)在廣泛采用的人工勞動(dòng)密集型高強(qiáng)度作業(yè)，改進(jìn)現(xiàn)有的一些設(shè)備的不足和缺陷，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的玻璃幕墻的清洗機(jī)。1.3 本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)本清洗機(jī)以幕墻玻璃為研究對(duì)象，研究一種可以依靠氣動(dòng)垂直吸附墻面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在重力下，穩(wěn)定的、自由的運(yùn)動(dòng)。并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出合理的清洗劑，以及合適的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高效的清洗工作。1.4 本文研究的內(nèi)容及技術(shù)路線結(jié)合實(shí)用性與可行性討論解決方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)械、控制系統(tǒng)機(jī)械三維模型建立機(jī)械系統(tǒng)干涉分析、控制系統(tǒng)分析機(jī)械、控制系統(tǒng)改進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真結(jié)果分析與設(shè)計(jì)改進(jìn)返回分級(jí)計(jì)算結(jié)果文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709853第 2 章 整體設(shè)計(jì)方案的確定樓宇玻璃幕墻清洗機(jī)（以下簡(jiǎn)稱為清洗機(jī)）由爬行機(jī)構(gòu)和清洗機(jī)構(gòu)兩部分組成。爬行機(jī)構(gòu)在電機(jī)的帶動(dòng)下，通過(guò)足端的真空吸盤使清洗機(jī)在玻璃幕墻上爬行，通過(guò)清洗機(jī)構(gòu)達(dá)到清洗玻璃的目的，如圖 2.1 所示。1.氣壓吸盤 2.縮放結(jié)構(gòu)桿 I 3.縮放結(jié)構(gòu)桿 II 4.縮放結(jié)構(gòu)桿 III5.縮放結(jié)構(gòu)桿 IV 6、平衡減震三腳架 7.減震活塞筒 8.減震活塞桿9.對(duì)稱曲線機(jī)構(gòu)連架桿 10.對(duì)稱曲線機(jī)構(gòu)連桿 11.清洗液流出管道 12.最后清潔處理刮板 13.玻璃刮固定三腳架 14.機(jī)器主體 15.曲軸支撐座 16.電動(dòng)機(jī) I 17.清洗立筒轉(zhuǎn)軸 18.清洗立筒 19.減震活塞支座 20.曲軸 21.鉸接球 22.刷洗滾筒 23.滾筒套 24.銷 25.動(dòng)力輸出主動(dòng)齒輪 26.電機(jī) II 27.傳動(dòng)齒輪圖 2.1 清洗機(jī)的整體布局示意圖文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098542.1 車身的設(shè)計(jì)2.1.1 車體的確定圖 2.2 契貝謝夫四桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用十分普遍，它不僅在眾多工程機(jī)械和工農(nóng)業(yè)機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用，而且諸如人造文星太陽(yáng)能板的展開(kāi)機(jī)構(gòu)、機(jī)械手臂的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、折疊傘的收放機(jī)構(gòu)及人體假肢等也都采用有連桿結(jié)構(gòu)?？紤]到我們的清洗機(jī)車體可以用到連桿機(jī)構(gòu)，因此我們?cè)谄踟愔x夫四桿機(jī)構(gòu)（如圖 2.2）的基礎(chǔ)上，考慮到車體的平衡、機(jī)械的效率等問(wèn)題，將四桿衍化為八桿，重新設(shè)計(jì)出了我們的車體，如圖2.3 所示。圖 2.3 第一代框架結(jié)構(gòu)八足車體但是第一代框架結(jié)構(gòu)在機(jī)械的效率、機(jī)械各桿的布局和機(jī)械簡(jiǎn)潔性上還有待改進(jìn)，因而我們對(duì)第一代框架機(jī)構(gòu)八足車體做了再設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了第二代八足車體，如圖 2.4 所示文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709855圖 2.4 第二代八足車體第二代八足步行車體兩側(cè)分別為四足，單側(cè)對(duì)足同時(shí)著地，即車體整體四足同時(shí)著地，兩對(duì)對(duì)足交替著地從而實(shí)現(xiàn)步行動(dòng)作。由于只能實(shí)現(xiàn)固定的跨步軌跡（水平直線運(yùn)功） ，所以步行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成多冗余度，從而提高越障能力，從而適應(yīng)復(fù)雜路況！2.1.2 車體的運(yùn)動(dòng)曲線分析我們首選四連桿組成的機(jī)構(gòu)作為步行機(jī)構(gòu)，為了便于設(shè)計(jì)出需要的連桿運(yùn)動(dòng)軌跡曲線,我們采用圖譜法，即從事先編就好的連桿曲線圖譜中找出所需的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線,然后直接查出該四桿機(jī)構(gòu)的各尺寸參數(shù)。從連桿曲線圖譜中查出形狀與要求實(shí)現(xiàn)的足端運(yùn)動(dòng)軌跡相似的連桿曲線步行軌跡需要滿足水平勻速直線運(yùn)動(dòng)和抬腿的弧線運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如 2.5 所示，軌跡曲線近似如圖 2.6 所示，由于步行曲線軌跡位于機(jī)架以上，我們選用縮放機(jī)構(gòu)將軌跡向下放大，縮放比為 2.5:1，如圖 2.7 所示。如圖 2.5 所示，共三根桿，即活動(dòng)件數(shù)目 n=3。四個(gè)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副，即轉(zhuǎn)動(dòng)低副 p1=4。高副個(gè)數(shù)為 0，即 ph=0。根據(jù)平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式 ：（2-1）??h1p2n3???F得 F=3×3 -（2×4+0）=1所以，此對(duì)稱連桿曲線的自由度為 1，又因?yàn)楫?dāng)自由度個(gè)數(shù)等于原動(dòng)件個(gè)數(shù)時(shí)，機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。那么，當(dāng)此對(duì)稱曲線機(jī)構(gòu)只有一個(gè)原動(dòng)件時(shí)，此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709856是固定的，即有固定的輸出。圖 2.5 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 圖 2.6 足端四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡圖 2.7 足端運(yùn)動(dòng)曲線的縮放機(jī)構(gòu)2.1.3車體運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)的綜合分析1.總體運(yùn)動(dòng)方案分析文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709857在上節(jié)中我們根據(jù)需要的足端運(yùn)動(dòng)軌跡確定了足端四桿機(jī)構(gòu)，本清洗機(jī)的八足為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，故取一對(duì)足為研究對(duì)象，其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖2.8所示。1. 縮放結(jié)構(gòu)桿 I 2. 縮放結(jié)構(gòu)桿 II 3. 縮放結(jié)構(gòu)桿 III 4.軌跡曲線發(fā)生連桿 I 5. 軌跡曲線發(fā)生連桿 II 6.曲軸 I 7. 縮放結(jié)構(gòu)桿 IV 8. 平衡減震三腳架 9. 縮放結(jié)構(gòu)桿 iv 10. 曲軸 II 11. 軌跡曲線發(fā)生連桿 ii 12. 軌跡曲線發(fā)生連桿 i13. 縮放結(jié)構(gòu)桿 iii 14. 縮放結(jié)構(gòu)桿 ii 15. 縮放結(jié)構(gòu)桿 i圖2.8 總體方案機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖由圖2.8所示的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖不難看出，此機(jī)構(gòu)共有15個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，平面低副有21個(gè)（即左側(cè) A、B、D、F、G、H、I、O 處的轉(zhuǎn)動(dòng)副個(gè)1個(gè)，C 處的轉(zhuǎn)動(dòng)副2個(gè)，共10個(gè)，同理右側(cè)也有10個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，加上中間轉(zhuǎn)動(dòng)副 J，故共21個(gè)） ，0個(gè)高副，由平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式（2-1）得自由度 ????302153p2n3h1 ????????F文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709858因?yàn)樽笥覂蛇叺那S都是原動(dòng)件，且有一個(gè)冗余度，相對(duì)的足端運(yùn)動(dòng)方向相反，相互限制，故此機(jī)構(gòu)有固定的運(yùn)動(dòng)方式。2.足端位移、速度、加速度分析取車體單側(cè)足端為分析對(duì)象，機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化圖如 2.9 所示圖 2.9 車體單側(cè)足端的四桿機(jī)構(gòu)設(shè)已知該機(jī)構(gòu)的尺寸 X、 Y、p、β 及主動(dòng)桿 1 的角位移 ,角速度 和角加速度 ,需求從動(dòng)桿 3 的角位移 、角速度 和角加速度 與連桿 2 的角位移 角速度 、角加速度 及其上 P 點(diǎn)的位置 P、速度 和加速度 。⑴.位移分析按圖所示五邊形 ABCDE 各矢量的方向的+ =X+Yi+ （2-2）在兩軸上分解，有+ =X+ 文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 119709859+ =Y+ （2-3）消去 后得E +F +G=0 （2-4）將下列三角函數(shù)變換公式= = 代入式（2-4） ，得關(guān)于 的一元二次方程式，由此解出 =2arc （2-5）式中 E=X- F=Y- G=式（2-5）中，N 為符號(hào)系數(shù)，當(dāng) BDC 三頂點(diǎn)的順序?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí)，N=1；反之，N=-1.文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098510然后按（2-3）式確定（2-6）連桿 2 上 P 點(diǎn)的矢徑 P 為P= +p （2-7）足端機(jī)構(gòu)位移—時(shí)間的函數(shù)圖像如圖 2.10 所示：圖 2.10 足端機(jī)構(gòu)的位移——時(shí)間函數(shù)⑵.速度分析將式(2-2)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)的+ = （2-8） 應(yīng)用所述的矢量方程消元法，可分別解得= （2-文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985119）= （2-10）再將（2-7)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得 P 點(diǎn)的速度為+ (2-11)足端機(jī)構(gòu)速度—時(shí)間的函數(shù)圖像如圖 2.11 所示：圖 2.11 足端機(jī)構(gòu)的速度——時(shí)間函數(shù)⑶.對(duì)加速度進(jìn)行分析將式（2-8）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，得- + - = - （2-12）分別解出= （2-13）文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098512= （2-14）再將（2-11）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得 P 點(diǎn)的加速度為= ( i- ) +p( i- ) （2-15）把所設(shè)計(jì)的連桿尺寸代入公式知E=240-120 （2-16）F=-120 （2-17）G=120-96 （2-18）=2arc （2-19）（2-20）120 +600 （2-21）=120 +600 （2-22）把（2-16） 、 （2-17） 、 （2-18） 、 （2-19） 、 （2-20）代入(2-21)、(2-22)中得文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098513=-120( +=120( -足端機(jī)構(gòu)的加速度——時(shí)間函數(shù)如圖 2.12 所示圖 2.12 足端機(jī)構(gòu)的加速度——時(shí)間函數(shù)2.2 清洗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)現(xiàn)在生活中，我們清晰玻璃的方式有很多中，如玻璃刮刮洗、抹布抹等?；谶@些清晰玻璃的清洗方式，我們?cè)谇逑礄C(jī)構(gòu)中設(shè)置了三種清洗設(shè)施：玻璃刮刮洗、抹布立筒、抹布橫筒。2.2.1 玻璃刮的設(shè)計(jì)圖 2.13 市面上的玻璃刮 圖 2.14 再設(shè)計(jì)的玻璃刮現(xiàn)在市面上有成形的玻璃刮（如圖 2.13） ，并且清洗效果還不錯(cuò)，我們?cè)诂F(xiàn)有玻璃刮的基礎(chǔ)上略作改進(jìn)，讓其適合我們的清洗機(jī)，設(shè)計(jì)出清洗機(jī)需要的玻璃刮，如圖 2.14 所示。 為了減震，將玻璃刮裝配到清洗機(jī)上時(shí)，我們?cè)谏厦嫜b配了彈簧，如圖 2.15所示。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098514圖 2.15 玻璃刮的裝配2.2.2 抹布立筒的設(shè)計(jì)在立筒的四周裹上擦玻璃的抹布，立筒在擦洗的過(guò)程中不斷旋轉(zhuǎn)，在立筒下的污漬將收到來(lái)自立筒時(shí)刻變化的力，更方便清洗，如圖 2.16 所示。圖 2.16 抹布立筒2.2.3 抹布橫筒的設(shè)計(jì)如圖 2.17 所示圖 2.17 抹布橫筒文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985152.3 吸盤的設(shè)計(jì)該清洗機(jī)的爬行機(jī)構(gòu)為八足爬行，兩對(duì)四足交替爬行實(shí)現(xiàn)清洗機(jī)的移動(dòng)，即爬行的過(guò)程中任意時(shí)刻至少有四個(gè)足端的吸盤在玻璃幕墻上固定。設(shè)清洗機(jī)的中心距玻璃幕墻為 x，清洗機(jī)的重力為 F，第 i 個(gè)吸盤距重心的豎直距離為 Li，重力 F 產(chǎn)生的傾覆力矩為 M 對(duì)第 i 個(gè)吸盤的力為 Fi，清洗機(jī)構(gòu)對(duì)玻璃幕墻的總壓力 F0。清洗機(jī)整體進(jìn)行受力分析得則：對(duì)吸盤的最大作用力 = 為 Li的最大值吸盤所需的最大吸附力Fm=d2= F0得吸盤設(shè)計(jì)的最小直徑為 dm，為了安全起見(jiàn)，取安全系數(shù)為 S，則吸盤直徑設(shè)計(jì)為 d=Sdm ，如圖 2.18 所示。圖 2.18 吸盤的設(shè)計(jì) 2.4 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)由于電機(jī)軸與曲軸的中心距過(guò)小，不適宜選用帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)，故我們選用了齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達(dá)數(shù)十萬(wàn)千瓦，圓周速度可達(dá) 200m/s。齒輪傳動(dòng)主要有以下特點(diǎn)：文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098516⑴效率高：在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)的效率最高。如一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的效率可達(dá) 90%。這對(duì)大功率傳動(dòng)十分重要，以為即使效率只提高 1%，也有很大的經(jīng)濟(jì)意義。⑵結(jié)構(gòu)緊湊：在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需要的空間尺寸一般較小。⑶工作可靠、壽命長(zhǎng)：設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，壽命長(zhǎng)達(dá)一、二十年，這也是其他機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。這對(duì)車輛及礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。⑷傳動(dòng)比穩(wěn)定：傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特定?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有很多微型減速電機(jī)，這種電機(jī)自帶減速器，用戶根據(jù)需要選用電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，故我們沒(méi)有做過(guò)多的減速方案設(shè)計(jì)。傳動(dòng)方案的示意圖如 2.19 所示：1.曲軸 I 2.從動(dòng)齒輪 I 3.過(guò)渡齒輪 I 4. 過(guò)渡齒輪 II 5.從動(dòng)齒輪II6.曲軸 II 7.曲軸 III 8.從動(dòng)齒輪 III 9.過(guò)渡齒輪 III 10. 過(guò)渡齒輪 IV 11.從動(dòng)齒輪 IV 12.曲軸 IV 13.微型減速電機(jī)14.主動(dòng)齒輪圖 2.19 傳動(dòng)方案示意圖文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098517第 3 章 機(jī)電控制系統(tǒng)的研究3.1 電源的選擇由 于 我 們 設(shè) 計(jì) 使 用 的 是 直 流 電 源 ， 我 們 通 過(guò) 市 場(chǎng) 調(diào) 查 發(fā) 現(xiàn) 電 瓶 有 電 壓 穩(wěn) 定 、價(jià) 格 便 宜 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 我 們 采 用 輸 出 12V 5AH 的 兩 個(gè) 電 瓶 并 聯(lián) 供 電 ， 體 積 小 ， 重量 輕 ， 便 于 攜 帶 。 共 選 用 三 個(gè) 電 瓶 ， 兩 個(gè) 并 聯(lián) 給 電 機(jī) 供 電 ， 另 外 一 個(gè) 給 單 片 機(jī)供 電 。電 機(jī) 電 流 1.6A， 電 瓶 12V， 5AH， 并 聯(lián) 后 24V， 5AH。計(jì) 算 5AH/1.6A=3.125H.理論上電瓶在沒(méi)有外界電源的情況下可以正常工作 3.125 個(gè)小時(shí),但是由于電瓶是連續(xù)放電,加上電池的一些不確定因素,電瓶能正常工作 3 個(gè)小時(shí)左右。3.2 電機(jī)的選擇系統(tǒng)工作要求大致選定了工作電機(jī)，并為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和制造難度，我們直接選擇了減速電機(jī)，如圖 3.1 所示。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098518圖 3.1 減速電機(jī)3.2.1 車體運(yùn)行電機(jī)選擇底盤旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)要求旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，速度慢，能實(shí)現(xiàn)自鎖功能。于是我們按要求選擇了 24V，40W 的 70SZ01 減速微型電機(jī)。該電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速 min/5.2r?，適合清洗作業(yè)要求，并且輸出的轉(zhuǎn)矩大，能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。電機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下：輸出轉(zhuǎn)速r/min輸出轉(zhuǎn)矩 N mm?型號(hào)額定功率/W額定轉(zhuǎn)速r/min安裝方式額定電壓/V減速比2.5 54998 70SZ01 40 3000 A3 24 1296表 3.1 車體電機(jī)的技術(shù)參數(shù)3.2.2 清洗機(jī)構(gòu)的電機(jī)選擇清洗機(jī)構(gòu)要求運(yùn)行穩(wěn)定，能承受較大載荷，速度較快且具有自鎖功能的電機(jī)，我們選擇了 24V，40W 的減速電機(jī)。電機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下：輸出轉(zhuǎn)速r/min輸出轉(zhuǎn)矩 N mm?型號(hào)額定功率/W額定轉(zhuǎn)速r/min安裝方式額定電壓/V減速比187.5 1176 70SZ01 40 3000 A3 24 16表 3.2 清洗機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 11970985193.3 減速電機(jī)原理介紹微型減速電機(jī)的原理： 微型減速電機(jī)系列產(chǎn)品是由電子調(diào)速器、JB 系列微型齒輪減速器、可正反向運(yùn)行的微型電機(jī)三部分組成的機(jī)電一體化產(chǎn)品。整機(jī)通過(guò)對(duì)三大部分的不同組合，可獲得使用性能不同的產(chǎn)品。整機(jī)既可利用齒輪減速箱獲得任意固定轉(zhuǎn)速，也可通過(guò)電子調(diào)速器達(dá)到無(wú)級(jí)調(diào)速的目的。配用的微型電機(jī)分為：微型交流電機(jī)（單相：220V、110V，三相：220V、380V） 、ZYT（SZ）系列微型直流電機(jī)（機(jī)座號(hào)：55 ~110，電壓：12V、24V、48V、110V、220V） 、WZJ 系列無(wú)刷直流電機(jī)。配用調(diào)速器分為：TDK系列交流電子調(diào)速器；WK、SK 系列直流無(wú)級(jí)調(diào)速器。調(diào)速平穩(wěn)、無(wú)爬行現(xiàn)象，且能保證電機(jī)的頻繁正反轉(zhuǎn)。本系列產(chǎn)品由于具備減速范圍寬廣、力能指標(biāo)高、使用方便、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于各類小型輕工機(jī)械、包裝、食品、紡織、化妝（美容）機(jī)械、印刷設(shè)備、儀器及各種自動(dòng)化設(shè)備、生產(chǎn)流水線上。JB 系列微型齒輪減速器采用高精度齒輪，并配油封，O 型環(huán)密封式齒輪箱，采用潤(rùn)滑脂浴潤(rùn)方式，具有噪音低，使用壽命長(zhǎng)、體積小、功率大等特點(diǎn)。減速范圍寬廣，減速比 1：3—1:1500還可根據(jù)用戶對(duì)轉(zhuǎn)速的特殊要求，另行制作。而我們采用的均是 J-SZ（ZYT）-Px系列微型直流電機(jī)。ZYT（SZ）系列微型直流電機(jī)，分別由 SZ（ZYT）系列直流電機(jī)與 Px 型普通精度行星減速器構(gòu)成，且配帶電源，可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。調(diào)整范圍寬、體積小、重量輕、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出轉(zhuǎn)矩大，廣泛使用于引進(jìn)設(shè)備及國(guó)產(chǎn)機(jī)械。減速電機(jī)型號(hào)說(shuō)明如表 3.3 所示：以減速電機(jī) J 90 SZ(ZYT) 54 PX 64 A1 為例減速電機(jī)型號(hào) 型號(hào)說(shuō)明J 電機(jī)與減速器組合的直流減速電機(jī)90 電機(jī)座號(hào)：表示外圓直徑 90mmSZ(ZYT) 直流伺服電機(jī)（永磁直流電機(jī)）54 電機(jī)性能參數(shù)代號(hào)PX 普通精度行星減速器64 減速比 1:64文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098520A1A1- 底腳安裝安裝方式：A3-法蘭安裝表 3.3 電機(jī)型號(hào)說(shuō)明3.4 基于 MCS-51 單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)小巧、低能耗、具有較好的控制能力，目前在工業(yè)控制、信息處理、家電、測(cè)控系統(tǒng)、各種機(jī)電產(chǎn)品中都得到了大范圍的應(yīng)用。單片機(jī)以微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，具備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成機(jī)構(gòu)，延續(xù)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本屬性和基本技術(shù)。單片機(jī)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)，如表 3.4 所示：主要特點(diǎn) 特點(diǎn)說(shuō)明體積小，集成度高單片機(jī)把各種功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部功能較全，靈活性好，易于開(kāi)發(fā)。控制功能強(qiáng)單片機(jī)本身就是面向工業(yè)控制而研發(fā)的，其內(nèi)部具有很多適用于控制目的的功能部件，指令系統(tǒng)包含有豐富的控制轉(zhuǎn)移指令和針對(duì) I/O 口的各項(xiàng)操作指令。可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)對(duì)于磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，可適應(yīng)在惡劣環(huán)境中的工作。低功耗、低電壓、重量輕適用于便攜式產(chǎn)品，且價(jià)格低廉，具有較高性價(jià)比。接口多 接口靈活、豐富，便于與各種芯片建立通信表 3.4 單片機(jī)的主要特點(diǎn)基于 MCS-51 單片機(jī)的以上特點(diǎn)，我們研究設(shè)計(jì)了清洗機(jī)的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)模塊，如表 3.5 所示。模塊名稱 模塊說(shuō)明信息采集模塊信息采集部分是由光電檢測(cè)和運(yùn)算放大模塊組成，光電檢測(cè)有尋跡檢測(cè)和測(cè)速檢測(cè)兩個(gè)部分。將檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)算放大模塊放大整形后送給單片機(jī)處理，其核心部分是幾個(gè)光電傳感器。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098521控制處理模塊控制處理模塊是以一片 STC89C52 單片機(jī)為核心，單片機(jī)將從采集到的信息進(jìn)行判斷后，按照預(yù)定的算法處理，把處理的結(jié)果送交電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液晶顯示模塊，使之做出相應(yīng)的動(dòng)作。執(zhí)行模塊執(zhí)行模塊是由液晶顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及電機(jī)、蜂鳴器三部分組成。液晶主要是將單片機(jī)處理的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，方便用戶及時(shí)了解系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)根據(jù)單片機(jī)的指令對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)作，使之能夠根據(jù)需要作出相應(yīng)的加速、減速、轉(zhuǎn)彎、停車等動(dòng)作，以達(dá)到預(yù)期的目的。蜂鳴器主要是根據(jù)要求在特定的位置作出出響應(yīng)來(lái)報(bào)告位置。表 3.5 控制系統(tǒng)的主要模塊整個(gè)硬件系統(tǒng)可分為控制部分模塊、清洗軌跡探測(cè)模塊、障礙探測(cè)模塊、光源探測(cè)模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)碼顯示模塊等，這些模塊通過(guò)主控制模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)框架如圖 3.2 所示圖 3.2 控制系統(tǒng)框架我們對(duì)清洗機(jī)清洗玻璃幕墻的路徑進(jìn)行了規(guī)劃，如圖 3.3 所示，清洗機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)通過(guò)控制兩側(cè)的爬行速度不同實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。主控制模塊清洗軌跡探測(cè)模塊障礙探測(cè)模塊光源探測(cè)模塊直流源直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊數(shù)碼顯示模塊文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098522圖 3.3 清洗機(jī)清洗玻璃幕墻的路徑規(guī)劃第 4 章 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098523圖 4.1 直齒圓柱齒輪以下是對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算：1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)⑴按照傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，如圖 4.1 所示。⑵清洗機(jī)速度不高，故選用 7 級(jí)精度（GB 10095—88） 。⑶材料選擇。選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280 HBS，大齒輪材料為45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240 HBS，二者材料硬度差為 40 HBS。⑷選小齒輪的齒數(shù) Z1=30，大齒輪齒數(shù) Z2 =31。2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即d1t ≥ (4-1)??32d1u2. ????????HEZKT??⑴確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值①初選載荷系數(shù) Kt=1.3。②由電機(jī)的技術(shù)參數(shù)得小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。T1 =5.4998x104 m?N文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢 Q 197216396 或 1197098524③選取齒寬系數(shù) =0.5。d?④材料的彈性影響系數(shù) ZE=189.8 。21aMP⑤按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的接觸疲a601limMPH??勞強(qiáng)度極限 。a502limH??⑥計(jì)算盈利循環(huán)次數(shù)，循環(huán)次數(shù)的計(jì)算公司為（4-hnj6LN2）由公式（4-2）得， ??8h1 0.15x3821x5.60jn??L同理 726.974N⑦取接觸疲勞壽命系數(shù) ; 。90.1?HK5.2HN⑧計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效率為 1%，安全系數(shù) S=1，得?? a5406x9.01lim1 MPSHN???.252li2K⑵計(jì)算①計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1t，代入 中較小的值。??H?由公式（4-1）得，d1t ≥ =??32d1u2. ????????HEZTK? m5.2819.035.0x49813.4????????=77.438mm②計(jì)算圓周速度 。?= （4-10x6ndt?3）由公式（4-3）得，