手推式地面清潔機設計【含16張CAD圖帶開題報告+外文翻譯】
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I手推式地面清潔機設計摘 要隨著社會迅猛的發(fā)展，人們生活的節(jié)奏也加快了腳步，人們身上的壓力也隨之增大了，所以很少會有人還愿意打掃自有人己的房間。這就使得清潔手推式地面清潔機有了廣大的市場。但是現(xiàn)在市場上存在的手推式地面清潔機質量好的一般價格也比較昂貴，希望通過這次設計，可以降低手推式地面清潔機的生產成本，使得手推式地面清潔機能夠進入更多人的生活當中。根據(jù)手推式地面清潔機清洗作業(yè)的要求，機器人首先必須具備清洗作業(yè)功能和控制功能，此外手推式地面清潔機還必須在地面進行和移動。本設計是針對現(xiàn)有清潔機存在的問題，進行了分析和研究，找出了存在的主要問題，查閱了手推式地面清潔機的相關信息，擬定出了傳動的設計方案，選擇確定了手推式電動洗地機的總體方案。清潔機主要包括箱體，支撐架，滾刷，盤刷，電機，齒輪傳動系統(tǒng)等組成。其中，通過電機帶動刷子轉動，使刷子壓緊，隨后產生一定的清洗壓力，能達到較好的清洗。關鍵詞：手推式地面清潔機；運動原理；結構設計 IIABSTRACTToday, more and more rapid development of society, faster and faster pace of life, people who are under increasing pressure, so few people will still want to after a day's work to clean his room. This makes cleaning push floor cleaning machines in great demand. But now good push floor-cleaning machine quality is generally present on the market price is also more expensive, hope that through this design, reduce production costs push floor cleaning machines that push floor cleaning machine can go more people's lives. The requirements push floor cleaning machine cleaning operations, the robot must first have the cleaning work and control functions, in addition push floor-cleaning machine and must also be moved on the ground. This design in view of the cleaning system machine problems, careful analysis, find out the main factors, access to relevant information cleaning system machine, according to the system parameters and requirements for the cleaning system machine. draws up the design proposal, the hand push the overall scheme.Push floor cleaning machine hosts mainly by the cabinet, the support frame, shield, brush, motor, gear system and so on. Pressing the brush, a certain pressure cleaning, the brush is rotated by a motor drive, to achieve the purpose of cleaning. Key Words： push floor cleaning machines; the principle of movement; structural designI目 錄摘 要 .........................................................IABSTRACT........................................................II1 緒論 ..........................................................11.1 課題的研究意義 .....................................................................................11.2 選題的研究現(xiàn)狀 .....................................................................................11.3 國內外研究現(xiàn)狀 .....................................................................................22 手推式地面清潔機總體方案設計 ..................................62.1 手推式地面清潔機的總體方案 .............................................................62.2 手推式地面清潔機傳動系統(tǒng)的選擇 .....................................................62.3 手推式地面清潔機的選擇方案 .............................................................72.4 其它部分方案 .........................................................................................82.5 本章小結 .................................................................................................93 手推式地面清潔機的傳動系統(tǒng)設計 ...............................103.1 電動機的選擇 .......................................................................................103.2 直齒輪副的設計計算 ...........................................................................113.3 錐齒輪副的設計計算 ...........................................................................163.4 中心軸管的受力分析 ...........................................................................193.5 中心軸管的強度校核 ...........................................................................203.6 鍵的校核 ...............................................................................................213.7 軸承的選擇與校核 ...............................................................................213.8 蓄電池的選擇 .......................................................................................223.9 本章小結 ...............................................................................................234 手推式地面清潔機的清洗系統(tǒng)設計 ...............................244.1 清洗機方案的比較與確定 ...................................................................244.2 清洗機器清洗部分設計 .......................................................................264.3 內空心軸設計 .......................................................................................284.4 本章小結 ...............................................................................................285 其他輔助系統(tǒng)設計 .............................................295.1 同步帶的概述及計算 ...........................................................................295.2 軸的設計 ...............................................................................................335.3 軸的校核 ...............................................................................................34II5.4 鍵的校核 ...............................................................................................345.5 吸塵機構設計 .......................................................................................346 萬向輪 .......................................................356.1 萬向輪的應用 .......................................................................................356.2 萬向輪的總體設計 ...............................................................................357 車架的設計 ...................................................387.1 架子材料的選擇確定 ...........................................................................387.2 主要梁的強度校核 ...............................................................................388 結 論 .......................................................40參 考 文 獻 .....................................................41附錄 1：外文翻譯 ................................................42附錄 2：外文原文 ................................................49致 謝 ........................................................54手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 1 -1 緒論1.1 課題的研究意義社會的快速發(fā)展導致了人們的生活節(jié)奏也越來越來快，已經很少人會愿意自己親自清潔房間了，這也就使得手推式地面清潔機進入更多人的生活當中。1.2 選題的研究現(xiàn)狀國外的手推式地面清潔機因為有著幾十年的發(fā)展史，再加之基礎零部件的可靠性比較高，因此都有一個共同的特點，可靠性相對國內產品要高。而且早已廣泛的應用了先進的電子技術，有些還應用了有線和無線的遙控。目前，國外在手推式地面清潔機器人的研究領域完成了許多工作，取得了一定的研究成果，比如日立、松下、三星等世界著名公司都已經開發(fā)出了智能吸塵機器人。而在國內，各大科研機構和高等院校也都開始進行手推式地面清潔機的研究。哈爾濱工業(yè)大學于 20 世紀 90 年代開始致力于這方面的研究，與香港中文大學合作，聯(lián)合研制開發(fā)出一種全方位移動手推式地面清潔機器人。浙江大學于 1999 年初對智能機器人進行研究，兩年后便成功研制出國內第一個具有初步智能的自主吸塵機器人。雖然我國研制出的手推式地面清潔機在品種規(guī)格上和使用性能上已基本能夠滿足國內各種需求，但是國產產品存在外形仍舊單調、功能單一、操作不方便、清洗效率低等問題。德國 Kaercher 公司生產的 RC3000 是世界上第一臺能夠自主完成家庭地面打掃工作的清潔手推式地面清潔機器人 [19]，如圖 1.1 所示，這款手推式地面清潔機的內部裝有芯片控制系統(tǒng)以及光電傳感器，一旦手推式地面清潔機在清洗過程中檢測到有任何異物的存在，它就可以隨機的改變行進的方向，繼續(xù)進行打掃，一直到打掃工作徹底完成。當電源電壓不足時，它會自主地返回充電站進行充電。在這款手推式地面清潔機的內部一共設置了四種清潔程序，手推式地面清潔機會根據(jù)環(huán)境的不同來選擇最合適的程序進行打掃。在手推式地面清潔機的內部裝有光敏傳感器，當手推式地面清潔機打掃到距離樓梯或者臺階時，能夠自動避讓，不會跌落 [18]。跟著經濟的開展和社會進步，大家對生活質量的需要愈來愈高，交通快捷也就越來越變成社會開展 的迫切需要，所以路面的打掃和保潔也越來越受到各界的關注，多年 來構成的人工打掃的模式明顯已經不習慣中國高等公路開展的客觀需要了，人工打掃會造成粉塵飛揚，嚴重影 響到了清潔工人的身體安康安全，也不可避免的形成了環(huán)境二次污染 。在公路上車輛的高速前行對清潔工人的生命安全也形成了潛在要挾，這就需要我們有必要開括清 掃機械的發(fā)展，只有這樣才能滿意敏捷開展的高等級公路的手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 2 -客觀需要，才能使大家生活在潔凈安康的環(huán)境中，這 也是人類二十一世紀高品質生活的重要目的。從 20 世紀 60 年代的中國研制出產路面打掃機械開端，已有 40 多年的發(fā)展歷史了，可是中小型清潔機的研制開發(fā)才剛剛起步。有關于發(fā)達國家，中國地面清潔機在出售規(guī)劃、技術水平和打掃作用等方面都存在著差距。隨著公共環(huán)境衛(wèi)生及工廠清洗機械商場的迅猛發(fā)展，2005 年之后，國內地面清潔機開始出現(xiàn)了疾速發(fā)展的趨勢。但是與之國外的地面清潔機比較，國內還是處于停留在商場的初級發(fā)展期間。 中國逐漸進入了現(xiàn)代化社會，所以陳腐、落后的清潔設備和方法，早已不能滿意于社會發(fā)展進步的需求了。關于自動化洗地用具，大家最最常見的就是馬路上的洗地車了，它可以進行大面積的清掃，而且作業(yè)功率高，節(jié)省人力和物力?？墒?，小面積區(qū)域的清掃還再沿襲著傳統(tǒng)的手藝洗地工具，例如掃帚。其作業(yè)功率較低、糟蹋人力和物力資源。隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加速及居住面積的越來越大，居家清潔面積上的清潔作業(yè)也越來越繁重了，嚴重影響到了大家的生活。因而急需要開發(fā)一種價格低廉、省時省力可以清潔像院子、小區(qū)、冷巷、走廊等小區(qū)域場所的小型清潔設備。1.3 國內外研究現(xiàn)狀國內手推式地面清潔機的開展閱歷進程如下；第一期間，20 世紀 60 時代，中國研制出純掃式手推式地面清潔機，因為純掃式手推式地面清潔機具有諸多缺陷，例如功用差、質量差、外觀差等，加之又受限于中國的體系和其時城市環(huán)衛(wèi)部分的經濟狀況，故只有少量大城市運用了純掃式手推式地面清潔機。直至 20 世紀 80 時代末，建造部長沙建造機械研討院規(guī)劃出了中國第一臺吸掃式結合的手推式地面清潔機。它以其純掃式手推式地面清潔機的優(yōu)勢為基礎的無可比拼的優(yōu)勢，進入中國的發(fā)展市場。如今，在中國銷售手推式地面清潔機的商場中，吸掃式結合的手推式地面清潔機的占有率為95%以上。第二期間，20 世紀晚期，是中國手推式地面清潔機發(fā)展最為快速的時候，手推式地面清潔機的運用不但從大中城市擴展到小城市，還有高速公路，而且不少國內企業(yè)和城鎮(zhèn)居民小區(qū)也開始選用了手推式地面清潔機進行路面的清掃。因此，商場需求開始膨脹，各種類型和各種標準的吸掃式地面清潔車開始不斷的涌現(xiàn)到市面。當前，中國手推式地面清潔機大都為 2t～8t 汽車底盤改裝，這種手推式地面清潔機轉場速度快，合適于大面積、遠距離打掃，常用于城市主干道、城鄉(xiāng)結合部、高速公路的路面打掃作業(yè)。這些年，隨著手推式地面清潔機商場的不斷擴展，對手推式地面清潔機的用戶需要也在發(fā)生不斷的變化，中小型全液壓式地面清潔車選用單臺發(fā)動機傳動，油耗低；行進無級變速，清潔效果好，清潔效率也高，清潔車的駕駛室視界好等長處，所以備受新老顧客的喜愛，格外對城市大街和非公路手推式地面清潔機用戶而言。不手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 3 -少手推式地面清潔機的生產公司也研發(fā)了專用底盤的中小型全液壓手推式地面清潔機，多種標準的中小型全液壓手推式地面清潔機也被投放到了商場里面。第三期間，2000年之后，國內路面打掃商場開始出現(xiàn)發(fā)展迅猛的趨勢。如長沙中標公司、天津洗地王公司等專業(yè)出產公司，均獲得了好的開展趨勢。隨之而來的是三一重工股份有限公司等其它公司也開始了對路面手推式地面清潔機的研制和生產，并取得了較好的開展空間。目前，國產路面手推式地面清潔機的種類標準、運用功用已經能夠根本的滿意國內的發(fā)展需要，商品標準也從 2t 到 8t。與國外比較，大型商品所占份額不大，商品種類較少，量也較低。 手推式地面清潔機的本身為扁平結構，極大地方便了清洗，通常一些我們平常不容易清潔的地方，對手推式地面清潔機而言，卻可以很輕松地完成，如圖 1.2 所示：圖 1.1 RC3000 和充電站 圖 1.2 RC3000 清洗工作圖“三葉蟲”誕生于英國，這是一款問世較早并且功能強大的吸塵器，如圖1.3所示。它內部裝有超聲波探測器，可以迅捷地探測到障礙物的存在并繞開能夠自由穿梭清洗，同時可以自主的設計出最優(yōu)行走路線；這款手推式地面清潔機能夠分三個檔位來工作，分別為正常、快速和點清理 [18]；每當它的垃圾盒被垃圾充滿之后，就會自動發(fā)出警報；如果有些地方不需 “三葉蟲”打掃，只要貼上特制的磁帶就能夠限制它獨特的打掃范圍。“三葉蟲”的電源是可充電的，電量充滿之后大概可以持續(xù)工作1個小時左右。手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 4 -圖 1.3 伊萊克斯的“三葉蟲”2002 年 9 月手推式地面清潔機“Roomba”在美國面世，它的重量大約是 2 千克，直徑 30 英寸 [2]。這款清潔機擁有較高的自主工作能力，它的體積較小，因此能夠輕松地把房間內各個角落的垃圾打掃干凈。當 “Roomba”進行清掃時，它的動作不會太快但是打掃出來的效果卻很好，在主人外出之前，可以設定它開始自主工作，當打掃完成之后，它就會自主切斷電源，進入待機狀態(tài)，如圖 1.4 所示：圖 1.4 美國“Roomba”手推式地面清潔機國內現(xiàn)狀：1999 年初，浙江大學機械電子研究所開始進行智能吸塵手推式地面清潔機的研究，兩年后設計成功國內第一個具有初步智能的自主吸塵手推式地面清潔機，與蘇州 TEK 公司合作研發(fā)，到 2003 年系統(tǒng)在自主能力和工作效率上都有了顯著提高 [1]。手推式地面清潔機工作之前，需要先進行環(huán)境探測，從而決定清洗時間；然后，計算出效率高的清潔路徑；在打掃完成之后，手推式地面清潔機就會自動返回充電站充電。不過因為系統(tǒng)在進行升級，所以并沒有產品進入市場。之后國內推出了手推式地面清潔機KV8，這款手推式地面清潔機防跌落，可以自主清洗，同時價格便宜。但是這款手推式地面清潔機沒有充電站，只能靠人工進行充電。國內眾多品牌清潔手推式地面清潔機中，科沃斯手推式地面清潔機是比較出名的。市場上平均賣出 3 臺清洗手推式地面清潔機，當中有 2 臺就是科沃斯的?？莆炙骨鍧嵤滞剖降孛媲鍧崣C利用渦輪增壓系統(tǒng)提高手推式地面清潔機的清洗動力，從而使得手推式地面清潔機打掃房間的質量得到保障。這款手推式地面清潔機能夠自主選擇最佳清潔模式；具有防碰撞，防跌落的設計；預約定時，自動充電，讓智慧清潔有始有終。如圖 1.5 所示：手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 5 -圖 1.5 科沃斯洗地手推式地面清潔機手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 6 -2 手推式地面清潔機總體方案設計具體設計參數(shù)如下：要求清潔面積在 500-3000 平方米。工作效率 2600m2/H，各運動部件的設計完成掃地、灑水、洗地、擦地、吸水、干地等各項功能。由于考慮到是采用人工手推的方式進行，所以清潔機的外形尺寸不適合做的太大，這樣人操作起來很費力。2.1 手推式地面清潔機的總體方案手推式地面清潔機主要由電機，滾刷和盤刷的雙刷結構，齒輪傳動系統(tǒng)，萬向輪和車架等組成。根據(jù)以上提出的技術性能及要求，初步確定手推式地面清潔機的總體設計方案，如下圖 2.1 所示：圖 2.1 手推式地面清潔機的總體設計方案2.2 手推式地面清潔機傳動系統(tǒng)的選擇通過電動機帶動錐齒輪實現(xiàn)轉動的傳遞，然后通過齒輪嚙合將轉動傳遞給盤刷，之后以帶傳動傳遞給另外一對滾刷。如下圖 2.2 所示：手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 7 -圖 2.2 傳動系統(tǒng)的設計方案2.3 手推式地面清潔機的選擇方案第一種結構方案：如下圖 2.3 所示：第一種結構是由盤刷，滾刷和風扇組成的，但是密封不夠嚴謹。圖 2.3 結構一的示意圖第二種結構方案：結構簡圖如下圖 2.4 所示：第二種結構是由盤刷，滾刷，支撐輪和風扇組成的，清洗效率較高，可靠性較好，但是結構不對稱，中心不穩(wěn)， 容易引發(fā)振動。手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 8 -圖 2.4 結構二的示意圖第三種結構方案：第三種結構方案是盤滾組合式清洗，使其機體的振動問題減小，機體尺寸也減小。如下圖 2.5 所示：圖 2.5 結構三的示意圖故此，根據(jù)以上三種方案進行了對比，選擇第三種結構方案較為合理。2.4 其它部分方案2.4.1 材料選擇由于考慮到是人工手推的方式，所以設計機構應該采用輕載荷，如下表 2.1 所示：手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 9 -表 2.1 材料選擇2.4.2 輪的潤滑問題齒輪的材料為聚甲醛，故不考慮齒輪的潤滑問題。2.4.2 軸承的潤滑問題根據(jù)《非標準設備設計手冊》P.582，潤滑方式選擇為脂潤滑，潤滑脂為鈣機潤滑脂。2.5 本章小結本章內容是我根據(jù)老師給的參考建議進行了對手推式地面清潔機的總體設計方案的選擇和確定。并且對清洗系統(tǒng)方面進行了設計和選擇，以確定設計的可行性和穩(wěn)定性。再此基礎上有進行了對材料的選擇和確定。手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 10 -3 手推式地面清潔機的傳動系統(tǒng)設計3.1 電動機的選擇為手推式地面清潔機進行合適的電機選擇，才能保證系統(tǒng)的可靠工作和經濟地運行。由于考慮到機構的工作的功率不是很大，所以擬采用 Y90L-4 電動機。查《機械設計課程設計手冊》，選擇其銘牌如下表 3.1 所示：表 3.1 Y 系列三相異步電動機（a）（b）圖 3.1 電動機Y90L-4 電動機的安裝技術參數(shù)，如下表 3.2 所示：手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 11 -表 3.2 電動機的安裝技術參數(shù)3.2 直齒輪副的設計計算由于功率為： P=1.5????小齒輪轉速為： ??1=1500??/??????傳動比為： i=4.1工作時可能有輕微的沖擊，所以齒輪要對稱布置。（1） 對齒輪的材料進行選擇為： ??1=32（3.1）??2=??×??1=4.1×32=131.2取圓整，得： ??2=129（2）齒數(shù)比（3.2）??=??2??1=12932=4.03驗算傳動比誤差， .403?×100%=1.7%所以允許。（3）選擇齒寬系數(shù) ?d 為： ????=0.275小齒輪直徑為： ??1估 =80????則齒寬為：（3.3）??估 =????×??1=0.275×80=22????（4）齒輪圓周速度及傳動精度等級為：（3.4）??估 = ????1??160×1000=??×80×150060×1000??/??=6.28??/??，故此，選用 級精度，7小齒輪轉矩 1T 1605.9nP?? mN1059150936 ?????...（3.5）手 推 式 地 面 清 潔 機 設 計- 12 -（5）定重合度系數(shù) ?Z、 Y??????????21.38zε （3.6）由公式（5.2）可知定重合度為：（3.7）??=1.88?3.2×(132?1129)=1.755根據(jù)《機械設計手冊》中公式得： ?Z= 34?= 75. （3.8）=0.865（3.9）????=0.25+0.751.755=0.677（6）載荷系數(shù) HK、 F????=????????????????????（3.10）1) 齒向載荷分布系數(shù) ?為： ??????=1.292) 動載系數(shù) vK 為： ????=1.143) 載荷分配系數(shù) ?H、 F （3.11）?????????? =2×1.35×9.55×10322×80 =14.65??/??????0??0 =700??滿足要求。極限轉速校核為：（6.9）????????=??1??2????????（6.10）????=84014910=0.0563??1=1（6.11）????????=65.22700=0.093??2=1（6.12）????????=1×1×9500=9500??/????????=22.75??/??????
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