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青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書
第1章 前 言
1.1清掃工具的現(xiàn)狀和發(fā)展前景
從20世紀60 年代我國研制生產(chǎn)路面清掃機械開始（指大型清掃機的研制），已有40 多年的生產(chǎn)歷史，然而中小型清掃機的研制開發(fā)則剛剛起步。相對于發(fā)達國家，我國地面清掃機在銷售規(guī)模、技術水平、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、工廠清潔機械市場的迅猛發(fā)展，2005 年之后，國內(nèi)地面清掃機開始呈現(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。
我國已逐步進入現(xiàn)代化社會，陳舊、落后的清掃方式及設備，已不能滿足社會進步的需要。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)、機關、學校、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院落、小區(qū)、小巷、走廊等小區(qū)域場所的小型清掃設備。
目前，許多國家研制的清潔機器人應時而生。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器人，可遙控也可自主運作，能轉向，躲避障礙物，有很高的實用價值，可對家居、廠礦企業(yè)等地面進行清潔，幫助人們從繁雜的勞動中解放出來。在國外清潔設備的擁有率和洗衣機幾乎相當，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程不斷加大和經(jīng)濟的發(fā)展，許多新興的中小城市正在崛起，城市化規(guī)模不斷擴大，現(xiàn)代化的工廠不斷建成，機關、小區(qū)、醫(yī)院、學校和公共場不斷建設機械化清掃已經(jīng)成為一種必然，地面的清潔養(yǎng)護及工廠清潔生產(chǎn)已經(jīng)越來越重要。勞動力成本的不斷提高，清掃設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。小型清掃設備因其實用性強、 垃圾清掃率高 、污染小、成本底、結構緊湊、操作簡單、維修方便等特點具有廣泛的市場前景和實用價值，它的出現(xiàn)和使用，將極大減輕人們繁瑣的家務勞動，節(jié)省寶貴的時間，提高了人們的生活質量。小型清掃設備現(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 清掃設備的概述
1.2.1 清掃設備的分類
清掃設備按大小可分為大型清掃設備和中小型清掃設備。大型清掃設備主要是清掃車，由于本課題主要研究的是小型清掃設備大型的清掃設備在此不再多述。而現(xiàn)有的小型清掃設備主要有兩大類分別為掃地機和清潔機器人。
（1）清潔機器人：清潔機器人技術的發(fā)展，應該說是科學技術發(fā)展的一個綜合性的結果，它集機械學、電子技術、傳感器技術、計算機技術、控制技術、機器人技術、人工智能等諸多學科為一體。
清潔機器人是能夠在房間中自動清潔地面，保持家庭衛(wèi)生的一種機器人。它集機械學、電子技術、傳感器技術、計算機技術、控制技術、機器人技術、人工智能等諸多學科為一體。包括有地面真空吸塵機器人、地面清掃機器人、壁面清洗機器人、泳池清洗機器人和一些特種清洗機器人，可用于各種場合的清潔工作。這方面的研究從上世紀80 年代起，開始受到人們的注意，不過由于清潔的環(huán)境基本上是結構、半結構性的，但要清除的垃圾則完全是非結構性的，造成一定困難。清潔機器人具有如下的特點：①清潔機器人自帶電源，小巧輕便、操作簡單、自主性強、具有很強的實用性。②清潔機器人的工作環(huán)境主要為普通家庭環(huán)境，但要求有較好的環(huán)境適應性。③清潔機器人的任務是清掃地面，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器人的處理對象?？紤]到安全因素，清潔機器人必須對人及家庭物品等不構成任何危害，同時清潔機器人還必須具備自我保護的能力。就現(xiàn)有的技術而言清潔機器人的發(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：掃地機是現(xiàn)有技術下的最為經(jīng)濟實用的小型清掃設備。掃地機涉及地板上小面積地面覆蓋物的清掃機械領域，是一種小型家庭、工廠、小區(qū)、機關用的掃地機械。它的一般是由車架、車輪、罩殼和手把組成的手推小車。在車前側裝設立掃帚；車架、罩殼下方裝設橫掃帚，通過半交叉皮帶和齒輪等傳動件由車輪旋轉動力帶動掃帚將垃圾掃入車架前端設置的撮箕內(nèi)。從而避免了灰塵和廢氣污染與機動噪聲。結構簡單、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，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 我國清掃機械的發(fā)展趨勢
雖然國產(chǎn)清掃機的生產(chǎn)技術水平已有了一定的進步，價格性能比優(yōu)于進口產(chǎn)品，但在以下幾個方面尚待進一步提高，這也是今后我國清掃機械技術的發(fā)展趨勢。
（1）提高工作可靠性
目前國產(chǎn)清掃機工作可靠性不及進口機，其原因主要有三，一是國產(chǎn)基礎件不過關，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；三是某些技術和整機結構設計尚待完善等。
（2）研發(fā)多功能清掃機
目前的清掃機基本是單一清掃功能，不能進行拖地、灑水和清洗護欄等。若能開發(fā)一專多能的清掃機，則其功能會進一步拓展，也更為實用。
（3）注重環(huán)保的多功能清掃機
目前大多數(shù)機型，揚塵比較嚴重。隨著國家對環(huán)境保護的要求越來越高，開發(fā)環(huán)保型清掃機非常必要。
（4） 根據(jù)需要生產(chǎn)不同種類和配置的清掃機械
清掃涉及各種不同等級的地面，它所需要的清掃機械也是不同的。如高檔場所和對地面要求較高的地方要求清掃機械必須具備很低的噪音和良好的清潔效果，當然其相應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
本課題要求是設計一種簡單，經(jīng)濟實用的走廊清掃機，其關鍵問題就在于如何很好的實現(xiàn)清掃功能。尤其使傳動系統(tǒng)、整體結構、工作裝置的設計。由于清潔器是一種出現(xiàn)比較晚的機械產(chǎn)品，因此在其設計過程中，不可避免的出現(xiàn)了很多未解決得難點疑點，總結其難點如下：
由于清掃機是一新興產(chǎn)品，掃地功能的實現(xiàn)結構還不成熟，很難查到相關的資料。因此掃地功能的實現(xiàn)是設計工作的一個很大的難點。清掃機工作時所產(chǎn)生的二次揚塵污染、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的各部分的尺寸有關，并與它的總體設計構形式有關。機構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，機構太大則設備就會太大從而增加轉彎半徑。使清掃機在走廊中轉彎困難。因此合理的選擇機構的大小及機構布置極為重要且比較困難。
為了更好的了解所作題目，查閱已有文獻資料是十分重要的，由于走廊清掃機的資料很少的。因此，在設計過程中，廣泛的搜集資料，并借鑒了清潔機器人的一些數(shù)據(jù)資料對我的設計工作起了很大的幫助。通過閱讀“清潔機器人概述”（哈爾濱工程大學機電學院李金山等著），“清潔機器人研究發(fā)展現(xiàn)狀”（哈爾濱工程大學機電學院李金山等著），“清潔機器人及其應用”（趙臣等著）等許多相關論文，觸類旁通對清潔機器的設計有了一定的認識，在這些文獻綜述中，詳細的介紹了清潔機器人的一般設計思路，如外形的設計，機器人的驅動方式如何，具體結構等等，都對我即將所作的設計提供了很大的幫助，此外，為了更好的設計清掃機的內(nèi)部結構，在軸，齒輪等重要元件的設計過程中保證其結構的準確性，又對機械設計等專業(yè)課本進行了系統(tǒng)的復習，但是，由于清掃機出現(xiàn)時間晚，產(chǎn)品數(shù)量少，一些關鍵技術受專利所限，因此，很多關鍵技術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計過程中所遇到的所有難點，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。在今后的設計中，還需要通過實踐，對其一步一步的進行改進。
1.3 課題需要完成的任務
1.3.1 設計主要內(nèi)容
本課題要求設計出的走廊清掃機能完成普通清掃的功能。完成走廊清掃機的方案設計，以及結構組成，并對走廊清掃機結構進行受力計算，使其結構布局和受力更加合理。
其主要設計內(nèi)容為：
（1）走廊清掃機總體方案設計；
（2）走廊清掃機的結構設計；
（3）完成折合A0 圖紙3 張，并建立三維實體模型；
（4）完成2 萬字左右的畢業(yè)論文或設計說明書。
1.3.2 設計工作基本要求
① 結合設計題目，在老師的指導下廣泛查閱文獻，并寫出不少于3000 字的文獻
綜述；
② 根據(jù)參考文獻和課題要求，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，對走廊清掃機進行受力計算，使其結構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翻譯英文文獻3000 單詞左右；
⑥認真撰寫論文，按時完成任務，準備答辯；
總的要求就是畢業(yè)設計結束后，能夠達到預定的目標。
第2章 總體方案的設計
2.1 設計主要技術要求
驅動方式：汽油機或者電力驅動。汽油驅動型適合院落、停車場等戶外清掃作業(yè)；電瓶驅動型因其噪音低，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)保的電驅動。
最初設計了許多的方案，最終綜合考慮認為其中三種方案最為有可能實現(xiàn)我們的課題要求，在此僅對這三種方案進行分析說明。
方案一：
圖 2.1 方案一簡圖
工作原理：殼體l 的前上部設有電機2 和電池，殼體1 的前下部設有滾刷3，電機2 通過傳動帶帶動滾刷3。工作時，滾刷3 掃起的灰塵直接進入垃圾斗6 中；同時，殼體l 的底板上的垃圾斗6 的前部設有導向斜面4、垃圾斗7 的下沿設有向后傾斜的小斜面5 ，導向斜面4、小斜面5 將灰塵導入垃圾斗4 中。
方案二：
圖 2.2 方案二簡圖
工作原理：推動車體前進，電機通過傳送帶將運動傳遞給帶輪2、滾筒軸3 ，從而帶動毛刷滾筒3 作逆時針轉動；同時，主動帶輪通過傳送帶將運動傳給帶輪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 作順時針轉動。在毛刷和刮鏟4 的共同作用下，通過傳送帶5 以及卸料板將垃圾送到垃圾箱7 中。
方案三：
圖 2.3 方案三簡圖
工作原理：推動清掃機前進，電機1 將運動傳給帶輪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。帶輪7 將運動傳給帶輪8，帶輪8 帶動主刷13 作逆時針旋轉，通過傾斜的導向刮板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 轉動，再有帶傳動將運動傳給兩側刷11、14 使側刷11 作順時針轉動，側刷14 作逆時針轉動，將兩側的垃圾掃到中間，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：此方案結構簡單、設備體積小。適合小面積的清掃工作，但此清掃機垃圾箱容量小、進塵口小而且此清掃機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。但此方案的清掃機由于帶的存在可能使此設備的尺寸較大，且不易用于清掃灰塵等細微輕小物質。由于清掃機兩邊存在清掃死角，不能清掃墻角和靠近障礙物的地方。
方案三：此方案彌補了前兩種方案的缺陷，可以對各種大小的垃圾進行清理，兩側的清掃刷可方便的清掃墻角及靠近障礙物的地方。并且由于兩側的清掃刷的存在，相對于第二種方案大大的增加了清掃寬度，而且轉彎半徑不變。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)濟實用的走廊清掃機設計方案。
因此綜合考慮選擇第三種方案作為最終設計方案。其實體外形如下圖：
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。
由此針對此設計選用鉛蓄電池，型號為：3DAW250
有關性能為：
標準電壓為12V 其比能量達250w? h/kg
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）電動車專用蓄電池，具有全密封防泄露設計、安全可靠、自放電小、容量大、比能量高等優(yōu)點。
（2）污染少，噪聲小?？蓽p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）結構簡單、控制方便，易于操作和維修
（5）使用時間長，充電后每次可用15 小時
（6）有足夠的功率供清掃機達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 電動機的選擇
（1）電動機類型和結構型式
電動機類型和結構型式可以根據(jù)電源的種類、工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸）和載荷特點（性質、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。
在移動的設備中和蓄電池配套的較常使用的電機有直流電動機和步進電動機。
直流電動機的優(yōu)點：容易購得，型號多，功率大，接口簡單，適合大型機器。
直流電動機的缺點：太快需要齒輪減速器，電流通常較大，較難與車輪裝配，控制復雜。
步進電動機的優(yōu)點：精確的速度控制，型號多，適合室內(nèi)機器人的速度，接口簡單，便宜。
步進電動機的缺點: 功率與自重比小，電流通常較大，體積大，較難與車輪裝配，負載能力低，功率小，控制復雜，運動時產(chǎn)生震動。
清掃機多在室內(nèi)環(huán)境下工作，要求控制較簡單，運行平穩(wěn)，因此選擇直流電動機。
（2）直流齒輪減速電動機的選擇
齒輪減速電機有時叫做齒輪馬達或減速電機。它們通常由轉軸上帶有減速器的直流電動機有刷電機組成。如果一個電機看上去明顯由兩個不同的部分連接而成，那么就可以認定它是齒輪減速電機。齒輪減速電機通常通過減小電機速度來增加旋轉能力。
因為直流電動機仍然從內(nèi)部伸出兩個相同的插頭，所以齒輪減速電機與普通電機一樣使用方便。與最后一級齒輪相連的是一根轉軸。這個新轉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軸代替了伸出電動機的老轉軸。當查看電動機時，如果轉軸沒有從中心伸出，那么這個電動機可能是齒輪減速電動機。
選擇普通直流電動機所用的標準仍然適合用來選擇齒輪減速直流電動機，即檢查電壓，尺寸，重量和RPM。在大轉矩應用場合，常選用帶有金屬齒輪和金屬減速器機架的行星輪減速器。塑料齒輪具有非常輕的質量，更適合低轉矩，需要反應迅速的應用場合。本設計中選用金屬齒輪的減速電機。
（3）電機功率的計算
電動機容量（功率）選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響，當容量小于工作要求的時候，電動機不能保證工作機的正常工作，或使電動機因長期過載發(fā)熱量大而過早損壞；容量過大則電動機價格高，能量充分利用，經(jīng)常處于不滿載運行，其效率和功率因數(shù)都降低，增加電能消耗造成很大浪費。
電動機容量主要根據(jù)電動機運行的發(fā)熱條件來決定。電動機的發(fā)熱與其運行狀態(tài)有關。對于長期連續(xù)運轉，載荷不變或變化很小，常溫下工作的機械，只要所選電動機的額定功率Pm 等于或大于所需電動機功率P0，即Pm>=P0，電動機在工作時就不會過熱，而不必校驗發(fā)熱和起動力矩。
清掃機清掃材料選用尼龍材料。設計圓盤毛刷受力約為F=50N，轉速為n=60r/min.滾筒清掃受力約為F=75N,轉速為n=40r/min。
圓盤毛刷轉矩T= FR=50×0.15=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%
P=P/ ?=78.5÷90%=87.2W
電機到I軸之間用帶傳動，傳遞效率90%
電機的輸出功率
P=(2P+ P)/ ?=(2×58+87.2)÷90%=225.8W
由于清掃機工作速度為60r/min 為較低轉速故選用12V250W 齒輪減速電機，其輸出轉速為600r/min。
第4章 清掃機的結構設計
4.1傳動比的分配
電機到II軸之間的總傳動比
i===15
分配各級傳動比
設計有電機到I軸的傳動比i=5；
由I軸到III軸的傳動比i=3。
電機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 清掃機的內(nèi)部結構圖
4.2 帶輪的選擇設計
4.2.1 I軸帶輪的設計計算
1）確定計算功率
計算功率Pca 是根據(jù)傳遞功率P，并考慮到載荷性質和每天運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——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）由機械設計手冊表12-1-11，取小帶輪基準直徑為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）計算基準長度
Ld=2a+（d+ d）+
=2×3.14+×300+
=1096mm
查機械設計手冊表12-1-4，取基準長度Ld=1000mm
8）實際中心距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75KW。此處，所傳遞的功率遠遠小于75KW，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) ， 查表機械設計手冊12-1-21得=0.88
m——V帶單位長度質量，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°
=51.4N
F= F=77.1N
13) 帶輪結構設計
設計V 帶輪時應滿足的要求有：質量小；結構工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應力；質量分布均勻，輪槽工作面要精細加工，以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以減少載荷分布均勻。
圖4.2 V帶的截面形式
參照機械設計手冊12-7～12-10可知：
基準寬度bd 為8.5 ㎜；基準線上槽深hamin 為2.0 ㎜；基準線下槽深為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=20mm，基準直徑d=50mm，外徑d=53.2mm，輪寬B=14mm，輪槽寬b=8.5mm。因為基準直徑d≦2.5d，所以小帶輪采用實心結構。
大帶輪基準直徑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=15mm，S≧0.5S=7mm，d==134mm。輪槽寬b=8.5mm。
圖4.3 I軸大帶輪結構示意圖
4.2.2 I-Ⅱ軸帶輪的設計計算
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)機械設計表8-6和8-11 ， 選擇Z型V帶
3）計算傳動比
i===3
4）由機械設計手冊表12-1-11，取小帶輪直徑為d=56mm
5）大帶輪直徑
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）計算基準長度Ld
Ld=2a+（d+ d）+
=2×380+×224+
=1126mm
查機械設計手冊12-1-4，取基準長度Ld=1120mm
9）世紀中心距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°
=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遠小于單根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) 查表機械設計手冊12-1-21得=0.95
m——V帶單位長度質量，kg/m。查表12-1-23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）帶輪結構的設計
參照機械設計手冊12-7～12-10，設計小帶輪孔徑d=20mm，可采用實心式。輪寬B=14mm，外徑d=60mm，輪槽寬b=8.5mm
設計大帶輪孔徑d=25mm，因為d≧2.5d，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
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）查機械設計手冊表12-1-11得小帶輪的基準直徑d=100mm
4）計算帶速
v===0.33m/s
5）計算中心距
a==456mm
6）計算基準長度Ld
Ld=2a+（d+ d）+
=2×456+×212
=1245mm
查機械設計手冊12-1-4，選擇基準長度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) 查表機械設計手冊12-1-21得=1
m——V帶單位長度質量，kg/m。查表12-1-23得m=0.06 kg/m
8）計算壓軸力F
F=2 FZsin
=2×107×1×sin90°
=214N
F= F=321N
9)帶輪結構設計
兩個帶輪均采用腹板式結構
設計V 帶輪時應滿足的要求有：質量?。唤Y構工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應力；質量分布均勻，輪槽工作面要精細加工，以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以減少載荷分布均勻。
4.3 主軸的設計計算
4.3.1主軸的結構設計
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≧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 ㎜。使帶輪繞軸進行轉動，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)品目錄初步選取0 基本游隙組標準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 ㎜。軸環(huán)寬度b≥1.4h,?、?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 ㎜。右端的零部件結構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為h6。
4.3.2 軸的校核
下面對主軸進行校核。
根據(jù)設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 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·m
T
圖4.5 主軸的受力示意圖
按彎扭合成應力校核軸的強度
進行校核時，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，其許用應力〔σ〕=60 Mp
σ﹤〔σ〕
所以該軸安全。
4.3.3 鍵的校核
鍵的失效形式主要是工作面被壓潰，一般只對擠壓應力進行強度校核，由公式得：
σ=
式中：
t—傳遞的轉矩，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力，需用擠壓應力[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，走廊清掃機為一般機械轉速不高，故選用8 級精度選擇小錐齒輪的材料為42SiMn(調(diào)質硬度240∽270HBS), 大錐齒輪的材料為42SiMn(調(diào)質硬度210∽240HBS)。
1） 齒形角α
選用EN刀盤，則α=20°
2） 大端端面模數(shù)
根據(jù)強度與類比法確定 m=4
3） 齒數(shù)比
由傳動關系可知，齒數(shù)比μ===2
4） 確定齒數(shù)
由機械設計手冊表13-3-11和實際空間得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
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)齒寬中點螺旋角
取=35°，小齒輪右旋，大齒輪左旋。
13）初定參考點螺旋角
=0.914（β+6°）=0.914×（35°+6°）=37.5°
14） 選擇銑刀盤
由機械設計手冊圖13-3-10，根據(jù)=37.5°，R=68.69mm,查得標準刀盤半徑 r=44mm，對應的螺旋角=40°，由表13-3-19得Z=4
15） 選擇刀片型號
由機械設計手冊圖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)參考點法向模數(shù)m
m=2=2×=2.708
17)參考點實際螺旋角β
β===0.7670
β=39°55′
18）齒高h
h=2.15 m+0.35=2.15×2.708+0.35=6.17mm
19)銑刀軸傾角Δα
由==7.13和β=39°55′，查機械設計手冊圖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
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
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
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
=77.82×cos64°5′37″－2.708×sin64°5′37″
=32.143mm
26)安裝距
按結構確定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
查機械設計手冊圖13-3-16，由β=39°55′，==1.13,查得β=48°54
29）弧齒厚s
s=m(++x)=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=55.82mm
齒頂圓直徑
d=72.87mm
d=134.37mm
外錐高
A=68.816mm
A=32.143mm
安裝距
A=88mm A=72mm
A=72mm
支承端距
H=19.18mm
H=39.86mm
大端螺旋角
β=48°54′
β=48°54′
弧齒厚
s=6.36mm
s=6.2mm
4.4.2 錐齒輪校核計算
T=9550=9550×=4.6N·m
F===135N
1） 齒根彎曲疲勞強度計算
直齒錐齒輪的彎曲疲勞強度課近似地按照平均分度圓處的當量圓柱齒輪進行計算。
σ=
式中：K——載荷系數(shù)
K=KKKK
查機械設計教材表10-2得使用系數(shù)K=1；
查機械設計教材圖10-8得動載系數(shù)K=1.15；
查機械設計教材表10-3得齒間載荷分布系數(shù)K=1.1；
查機械設計教材表10-4得齒向載荷分布系數(shù)K=1.1。
——齒形系數(shù) 查機械設計教材表10-5得=2.97
——應力校正系數(shù) 查機械設計教材表10-5得=1.52
Ф——錐齒輪傳動的齒寬系數(shù) 取Ф=0.33
σ==11.52Mp
查機械設計教材圖10——20（C）得〔σ〕=400 Mp
σ﹤〔σ〕
∴齒根彎曲疲勞強度足夠
2） 齒面接觸疲勞強度計算
σ=5Z
式中：Z——彈性影響系數(shù) 查機械設計教材表10-6，Z=188 Mp
Ф——錐齒輪傳動的齒寬系數(shù) 取Ф=0.33
u——傳動比 u=2
σ=5×188×=6.45 Mp
查機械設計教材圖10-21（d），〔σ〕=525 Mp
σ﹤〔σ〕
∴齒接觸疲勞強度足夠
4.5車架的設計計算
車架是整個清掃機的重要部件，車架直接或間接的影響著清掃機的各個方面的性能，影響著清掃機的操縱性、穩(wěn)定性。車架的尺寸、材料、結構決定了清掃機的整體性能。
車架結構設計如下圖所示：
車架的前后支撐選用Q235 冷拔無縫矩形鋼管25×20 無縫矩形鋼管。
車架立柱是一種具有中空截面、周邊沒有接縫的長條鋼材。無縫矩形鋼管與圓鋼等實心鋼材相比，在抗彎抗扭強度相同時，重量較輕，是一種經(jīng)濟截面鋼材，廣泛用于制造結構件和機械零件，可提高材料利用率，簡化制造工序，節(jié)約材料和加工工時。
同時，矩形管相比于圓管抗彎強度大，一些鋼木家具等就常。
車架上底板設計
底板用來安放置蓄電池、電機減速器等。車架上底板選用Q235 熱軋鋼板，其尺寸范圍為1070×800×5mm。
結論
近三個月的畢業(yè)設計馬上就要結束了，在整個設計過程中遇到了很多的困難，但在王玉玲老師、以及同組同學幫助下都一一克服了，順利的完成了我的畢業(yè)設計，在這次畢業(yè)設計中主要做了以下工作：
1)到圖書館和電子閱覽室查閱大量國內(nèi)外文獻，搜集第一手資料，對現(xiàn)有的清掃設備進行了分析對比，為畢業(yè)設計做好準備。
2)查找有關方面的英語論文，并對其中的一些重要的部分進行翻譯，寫出了一篇3000 字左右的外文翻譯，通過查閱與翻譯外文資料，對專業(yè)英語有了更好的鞏固。
3)根據(jù)題目的要求，參考實際情況設計出了幾種方案，對比確定出了一種較為理想的經(jīng)濟實用的總體結構方案。
4)詳細細致的分析和設計了清掃機的傳動系統(tǒng)、清掃機構、支撐機構，對所需零部件進行了設計計算，使其結構布局和受力更加合理。
5)用CAD 軟件完成了總裝圖和零部件圖的繪制，折合三張A0 的圖紙。
6)根據(jù)自己的設計，將從方案的提出分析對比到零件的設計校核編寫進了設計說明書，完成了畢業(yè)設計說明書的編寫。
通過本次畢業(yè)設計，不僅使我鞏固了以前的知識，而且使我學到了許多新知識。我深深的體會到計算機繪圖與手工繪圖的差異，計算機繪圖的優(yōu)越性在這次設計中充分的體現(xiàn)了出來。通過這次設計使我知道了自己許多的不足之處，在以后的學習和工作中，我將會努力去改正和彌補，并繼續(xù)學習科學文化知識和鍛煉實踐能力，虛心向每個人學習。由于本人水平有限以及時間倉促，本次設計還有許多不足，敬請讀者給予好的建議和意見，并希望讀者給予批評指正。
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謝 辭
本文是在指導教師王玉玲和靳同紅老師的細致耐心的指導下完成的。從論文選題、題調(diào)研、試驗指導、理論分析到論文撰寫，無不傾注了老師的心血和汗水。王老師自始至終都以淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和對學生的高度責任心貫穿其中，對本次畢業(yè)設計的順利完成付出了大量艱辛的勞動?！皫熣?，所以傳道授業(yè)解惑也”，王老師真正的做到了這一點。在此，謹向王老師致以衷心的感謝！
在近三個月的時間里，我學到了很多有關機械設計的知識，并在設計實踐過程中得到了大的鍛煉。這次的畢業(yè)設計不僅是對過去所學知識的總結復習和系統(tǒng)串聯(lián)，也是對我們未來工作和研究的一次準備和練習。而且使我認識到，學習知識一定要認真嚴謹，在設計和研究過程中，一定要持之以恒，不怕失敗，知難而進，只有具有了扎實的基礎知識，真正掌握了科學知識，才能謀求發(fā)展、取得創(chuàng)新、做出一定的成績。
另外，在本課題的設計過程中，機械設計教研室的各位老師給予了本人精心指導，并提出了一些寶貴的意見和建議。有了他們的幫助，使我少走了很多的彎路，也使我受益匪淺。在此，對各位老師的無私奉獻和親切教誨表示衷心的感謝和誠摯的敬意！同時還要特別感謝同專業(yè)同學的熱心幫助和支持。由衷地向他們表示誠摯的謝意！
最后，再一次由衷地感謝院系各位老師和同學在畢業(yè)設計期間的關心、支持和幫助，并向他們致以最誠摯的謝意！
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