走廊清掃機(jī)設(shè)計

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1、湖南工業(yè)大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計(論文) 摘要 本文所設(shè)計的是用于走廊清掃的清掃機(jī)。能源裝置通過傳動系統(tǒng)將運(yùn)動傳給兩側(cè)的盤形刷,使其分別作順時針和逆時針轉(zhuǎn)動,將兩側(cè)的垃圾掃到中間,傳給中間的滾刷。然后,再由滾刷將垃圾掃入垃圾箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)清掃功能。此設(shè)備屬中小型清掃工具,可以對各種大小的垃圾進(jìn)行清理,兩側(cè)的清掃刷可方便的清掃墻角及靠近障礙物的地方。 本課題研究中,通過查閱搜集大量資料,對不同清掃設(shè)備進(jìn)行分析對比最終確定出一種較為理想的走廊清掃機(jī)的設(shè)計方案,然后根據(jù)已定方案進(jìn)行了具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算,并使該設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加緊湊可靠。確定出各個機(jī)構(gòu)零部件的尺寸及型號后,并對其進(jìn)行了校核以保證其能夠

2、滿足設(shè)計要求。由于該設(shè)備的零部件相對比較普通易于制造,因此該設(shè)備的制造成本較低,是一種較為理想的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的走廊清掃工具。 關(guān)鍵詞:清掃機(jī);盤形刷;滾刷;制造成本 目 錄 第1章 緒論······························································································1 1.1 清掃機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景·································································

3、·········2 1.2 清掃設(shè)備的概述···························································································2 1.2.1 清掃設(shè)備的分類··················································································2 1.2.2 我國清掃機(jī)械的發(fā)展趨勢··································································3

4、 1.2.3 發(fā)現(xiàn)的問題和解決途徑······································································3 1.3 課題需要完成的任務(wù)···················································································4 1.3.1 設(shè)計主要內(nèi)容······················································································4 1.3.2 設(shè)計工作

5、基本要求··············································································4 第2章 總體方案設(shè)計·············································································6 2.1 設(shè)計主要技術(shù)要求·······················································································6 2.2 總體方案的確定············

6、···············································································6 第3章 動力裝置的確定········································································10 3.1 蓄電池的選擇·····························································································10 3.2 電動機(jī)的選擇··············

7、··············································································11 第4章 清掃機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計····································································14 4.1 傳動比的分配···························································································14 4.2 帶輪的選擇設(shè)計············

8、···········································································15 4.2.1 主軸帶輪的設(shè)計計算·······································································15 4.2.2 Ⅰ—Ⅱ軸帶輪的設(shè)計計算·······························································18 4.2.3 Ⅲ—Ⅳ軸的帶輪設(shè)計·······························

9、········································21 4.3 主軸的設(shè)計計算························································································23 4.3.1 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計············································································23 4.3.2 軸的校核··························

10、·······························································24 4.3.3 鍵的校核·························································································27 4.4 錐齒輪的計算······························································································28 4.4.1 錐齒

11、輪的計算···················································································28 4.4.2 錐齒輪的校核計算··········································································33 4.5 車架的設(shè)計計算·························································································34 結(jié)論·········

12、···································································································36 參考文獻(xiàn)····································································································37 致謝·······················································································

13、·····················39 41 第1章 緒論 1.1清掃工具的現(xiàn)狀和發(fā)展前景 從20世紀(jì)60 年代我國研制生產(chǎn)路面清掃機(jī)械開始(指大型清掃機(jī)的研制),已有40 多年的生產(chǎn)歷史,然而中小型清掃機(jī)的研制開發(fā)則剛剛起步。相對于發(fā)達(dá)國家,我國地面清掃機(jī)在銷售規(guī)模、技術(shù)水平、清掃效果等方面都存在一定的差距。 隨著公共環(huán)境衛(wèi)生、工廠清潔機(jī)械市場的迅猛發(fā)展,2005 年之后,國內(nèi)地面清掃機(jī)開始呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢。但與國外相比,國內(nèi)還停留在市場的初級發(fā)展階段。 我國已逐步進(jìn)入現(xiàn)代化社會,陳舊、落

14、后的清掃方式及設(shè)備,已不能滿足社會進(jìn)步的需要。對于自動化掃地器具,人們常見的是馬路上的掃地車,它能進(jìn)行大面積街道清掃、工作效率高,并且節(jié)約人力。然而,小面積區(qū)域的清掃工具還主要沿用傳統(tǒng)手工掃地工具:掃帚,工作效率低、清掃效果不夠理想、浪費(fèi)人力資源。而工作效率高的省時省力的龐然大物掃地車在比如廠區(qū)、居住小區(qū)、機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院、小街小巷、走廊等場所,確是英雄無用武之地。隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快及居住面積的增大,家居地面的清掃工作也越來越繁重,嚴(yán)重干擾了人們的生活。因此急需開發(fā)一種成本低、節(jié)約人力物力、清掃效果良好的適應(yīng)院落、小區(qū)、小巷、走廊等小區(qū)域場所的小型清掃設(shè)備。 目前,許多國家研制的清潔機(jī)器

15、人應(yīng)時而生。日本,美國,歐洲各大廠商競相開發(fā),有些產(chǎn)品甚至很超前。例如,有一種具有高效吸塵除灰功能的清潔機(jī)器人,可遙控也可自主運(yùn)作,能轉(zhuǎn)向,躲避障礙物,有很高的實(shí)用價值,可對家居、廠礦企業(yè)等地面進(jìn)行清潔,幫助人們從繁雜的勞動中解放出來。在國外清潔設(shè)備的擁有率和洗衣機(jī)幾乎相當(dāng),甚至要高(有公用洗衣房,專業(yè)洗衣店的緣故)。在這方面,國內(nèi)的研發(fā)步伐較慢,但是隨著國家城市化的進(jìn)程不斷加大和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,許多新興的中小城市正在崛起,城市化規(guī)模不斷擴(kuò)大,現(xiàn)代化的工廠不斷建成,機(jī)關(guān)、小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校和公共場不斷建設(shè)機(jī)械化清掃已經(jīng)成為一種必然,地面的清潔養(yǎng)護(hù)及工廠清潔生產(chǎn)已經(jīng)越來越重要。勞動力成本的不斷提高,清

16、掃設(shè)備的市場前景日漸看好。 由于人們對環(huán)境污染問題越來越重視,燃油車在很大程度上受到限制。政府大力提倡綠色能源設(shè)備。近日國家出臺燃油含稅的政策,給電動掃地車帶來福音。小型清掃設(shè)備因其實(shí)用性強(qiáng)、 垃圾清掃率高 、污染小、成本底、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、維修方便等特點(diǎn)具有廣泛的市 場前景和實(shí)用價值,它的出現(xiàn)和使用,將極大減輕人們繁瑣的家務(wù)勞動,節(jié)省寶貴的時間,提 高了人們的生活質(zhì)量。小型清掃設(shè)備現(xiàn)在正是一個高速發(fā)展的時期,有著極其廣闊的發(fā)展空。 1.2 清掃設(shè)備的概述 1.2.1 清掃設(shè)備的分類 清掃設(shè)備按大小可分為大型清掃設(shè)備和中小型清掃設(shè)備。大型清掃設(shè)備主要是清掃車,由于本課題主要

17、研究的是小型清掃設(shè)備大型的清掃設(shè)備在此不再多述。而現(xiàn)有的小型清掃設(shè)備主要有兩大類分別為掃地機(jī)和清潔機(jī)器人。 (1)清潔機(jī)器人:清潔機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)該說是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個綜合性的結(jié)果,它集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。 清潔機(jī)器人是能夠在房間中自動清潔地面,保持家庭衛(wèi)生的一種機(jī)器人。它集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。包括有地面真空吸塵機(jī)器人、地面清掃機(jī)器人、壁面清洗機(jī)器人、泳池清洗機(jī)器人和一些特種清洗機(jī)器人,可用于各種場合的清潔工作。這方面的研究從上世紀(jì)80 年代起,

18、開始受到人們的注意,不過由于清潔的環(huán)境基本上是結(jié)構(gòu)、半結(jié)構(gòu)性的,但要清除的垃圾則完全是非結(jié)構(gòu)性的,造成一定困難。清潔機(jī)器人具有如下的特點(diǎn):①清潔機(jī)器人自帶電源,小巧輕便、操作簡單、自主性強(qiáng)、具有很強(qiáng)的實(shí)用性。②清潔機(jī)器人的工作環(huán)境主要為普通家庭環(huán)境,但要求有較好的環(huán)境適應(yīng)性。③清潔機(jī)器人的任務(wù)是清掃地面,工作的對象是地面的灰塵、紙屑以及其他一些小尺寸物體,而大尺寸物體不作為清潔機(jī)器人的處理對象??紤]到安全因素,清潔機(jī)器人必須對人及家庭物品等不構(gòu)成任何危害,同時清潔機(jī)器人還必須具備自我保護(hù)的能力。就現(xiàn)有的技術(shù)而言清潔機(jī)器人的發(fā)展受到了很大的局限,它的推廣也得到了一定的限制。 (2)掃地機(jī):掃地

19、機(jī)是現(xiàn)有技術(shù)下的最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型清掃設(shè)備。掃地機(jī)涉及地板上小面積地面覆蓋物的清掃機(jī)械領(lǐng)域,是一種小型家庭、工廠、小區(qū)、機(jī)關(guān)用的掃地機(jī)械。它的一般是由車架、車輪、罩殼和手把組成的手推小車。在車前側(cè)裝設(shè)立掃帚;車架、罩殼下方裝設(shè)橫掃帚,通過半交叉皮帶和齒輪等傳動件由車輪旋轉(zhuǎn)動力帶動掃帚將垃圾掃入車架前端設(shè)置的撮箕內(nèi)。從而避免了灰塵和廢氣污染與機(jī)動噪聲。結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。不清掃時能將掃帚抬起脫離地面。掃地速度在3—6 公里/時左右,掃地寬度在1~2 米。以圓盤刷為工具的新型掃 地機(jī),主要用于家庭以及公共場所地板或室內(nèi)地面上覆蓋物的清掃。 1.2.2 我國清掃機(jī)械的發(fā)展趨勢 雖然國產(chǎn)清掃

20、機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)水平已有了一定的進(jìn)步,價格性能比優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品,但在以下幾個方面尚待進(jìn)一步提高,這也是今后我國清掃機(jī)械技術(shù)的發(fā)展趨勢。 (1)提高工作可靠性 目前國產(chǎn)清掃機(jī)工作可靠性不及進(jìn)口機(jī),其原因主要有三,一是國產(chǎn)基礎(chǔ)件不過關(guān),如動力裝置及其傳動系統(tǒng)、工作裝置的耐用性及材料的熱處理工藝等有待提高;二是制造工藝及加工精度較低;三是某些技術(shù)和整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計尚待完善等。 (2)研發(fā)多功能清掃機(jī) 目前的清掃機(jī)基本是單一清掃功能,不能進(jìn)行拖地、灑水和清洗護(hù)欄等。若能開發(fā)一專多能的清掃機(jī),則其功能會進(jìn)一步拓展,也更為實(shí)用。 (3)注重環(huán)保的多功能清掃機(jī) 目前大多數(shù)機(jī)型,揚(yáng)塵比較嚴(yán)重。隨著國家對

21、環(huán)境保護(hù)的要求越來越高,開發(fā)環(huán)保型清掃機(jī)非常必要。 (4) 根據(jù)需要生產(chǎn)不同種類和配置的清掃機(jī)械 清掃涉及各種不同等級的地面,它所需要的清掃機(jī)械也是不同的。如高檔場所和對地面要求較高的地方要求清掃機(jī)械必須具備很低的噪音和良好的清潔效果,當(dāng)然其相應(yīng)采購和使用成本較高。等級較低的其它普通走廊地面的清掃要求較低,相應(yīng)生產(chǎn)和使用成本較低。根據(jù)不同等級地面需要配置不同種類的清掃機(jī)械,以便降低地面總成本的投入,因此開發(fā)和生產(chǎn)不同種類和配置的清掃機(jī)械是必要的。 1.2.3 發(fā)現(xiàn)的問題和解決途徑 本課題要求是設(shè)計一種簡單,經(jīng)濟(jì)實(shí)用的走廊清掃機(jī),其關(guān)鍵問題就在于如何很好的實(shí)現(xiàn)清掃功能。尤其使傳動系統(tǒng)、整

22、體結(jié)構(gòu)、工作裝置的設(shè)計。由于清潔器是一種出現(xiàn)比較晚的機(jī)械產(chǎn)品,因此在其設(shè)計過程中,不可避免的出現(xiàn)了很多未解決得難點(diǎn)疑點(diǎn),總結(jié)其難點(diǎn)如下: 由于清掃機(jī)是一新興產(chǎn)品,掃地功能的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)還不成熟,很難查到相關(guān)的資料。因此掃地功能的實(shí)現(xiàn)是設(shè)計工作的一個很大的難點(diǎn)。清掃機(jī)工作時所產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵污染、漏垃圾、 噪音大和產(chǎn)品可靠性等方面也較難解決的問題。清掃范圍的大小不僅與清掃機(jī)的各部分的尺寸有關(guān),并與它的總體設(shè)計構(gòu)形式有關(guān)。機(jī)構(gòu)太小工作效率就會降低,清掃范圍也就變小滿足不了走廊的清掃要求,機(jī)構(gòu)太大則設(shè)備就會太大從而增加轉(zhuǎn)彎半徑。使清掃機(jī)在走廊中轉(zhuǎn)彎困難。因此合理的選擇機(jī)構(gòu)的大小及機(jī)構(gòu)布置極為重要且

23、比較困難。 為了更好的了解所作題目,查閱已有文獻(xiàn)資料是十分重要的,由于走廊清掃機(jī)的資料很少的。因此,在設(shè)計過程中,廣泛的搜集資料,并借鑒了清潔機(jī)器人的一些數(shù)據(jù)資料對我的設(shè)計工作起了很大的幫助。通過閱讀“清潔機(jī)器人概述”(哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院李金山等著),“清潔機(jī)器人研究發(fā)展現(xiàn)狀”(哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院李金山等著),“清潔機(jī)器人及其應(yīng)用” (趙臣等著)等許多相關(guān)論文,觸類旁通對清潔機(jī)器的設(shè)計有了一定的認(rèn)識,在這些文獻(xiàn)綜述中,詳細(xì)的介紹了清潔機(jī)器人的一般設(shè)計思路,如外形的設(shè)計,機(jī)器人的驅(qū)動方式如何,具體結(jié)構(gòu)等等,都對我即將所作的設(shè)計提供了很大的幫助,此外,為了更好的設(shè)計清掃機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

24、,在軸,齒輪等重要元件的設(shè)計過程中保證其結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性,又對機(jī)械設(shè)計等專業(yè)課本進(jìn)行了系統(tǒng)的復(fù)習(xí),但是,由于清掃機(jī)出現(xiàn)時間晚,產(chǎn)品數(shù)量少,一些關(guān)鍵技術(shù)受專利所限,因此,很多關(guān)鍵技術(shù)是不會公布在資料之中的。所以,我參考用的資料并不能解決我在設(shè)計過程中所遇到的所有難點(diǎn),有許多的問題是根據(jù)我自己的想法來做的。因為我的這些想法并不成熟,沒有太多的實(shí)踐性,所以,在解決一些棘手問題時并不能夠很好的解決。在今后的設(shè)計中,還需要通過實(shí)踐,對其一步一步的進(jìn)行改進(jìn)。 1.3 課題需要完成的任務(wù) 1.3.1 設(shè)計主要內(nèi)容 本課題要求設(shè)計出的走廊清掃機(jī)能完成普通清掃的功能。完成走廊清掃機(jī)的方案設(shè)計,以及結(jié)構(gòu)組成,并

25、對走廊清掃機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力計算,使其結(jié)構(gòu)布局和受力更加合理。 其主要設(shè)計內(nèi)容為: (1)走廊清掃機(jī)總體方案設(shè)計; (2)走廊清掃機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計; (3)完成2 萬字左右的畢業(yè)論文或設(shè)計說明書。 1.3.2 設(shè)計工作基本要求 ① 結(jié)合設(shè)計題目,在老師的指導(dǎo)下廣泛查閱文獻(xiàn),并寫出不少于3000 字的文獻(xiàn) 綜述; ② 根據(jù)參考文獻(xiàn)和課題要求,提出自己擬定的可行性方案,并寫出開題報告; ③ 據(jù)課題要求,對走廊清掃機(jī)進(jìn)行受力計算,使其結(jié)構(gòu)布局和受力更加合理; ④和老師充分研討,列出論文編寫大綱; ⑤認(rèn)真撰寫論文,按時完成任務(wù),準(zhǔn)備答辯; 總的要求就是畢業(yè)設(shè)計結(jié)束后,能夠達(dá)到預(yù)定的

26、目標(biāo)。 第2章 總體方案的設(shè)計 2.1 設(shè)計主要技術(shù)要求 驅(qū)動方式:汽油機(jī)或者電力驅(qū)動。汽油驅(qū)動型適合院落、停車場等戶外清掃作業(yè);電瓶驅(qū)動型因其噪音低,污染小,適合室內(nèi)清掃作業(yè)。 每小時清掃面積不低于1000 平方米。垃圾箱容量不低于30L。 2.2 總體方案的確定 由于工作的場合對環(huán)境要求較高因動力裝置都選為噪音低,污染小環(huán)保的電驅(qū)動。 最初設(shè)計了許多的方案,最終綜合考慮認(rèn)為其中三種方案最為有可能實(shí)現(xiàn)我們的課題要求,在此僅對這三種方案進(jìn)行分析說明。 方案一: 圖 2.1 方案一簡圖 工作原理

27、:殼體l 的前上部設(shè)有電機(jī)2 和電池,殼體1 的前下部設(shè)有滾刷3,電機(jī)2 通過傳動帶帶動滾刷3。工作時,滾刷3 掃起的灰塵直接進(jìn)入垃圾斗6 中;同時,殼體l 的底板上的垃圾斗6 的前部設(shè)有導(dǎo)向斜面4、垃圾斗7 的下沿設(shè)有向后傾斜的小斜面5 ,導(dǎo)向斜面4、小斜面5 將灰塵導(dǎo)入垃圾斗4 中。 方案二: 圖 2.2 方案二簡圖 工作原理:推動車體前進(jìn),電機(jī)通過傳送帶將運(yùn)動傳遞給帶輪2、滾筒軸3 ,從而帶動毛刷滾筒3 作逆時針轉(zhuǎn)動;同時,主動帶輪通過傳送帶將運(yùn)動傳給帶輪9、齒輪10 再傳給齒輪6 最后傳給輸送輪7,再帶動傳送帶5 作順時針轉(zhuǎn)動。在毛刷和刮鏟4 的共同作用下,通過傳送帶5

28、 以及卸料板將垃圾送到垃圾箱8 中。 方案三: 圖 2.3 方案三簡圖 工作原理:推動清掃機(jī)前進(jìn),電機(jī)1 將運(yùn)動傳給帶輪2 再有帶傳動傳給帶輪3 從而使同一根軸上的帶輪7 和錐齒輪4、9 旋轉(zhuǎn)。帶輪7 將運(yùn)動傳給帶輪8,帶輪8 帶動主刷13 作逆時針旋轉(zhuǎn),通過傾斜的導(dǎo)向刮板12 將垃圾送入垃圾箱內(nèi)。同時錐齒輪4、9 帶動錐齒輪5、10 轉(zhuǎn)動,再有帶傳動將運(yùn)動傳給兩側(cè)刷11、14 使側(cè)刷11 作順時針轉(zhuǎn)動,側(cè)刷14 作逆時針轉(zhuǎn)動,將兩側(cè)的垃圾掃到中間,傳給主刷13 由主刷將垃圾掃入垃圾箱內(nèi)。 方案對比: 方案一:此方案結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備體積小。適合小面積的清掃工作,但

29、此清掃機(jī)垃圾箱容量小、進(jìn)塵口小而且此清掃機(jī)的電池容量不易過大,容量低,不適合長時間的清掃工作,并且不適合較大些垃圾的清理。 方案二:此方案清掃機(jī)可以清掃大型的垃圾雜物,而且垃圾容量大,可配置較大容量的電池,適合長時間的工作,并可作為院落、工廠、小區(qū)等較大面積區(qū)域的清掃工具。但此方案的 清掃機(jī)由于帶的存在可能使此設(shè)備的尺寸較大,且不易用于清掃灰塵等細(xì)微輕小物質(zhì)。由于清掃機(jī)兩邊存在清掃死角,不能清掃墻角和靠近障礙物的地方。 方案三:此方案彌補(bǔ)了前兩種方案的缺陷,可以對各種大小的垃圾進(jìn)行清理,兩側(cè)的清掃刷可方便的清掃墻角及靠近障礙物的地方。并且由于兩側(cè)的清掃刷的存在,相對于第二種方案大大的

30、增加了清掃寬度,而且轉(zhuǎn)彎半徑不變。并且配置了大容量的電池和大容量垃圾箱,大大提高了工作效率和清掃效果,可進(jìn)行長時間的工作。除作為走廊清掃工具外,也可作為院落、工廠、小區(qū)等較大面積區(qū)域的清掃工具。此方案是一種理想的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的走廊清掃機(jī)設(shè)計方案。 因此綜合考慮選擇第三種方案作為最終設(shè)計方案。其實(shí)體外形如下圖: 第3章 動力裝置的確定 3.1 蓄電池的選擇 選用蓄電池型號 清掃機(jī)所使用的蓄電池要求在使用過程中能夠完全放電,不排放有害氣體,不污染環(huán)境。 由此針對此設(shè)計選用鉛蓄電池,型號為:3DAW250 有關(guān)性能為: 標(biāo)準(zhǔn)電壓為12V 其比能量達(dá)250w? h/kg

31、使用壽命為充放電1200 次 放電深度為75% 外形尺寸為:長×寬×高=120mm×70mm×70mm 重量約為:5kg 此蓄電池外形圖為: 圖3.1 蓄電池 此蓄電池的性能: (1)該電池為全密封閥控式(可維護(hù))電動車專用蓄電池,具有全密封防泄露設(shè)計、安全可靠、自放電小、容量大、比能量高等優(yōu)點(diǎn)。 (2)污染少,噪聲小。可減少排污97%,甚至可做到零排污 (3)節(jié)約能源,為普通蓄電池耗能的2/3 (4)結(jié)構(gòu)簡單、控制方便,易于操作和維修 (5)使用時間長,充電后每次

32、可用15 小時 (6)有足夠的功率供清掃機(jī)達(dá)到每小時清掃面積不低于1000 平方米的要求。 (7)使用壽命長,一般可充電700 次左右 3. 2 電動機(jī)的選擇 (1)電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式 電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式可以根據(jù)電源的種類、工作條件(溫度、環(huán)境、空間尺寸)和載荷特點(diǎn)(性質(zhì)、大小、啟動性能和過載情況)來選擇。 在移動的設(shè)備中和蓄電池配套的較常使用的電機(jī)有直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)。 直流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn):容易購得,型號多,功率大,接口簡單,適合大型機(jī)器。 直流電動機(jī)的缺點(diǎn):太快需要齒輪減速器,電流通常較大,較難與車輪裝配,控制復(fù)雜。 步進(jìn)電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn):精確的速度控制,型號多,適合室

33、內(nèi)機(jī)器人的速度,接口簡單,便宜。 步進(jìn)電動機(jī)的缺點(diǎn): 功率與自重比小,電流通常較大,體積大,較難與車輪裝配,負(fù)載能力低,功率小,控制復(fù)雜,運(yùn)動時產(chǎn)生震動。 清掃機(jī)多在室內(nèi)環(huán)境下工作,要求控制較簡單,運(yùn)行平穩(wěn),因此選擇直流電動機(jī)。 (2)直流齒輪減速電動機(jī)的選擇 齒輪減速電機(jī)有時叫做齒輪馬達(dá)或減速電機(jī)。它們通常由轉(zhuǎn)軸上帶有減速器的直流電動機(jī)有刷電機(jī)組成。如果一個電機(jī)看上去明顯由兩個不同的部分連接而成,那么就可以認(rèn)定它是齒輪減速電機(jī)。齒輪減速電機(jī)通常通過減小電機(jī)速度來增加旋轉(zhuǎn)能力。 因為直流電動機(jī)仍然從內(nèi)部伸出兩個相同的插頭,所以齒輪減速電機(jī)與普通電機(jī)一樣使用方便。與最后一級齒輪相連的是

34、一根轉(zhuǎn)軸。這個新轉(zhuǎn)軸的末端伸出減速器的頂部,便于輪子和其他元件與其相接。這個伸出減速器的新轉(zhuǎn)軸代替了伸出電動機(jī)的老轉(zhuǎn)軸。當(dāng)查看電動機(jī)時,如果轉(zhuǎn)軸沒有從中心伸出,那么這個電動機(jī)可能是齒輪減速電動機(jī)。 選擇普通直流電動機(jī)所用的標(biāo)準(zhǔn)仍然適合用來選擇齒輪減速直流電動機(jī),即檢查電壓,尺寸,重量和RPM。在大轉(zhuǎn)矩應(yīng)用場合,常選用帶有金屬齒輪和金屬減速器機(jī)架的行星輪減速器。塑料齒輪具有非常輕的質(zhì)量,更適合低轉(zhuǎn)矩,需要反應(yīng)迅速的應(yīng)用場合。本設(shè)計中選用金屬齒輪的減速電機(jī)。 (3)電機(jī)功率的計算 電動機(jī)容量(功率)選得合適與否,對電動機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響,當(dāng)容量小于工作要求的時候,電動機(jī)不能保證工作

35、機(jī)的正常工作,或使電動機(jī)因長期過載發(fā)熱量大而過早損壞;容量過大則電動機(jī)價格高,能量充分利用,經(jīng)常處于不滿載運(yùn)行,其效率和功率因數(shù)都降低,增加電能消耗造成很大浪費(fèi)。 電動機(jī)容量主要根據(jù)電動機(jī)運(yùn)行的發(fā)熱條件來決定。電動機(jī)的發(fā)熱與其運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。對于長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),載荷不變或變化很小,常溫下工作的機(jī)械,只要所選電動機(jī)的額定功率Pm 等于或大于所需電動機(jī)功率P0,即Pm>=P0,電動機(jī)在工作時就不會過熱,而不必校驗發(fā)熱和起動力矩。 清掃機(jī)清掃材料選用尼龍材料。設(shè)計圓盤毛刷受力約為F=50N,轉(zhuǎn)速為n=60r/min.滾筒清掃受力約為F=75N,轉(zhuǎn)速為n=40r/min。 圓盤毛刷轉(zhuǎn)矩T= FR=5

36、0×0.15=7.5N·m 所需功率P= ==47W 圓盤毛刷到錐齒輪間用帶傳動,傳遞效率90%。 橫放錐齒輪III軸處的功率為: PIII= P/?=47÷90%=52W 齒輪間的傳遞效率為90% 豎放齒輪處的功率 P= PIII/ ?=52÷90%=58W 滾筒處II軸的轉(zhuǎn)矩 T=FR=75×0.25=18.75N·m 此處的功率 P===78.5W 滾筒到主動軸I軸用帶傳動,傳遞效率為90%

37、 P=P/ ?=78.5÷90%=87.2W 電機(jī)到I軸之間用帶傳動,傳遞效率90% 電機(jī)的輸出功率 P=(2P+ P)/ ?=(2×58+87.2)÷90%=225.8W 由于清掃機(jī)工作速度為60r/min 為較低轉(zhuǎn)速故選用12V250W 齒輪減速電機(jī),其輸出轉(zhuǎn)速為600r/min。 第4章 清掃機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1傳動比的分配 電機(jī)到II軸之間的總傳動比 i===15 分配各級傳動比 設(shè)

38、計有電機(jī)到I軸的傳動比i=5; 由I軸到III軸的傳動比i=3。 電機(jī)到圓盤毛刷的總傳動比 i===10 齒輪間的傳動比為i=2 圖4.1 清掃機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 4.2 帶輪的選擇設(shè)計 4.2.1 I軸帶輪的設(shè)計計算 1)確定計算功率 計算功率Pca 是根據(jù)傳遞功率P,并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)行時間長短等因素影響而確定。 P= KP=1×203.2=203.2W 式中:P——計算功率 K——工況系數(shù)。查工況系數(shù)表得K=1 P—

39、—所需傳遞的額定功率長 2)計算傳動比 i===5 選擇Z型V帶 3)由機(jī)械設(shè)計手冊表12-1-11,取小帶輪基準(zhǔn)直徑為d=50mm 4)大帶輪直徑 d=i d=5×50=250mm 5)計算帶速v v===1.57m/s 6)初定中心距a 0.7(d+ d)﹤a﹤2(d+ d) 210 ﹤a﹤600 取 a=300mm 7)計算基準(zhǔn)長度 Ld=2a+(d+ d)+ =2×3

40、.14+×300+ =1096mm 查機(jī)械設(shè)計手冊表12-1-4,取基準(zhǔn)長度Ld=1000mm 8)實(shí)際中心距a a≈a+ ≈300+ ≈252 取a=250mm 9)小帶輪包角α α=180°-×57.3° =180°-×57.3° =135°﹥120° 所以小帶輪包角合理 10)確定V帶根數(shù) 一般單根V帶可傳遞的功率達(dá)75KW。此處,所傳遞的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于75K

41、W,所以用一根V帶足以。 11)單根V帶的張緊力 F=500(-1)+mv =500×(-1)×+0.06×1.57 =29.46N 式中:——包角修正系數(shù) , 查表機(jī)械設(shè)計手冊12-1-21得=0.88 m——V帶單位長度質(zhì)量,kg/m。查表12-1-23得m=0.06 kg/m 12)作用在軸上的力F F=2 FZsin =2×29.46×1×sin68°

42、=51.4N F= F=77.1N 13) 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計V 帶輪時應(yīng)滿足的要求有:質(zhì)量??;結(jié)構(gòu)工藝性好;無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力;質(zhì)量分布均勻,輪槽工作面要精細(xì)加工,以減少帶的磨損;各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度,以減少載荷分布均勻。 圖4.2 V帶的截面形式 參照機(jī)械設(shè)計手冊12-7~12-10可知: 基準(zhǔn)寬度bd 為8.5 ㎜;基準(zhǔn)線上槽深hamin 為2.0 ㎜;基準(zhǔn)線下槽深為hfmin 為7.0 ㎜;帶輪寬B 為B=(Z-1)e+2f ㎜;外徑da=dd+2ha ㎜;從而確定帶輪的各部分尺寸。 初定小帶輪孔徑d=20

43、mm,基準(zhǔn)直徑d=50mm,外徑d=53.2mm,輪寬B=14mm,輪槽寬b=8.5mm。因為基準(zhǔn)直徑d≦2.5d,所以小帶輪采用實(shí)心結(jié)構(gòu)。 大帶輪基準(zhǔn)直徑d=i d=5×50=250mm d= d-2(h+ f+δ) =254-2×(2.0+7.0+5.5) =225mm d=(1.8~2)d=43mm 因為d- d﹥100mm,所以大帶輪采用孔板式。腹板厚S=10mm L=(1.5~2)d=36 輪寬B=20mm,S≧1.5S=15

44、mm,S≧0.5S=7mm,d==134mm。輪槽寬b=8.5mm。 圖4.3 I軸大帶輪結(jié)構(gòu)示意圖 4.2.2 I-Ⅱ軸帶輪的設(shè)計計算 1)確定計算功率 P= KP=1×78.5=78.5W 式中:P——計算功率 K——工況系數(shù)。查工況系數(shù)表得K=1 P——所需傳遞的額定功率長 2)根據(jù)機(jī)械設(shè)計表8-6和8-11 , 選擇Z型V帶 3)計算傳動比 i===3 4)由機(jī)械設(shè)計手冊表12-1-11,取小帶輪直徑為d=56mm 5)大帶輪直徑

45、 d=i d=3×56=168mm 取d=160mm 6)計算帶速v v===1.35m/s 7)初定中心距 0.7(d+ d)﹤a﹤2(d+ d) 156.8 ﹤a﹤448 取a=380mm 8)計算基準(zhǔn)長度Ld Ld=2a+(d+ d)+ =2×380+×224+

46、 =1126mm 查機(jī)械設(shè)計手冊12-1-4,取基準(zhǔn)長度Ld=1120mm 9)世紀(jì)中心距a a≈a+ ≈380+ ≈374mm 考慮到滾筒與帶輪2之間有一定的間隙,所以取a=380mm 10)小帶輪包角 α=180°-×57.3° =180°-×57.3°

47、 =163.2°﹥120° 所以小帶輪包角合適 11)確定V帶根數(shù) 此處帶輪之間所傳遞的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單根V帶所傳遞的功率,所以這里僅用一根V帶。 12)單根V帶的初張緊力 F=500(-1)+mv =500×(-1)×+0.06×0.35 =130N 式中:——包角修正系數(shù) 查表機(jī)械設(shè)計手冊12-1-21得=0.95 m——V帶單位長度質(zhì)量,kg/m。查表12-1

48、-23得m=0.06 kg/m 13)作用在軸上的力F F=2 FZsin =2×130×1×sin81.6° =249.2N F= F=373.8N 14)帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 參照機(jī)械設(shè)計手冊12-7~12-10,設(shè)計小帶輪孔徑d=20mm,可采用實(shí)心式。輪寬B=14mm,外徑d=60mm,輪槽寬b=8.5mm 設(shè)計大帶輪孔徑d=25mm,因為d≧2.5d,

49、所以采用腹板式。輪寬B=14mm, d= d-2(h+ f+δ) =164-2×(2.5+8.0+5.5) =132mm d=(1.8~2)d=40mm 4.2.3 Ⅲ—Ⅳ軸的帶輪設(shè)計 1)確定計算功率 P= KP=1×47=47W 式中:P——計算功率 K——工況系數(shù)。查工況系數(shù)表得K=1 P——所需傳遞的額定功率長

50、 2)確定傳動比 由總體傳動比可確定傳動比為i=1 選用Z型V帶 3)查機(jī)械設(shè)計手冊表12-1-11得小帶輪的基準(zhǔn)直徑d=100mm 4)計算帶速 v===0.33m/s 5)計算中心距 a==456mm 6)計算基準(zhǔn)長度Ld Ld=2a+(d+ d)+ =2×456+×212 =1245mm 查機(jī)

51、械設(shè)計手冊12-1-4,選擇基準(zhǔn)長度Ld=1250mm 7)單根V帶的初張緊力 F=500(-1)+mv =500×(-1)×+0.06×0.33 =107N 式中:——包角修正系數(shù) 查表機(jī)械設(shè)計手冊12-1-21得=1 m——V帶單位長度質(zhì)量,kg/m。查表12-1-23得m=0.06 kg/m 8)計算壓軸力F F=2 FZsin

52、 =2×107×1×sin90° =214N F= F=321N 9)帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 兩個帶輪均采用腹板式結(jié)構(gòu) 設(shè)計V 帶輪時應(yīng)滿足的要求有:質(zhì)量?。唤Y(jié)構(gòu)工藝性好;無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力;質(zhì)量分布均勻,輪槽工作面要精細(xì)加工,以減少帶的磨損;各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度,以減少載荷分布均勻。 4.3 主軸的設(shè)計計算 4.3.1主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1)主軸的材料選擇45鋼調(diào)制處理,初步計算其最小直徑。取A=115,則: d

53、≧A=115×=13.7mm 初步取d最小直徑為20mm 2)采用下圖所示裝配方案: 圖4.4 主軸裝配示意圖 3)確定軸的各段直徑和長度 ①為了滿足軸向定位要求, I-II 軸段右端須制造出一軸肩,故取II-III 軸段的直徑為27 ㎜,長度為25 ㎜。I-II 軸段的左端用軸端擋圈定位,按軸端直徑取擋圈直徑為28 ㎜。使帶輪繞軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動,為了保證軸端擋圈只壓在帶輪上,采用的I-II 軸段的直徑為20 ㎜,長度為20 ㎜; ②初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用軸承參照 工作要求并根據(jù)III-Ⅳ軸段的直徑為30 ㎜,由軸承產(chǎn)品目錄

54、初步選取0 基本游隙組標(biāo)準(zhǔn)精度級的圓錐滾子軸承32006 型其尺寸為d×D×T=30 ㎜×55 ㎜×13 ㎜,故選用III-IV 軸段的直徑為30 ㎜,長度為22 ㎜。右端軸承采用采用套筒進(jìn)行軸向定位。由手冊查得厚度為h=4 ㎜,取IV-V 軸段的直徑為30 ㎜。套筒右端用定位。 ③安裝齒輪處的的軸段V-VI 的直徑為30 ㎜齒輪左端用擋圈定位。右端用一套筒定位,同時套筒右端定位帶輪。已知帶輪的輪轂寬度為25 ㎜,為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度故采用VI-Ⅶ軸段的長度為22 ㎜。帶輪的右端采用軸肩定位,軸肩高度h﹥0.07d,取h=3.5 ㎜,則軸環(huán)處的直徑為42 ㎜。軸

55、環(huán)寬度b≥1.4h,取Ⅶ-Ⅷ軸段的長度為10 ㎜。為了滿足右端齒輪的軸向固定要求,采用階梯軸形式,選用Ⅷ-Ⅸ軸段的直徑為35 ㎜,長度為193 ㎜。右端的零部件結(jié)構(gòu)的定位及軸徑長度與左端的大體相同。 ④帶輪及齒輪與軸的軸向定位采用平鍵連接。按照齒輪與軸的直徑由手冊查表得平鍵截面尺寸分別為b×h×l=6 ㎜×6 ㎜×14 ㎜、 b×h×l=8 ㎜×7 ㎜×16 ㎜、b×h×l=10 ㎜×8 ㎜×16 ㎜(GB/T1095-1979)。鍵槽用鍵槽銑加工,同時為了保證齒輪和軸的配有良好的對中性,故選擇輪轂與軸的配合為H7/n6. 圓錐滾子軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證,此處選軸的直徑尺寸公差

56、為h6。 4.3.2 軸的校核 下面對主軸進(jìn)行校核。 根據(jù)設(shè)計的軸的尺寸和各處所傳遞的功率,計算軸上的力及力矩。 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F F=85N, F=125N F=217N, F=217N 彎矩M M=35.37N·m M=30.38N·m 總彎矩 M=46.62 N·m 扭矩T T=20.8 N·m 軸的受力如圖所示: F F F F

57、F F 11.25N·m 35.37N·m 25.36N·m M F F F F 30.38N·m 30.38N·m M 11.25N·m 46.62N·m 39.57N·m M 16.2N·m 20.8N·m 4.6N

58、·m T 圖4.5 主軸的受力示意圖 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時,通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險截面C)。] 軸的抗彎截面系數(shù) W=- =- =3843mm 式中:d——軸的直徑 b——鍵槽寬度 t——鍵槽深度 t=3.5mm σ= = =12.56Mp 式中:σ——軸的計算應(yīng)力,Mp M——軸所受的彎矩,N·mm T——軸所受的扭矩,N·mm а——取а=0.6 軸的材料選用45鋼,其許用應(yīng)力〔σ〕=60 Mp σ﹤〔σ〕 所以該軸安全。 4.3.3 鍵的校核

59、 鍵的失效形式主要是工作面被壓潰,一般只對擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核,由公式得: σ= 式中: t—傳遞的轉(zhuǎn)矩,為20.8N·M k—鍵的工作長度,為14 ㎜ d—軸的直徑 ,為35 ㎜ 〔σ〕—鍵、軸、連軸器輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力,需用擠壓應(yīng)力[σ p ]=70~80MPa,取其平均值75MPa,得: σ==49.52 Mp﹤[σ p ] 所以,鍵是安全的。 4.4 錐齒輪計算 選用斜齒錐齒輪傳動,走廊清掃機(jī)為一般機(jī)械轉(zhuǎn)速不高,故選用8 級精度選擇小錐齒輪的材料為42SiMn(調(diào)質(zhì)硬度240∽270HBS), 大錐齒輪的材料為42SiMn(調(diào)質(zhì)硬度210∽240

60、HBS)。 1) 齒形角α 選用EN刀盤,則α=20° 2) 大端端面模數(shù) 根據(jù)強(qiáng)度與類比法確定 m=4 3) 齒數(shù)比 由傳動關(guān)系可知,齒數(shù)比μ===2 4) 確定齒數(shù) 由機(jī)械設(shè)計手冊表13-3-11和實(shí)際空間得z=17,z=μz=2×17=34.因為z和z最好無公因數(shù),取z=33,則實(shí)際傳動比μ=2.06 5) 分錐角δ tanδ==0.4857 δ= 25°54′23″ δ=64°5′37″ 6) 分度圓直徑 d=m z=4×17=68mm d=m z=4×33=132mm 7) 錐距R

61、R==77.82mm 8) 齒寬b b=(~)R=22mm 9) 假想平面齒輪齒數(shù)Z Z==38.91mm 10) 參考點(diǎn)錐距R R=R-0.415b=77.82-0.415×22=68.69mm 11) 小端錐距R R=R-b=77.82-22=55.82mm 12)齒寬中點(diǎn)螺旋角 取=35°,小齒輪右旋,大齒輪左旋。 13)初定參考點(diǎn)螺旋角 =0.914(β+6°)=0.914×(35°+6°)=37.5° 14) 選擇銑刀盤 由機(jī)械設(shè)計手冊圖13-

62、3-10,根據(jù)=37.5°,R=68.69mm,查得標(biāo)準(zhǔn)刀盤半徑 r=44mm,對應(yīng)的螺旋角=40°,由表13-3-19得Z=4 15) 選擇刀片型號 由機(jī)械設(shè)計手冊圖13-1-11和表13-3-19,根據(jù)Z=38.91mm, =37.5°,確定選用EN4-44刀盤時用3號刀片 r=1972mm. 16)參考點(diǎn)法向模數(shù)m m=2=2×=2.708 17)參考點(diǎn)實(shí)際螺旋角β β===0.7670 β=39°55′ 18)齒高h(yuǎn) h=2.15 m+0.35=2.15×2.708+0.35=

63、6.17mm 19)銑刀軸傾角Δα 由==7.13和β=39°55′,查機(jī)械設(shè)計手冊圖13-3-12得δ=79°18 所以Δα=0 20)高變位系數(shù)x 因為Z=17﹥16,所以x= x=0 21)齒頂高h(yuǎn) h=(1+ x) m=(1+0)×2.708=2.708mm h=(1+ x) m=(1+0)×2.708=2.708mm 22)齒根高h(yuǎn) h=h-h(huán)=6.17-2.708=3.462mm h=h-h(huán)=6.17-2.708=3.462mm 23)切向變位系數(shù)x

64、 x===0.02 x=- x=-0.02 24)齒頂圓直徑d d= d+2hcosδ=68+2×2.708×cos25°54′23″=72.87mm d= d+2hcosδ=132+2×2.708×cos64°5′37″=134.37mm 25)外錐高A A=Rcosδ- hsinδ =77.82×cos25°54′23″-2.708×sin25°54′23″ =68.816mm A=Rcosδ- hsinδ

65、 =77.82×cos64°5′37″-2.708×sin64°5′37″ =32.143mm 26)安裝距 按結(jié)構(gòu)確定A=88mm, A=72mm 27)支承端距H H= A-A=88-68.82=19.18mm H= A-A=72-32.14=39.86mm 28)大端螺旋角β 查機(jī)械設(shè)計手冊圖13-3-16,由β=39°55′,==1.13,查得β=48°54 29)弧齒厚s s=m(++x)

66、=4×(++0.02)=6.36mm s=πm-s=3.14×4-6.36=6.2mm 將以上數(shù)據(jù)列表如下: 表4.2 中央螺旋傳動錐齒輪主要參數(shù)表 項目 主動齒輪 從動齒輪 齒數(shù) z=17 z=33 大端模數(shù)(mm) Me=4 Me=4 齒形角 α=20° α=20° 螺旋角及旋向 =35° (右) =35° (左) 分錐角 δ= 25°54′23″ δ=64°5′37″ 高度變位系數(shù) x=0 x=0 切向變位系數(shù) x0.02 x=-0.02 大端分度圓直徑 d=68mm d=132mm 全齒高 h=6.17mm h=6.17mm 齒頂高 h=2.708mm h=2.708mm 齒根高 h=3.462mm h=3.462mm 參考點(diǎn)法向模數(shù) m=2.708 m=2.708 齒寬 b=22mm b=22mm 大端錐距 R=77.82mm R=77.82mm 小端錐距 R=55.82mm R=55.82

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