智能拖地機的機械結(jié)構設計

智能拖地機的機械結(jié)構設計,智能,拖地,機械,結(jié)構設計 摘 要 本畢業(yè)設計設計了一個小型手推式拖地機，適用于樓道走廊，家庭等場所。拖地機首先由動力裝置，傳動裝置，拖地裝置組成。動力裝置通過帶輪傳動，使主軸Ⅰ旋轉(zhuǎn)，通過安放在主軸上的錐齒輪改變方向，帶動帶輪傳動，從而讓拖地機前面兩個拖地圓盤逆時針轉(zhuǎn)動，進行拖地工作。其次，通過裝在主軸Ⅰ一端的帶輪帶動軸Ⅱ旋轉(zhuǎn)，安裝在軸Ⅱ上的滾刷機構再次清理前面拖地圓盤工作過的地面，且把垃圾收集到后面的垃圾箱里。至此，完成所要求的功能和任務。 本畢業(yè)設計中，通過圖書館，互聯(lián)網(wǎng)查閱，搜集了大量的資料，對不同的設計結(jié)構方案進行了對比，分析并最終確定了一種比較理想的好的設計方案，然后根據(jù)已確定方案進行機構的設計計算，確定各個零部件尺寸和相應型號，對其進行校核以確保滿足設計要求。設計的零部件相對的比較簡單，實用，且方便制造，所以其成本較低，是一種比較經(jīng)濟實惠的小型手推式拖地機。 關鍵詞：拖地機；成本。  Abstract The graduation project designed a small hand-push mopping machine for the corridor , home and other places. Mopping machine is made of the power device, transmission device, and mopping device . Power device makes Ⅰ spindle rotated by changing the direction of the spindle is mounted on a bevel gear device and drive pulley, so that the front of the machine’s two mop devices rotate counterclockwise, drag to work. Then,though Ⅰ spindle make Ⅱ spindle start to rotate, brush mechanism is mounted on the shaft Ⅱ again clean worked ground and collect the rubbsh.So the graduation project completes the required functions and tasks. Through libraries, Internet access, the graduation design collect a lot of information and compares different design projects.Finally determine a ideal project.According to the projiet,I collect different sizes of component and the make sure to meet the design requirements. The graduation design is simple, practical, and easy to manufacture, so the cost is affordable. Keywords : mopping machine ; costs. IV 目 錄 引言…………………………………………………………………………………………1 1 總體方案的設計………………………………………………………………………3 1.1 方案設計的技術要求…………………………………………………………………3 1.2 總體方案的確定………………………………………………………………………3 2 相關零件的計算……………………………………………………………………5 2.1 蓄電池的選擇…………………………………………………………………………5 2.1.1池蓄電分類…………………………………………………………………………5 2.1.2選用蓄電池型號……………………………………………………………………6 2.1.3蓄電池性能…………………………………………………………………………6 2.2 電動機的選擇…………………………………………………………………………7 2.2.1電動機選擇方法……………………………………………………………………7 2.2.2電動機的種類和特性………………………………………………………………7 2.2.3齒輪減速電動機的選………………………………………………………………7 2.2.4齒輪減速電動機的分類和特點……………………………………………………8 2.2.5齒輪減速電動機優(yōu)點………………………………………………………………8 2.3電動機功率計算………………………………………………………………………9 3 拖地機結(jié)構設計…………………………………………………………………10 3.1 傳動比分配……………………………………………………………………………10 3.2 帶輪的結(jié)構設計……………………………………………………………………10 3.2.1 電動機和Ⅰ軸之間帶輪的設計計算………………………………………………10 3.2.2 軸Ⅰ軸Ⅱ之間帶輪的設計…………………………………………………………13 3.2.3軸Ⅲ和軸Ⅳ之間帶的設計計算（一）…………………………………………16 3.2.4 軸Ⅲ和軸Ⅳ之間帶的設計計算（二）………………………………………………19 3.3 錐齒輪的設計計算……………………………………………………………………22 3.3.1第一對直齒錐齒輪的設計計算……………………………………………………22 3.3.2第二對直齒錐齒輪的設計計算……………………………………………………26 3.4 主軸的設計計算……………………………………………………………………29 3.4.1主軸的結(jié)構設計…………………………………………………………………29 3.4.2主軸的校核………………………………………………………………………30 3.4.3 鍵的選擇……………………………………………………………………………33 3.4.4鍵的校核……………………………………………………………………………33 3.5軸承的設計計算………………………………………………………………………34 3.5.1軸承的選擇…………………………………………………………………………34 3.5.2軸承的校核…………………………………………………………………………34 3.5.2軸Ⅱ軸承校核………………………………………………………………………35 3.5 車架的設計……………………………………………………………………………37 4 結(jié)論……………………………………………………………………………………39 謝 詞………………………………………………………………………………………41 參考文獻…………………………………………………………………………………42 引言 拖地機是用來清理道路，走廊等場所的一種設備。按照用途不同可以分為家庭拖地機，道路拖地機等。目前，拖地機工作主要是靠人力自己完成，體力消耗大，效率低下，安全系數(shù)不高。由于先進的拖地車，造價高，費用大，維修更換零部件困難等原因，因此普遍使用拖地車有一定的難度和困難。為了解決人力自己拖地消耗力大，效率低下，安全性不高及維修更換的問題；拖地車費用高，難度大等問題提出了一種新型的小型手推式拖地機。本畢業(yè)設計所設計的新型拖地機工作效率高，適用于走廊，狹窄的小巷，街道，可供多方面的使用，在推行過程中方便快捷且環(huán)保。 在目前快速發(fā)展的市場中，該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以大型拖地機械為主體，在清潔，拖地設備，機械產(chǎn)業(yè)中，除了大型拖地機械外，還應包括面對家庭等用戶所使用的小型拖地機設備。目前，在國內(nèi)，小型的拖地設備市場長期以來處于星軌空擋的狀態(tài)之下，在國外，小型拖地機的使用已經(jīng)很普遍了。在我國目前各方面發(fā)展狀況下，一方面，對于人們平常拖地的方式，費力氣，累，不符合人機和諧一致的原理；另一方面，拖地機的使用中有作用和效果的產(chǎn)品售價較高而不符合大多數(shù)家庭的經(jīng)濟承受狀況。 社會在急速的發(fā)展，人們對于生活方式便利性的要求也越來越高，傳統(tǒng)的拖地方式必然且一定會發(fā)生改變。 性能特點： （1）電動作業(yè)，無廢氣排放，保護環(huán)境； （2）體積小，轉(zhuǎn)彎靈活，易于操作，適合大多數(shù)地方使用； （3）掃地拖地于一體，方便快捷，減少勞動力； （4）拖地效果好，先掃后托，干凈清潔； （5）機械化作業(yè)效率高，機械所到之處一拖而凈，而且避免人工操作缺陷； 國內(nèi)發(fā)展狀況及發(fā)展趨勢: 當前在我們國家，拖地機的相關技術水平還是比較滯后的，處于相對低下的位置，尤其實在關鍵技術上，為盡快提高拖地機的相關技術，追趕上其他技術先進的國家，但是在這過程中不能污染環(huán)境，所以拖地機結(jié)構設計必須找到一個正確的發(fā)展方向。隨著社會各方面進一步的發(fā)展，設計人員不再純粹滿足的拖地機這一種功能，還應更進一步強調(diào)多方面，多層次要求，現(xiàn)存的市場對于多方面的要求還是空白，所以急需相應的產(chǎn)品來滿足人們的需求。 近年來，國內(nèi)外拖地機械發(fā)展較快。國內(nèi)有許多廠家引進了國外先進拖地機工作裝置，加工裝置的生產(chǎn)技術，與國內(nèi)相關技術相結(jié)合，大大提高了國產(chǎn)拖地機的技術性能。 國內(nèi)拖地機技術現(xiàn)狀 在二十世紀中期的時候，我國許多生產(chǎn)廠家便開始投入大量資金進行研究，由于剛開始研究，所以它的功能不是很完善，人機工程做的不是很好，市場上很難滿足普通大眾的需求，無人問津，賣不出去。過了一段時間后，國內(nèi)相關科研機構，生產(chǎn)廠家，加大了拖地機的研發(fā)力度。擦地機的發(fā)展起步較晚，拖地機，機電一體化程度相對國外比較落后，80年代以后，國內(nèi)拖地機采用國外先進技術在提高，如液壓技術，電業(yè)操作等技術。而作為機電一體化技術的核心技術，計算機技術以及直接制約和影響技術反戰(zhàn)的傳感檢測在國產(chǎn)拖地機上幾乎沒有應用，大大制約了國內(nèi)拖地機的發(fā)展水平。 國內(nèi)拖地機的發(fā)展將是一個課題，針對國內(nèi)拖地機的現(xiàn)狀進行技術改造，針對不同的工作環(huán)境對拖地機進行相應的設計和改造，使其更加適應時代的發(fā)展和人們的需求。在之前的技術基礎之上進行設計，將拖地機型變得簡單輕便，外觀更加美觀，降低拖地機的重量，提高拖地機的使用壽命，減少噪聲，降低成本，是拖地機更加人性化，人們使用更方便，拖地機是中國廣闊的前景。設計的主要內(nèi)容： 本課題通過應用CAD軟件技術對拖地機進行結(jié)構設計，使其能實現(xiàn)拖地等功能。為人們分擔家務清潔瑣事，創(chuàng)造整潔干凈的生活及工作環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量。另一方面是進一步提升專業(yè)技能，為踏上工作崗位做好準備。本課題的主要工作內(nèi)容有以下幾點： （1）收集關于拖地機產(chǎn)品的相關知識，了解現(xiàn)有關拖地機產(chǎn)品的結(jié)構、功能； （2）熟悉拖地機的工作原理及過程； （3）查閱相關資料，熟悉機械設計，機械設計基礎，機械零件加工，工程力學，工程制圖與畢業(yè)設計相關的學科內(nèi)容知識； （4）熟練掌握計算機輔助設計軟件； （5）對拖地機設計方案進行詳細規(guī)劃及分析，反復對方案進行論證，逐步進行修改及優(yōu)化； （6）利用計算機及相關軟件完成拖地機的結(jié)構設計； （7）利用計算機及相關軟件完成拖地機相關機構的各種參數(shù)計算（功率的計算與電池電源的選用）和分析； （8）完成拖地機相關零件材料的選用及其工藝分析； 畢業(yè)設計要求: 本畢業(yè)設計課題需要掌握機械產(chǎn)品設計、機械設計基礎、機械零件加工工藝、工程力學、工程制圖等相關知識及計算機輔助設計技能。本課題需要提交的數(shù)據(jù)資料及要求主要有以下幾點： （1）設計方案的規(guī)劃及分析對比必須在畢業(yè)設計說明書中體現(xiàn)出來； （2）智能拖地機產(chǎn)品結(jié)構設計要合理，提交合理、完整的3D模型； （3）智能拖地機相關機構的各種參數(shù)計算和分析并提供結(jié)果； （4）零部件裝配正確合理，并提供干涉分析結(jié)果； 1 總體方案的設計 1.1 方案設計的技術要求: 動力裝置：傳統(tǒng)的動力裝置已經(jīng)不符合當今時代的主流，即低碳，環(huán)保的主體，取而代之的是清潔，環(huán)保，無污染的裝置，并且本本畢業(yè)設計中輸出的功率不是特別大，因此，本畢業(yè)設計中選用蓄電池，滿足設計技術和使用要求。 傳動裝置：盡量多的運用大學所學過的知識，如《機械設計》，《機械原理》，《機械制圖》等，故設計中傳動裝置選用齒輪，帶輪，軸，軸承，鍵等零件，計算方便，真正學會用知識，學以致用。 其他裝置：設計的其他零部件要與以上所設計的裝置合理的配合，正確的裝配，以滿足設計任務書所需要功能，并容易于制造，成本較低，且安全可靠。 1.2 總體方案的確定: 根據(jù)設計任務書要求和實際的工作條件，最終想到了三種設計方案，如下： 方案一：通過電動機轉(zhuǎn)動帶動皮帶，使軸Ⅰ轉(zhuǎn)動，安裝在軸Ⅰ上的錐齒輪改變方向，帶動軸Ⅱ轉(zhuǎn)動，通過裝在軸Ⅲ上的帶輪，帶動小車前面的轉(zhuǎn)動圓盤旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動圓盤下面裝有毛刷，從而達到對地面拖地的功能，且小車近似設計成對稱結(jié)構，提高了效率。 圖1-1 方案一三維模型 方案二：通過電動機轉(zhuǎn)動帶動皮帶，使軸Ⅰ開始轉(zhuǎn)動，安裝在軸Ⅰ末端上的小帶輪開始轉(zhuǎn)動，通過皮帶，使軸Ⅱ開始轉(zhuǎn)動，軸Ⅱ上安裝有滾動圓柱，上面帶有毛刷，且接觸面積比較大，拖地效率好。 圖1-2 方案二三維模型 方案三：通過電動機轉(zhuǎn)動帶動皮帶，使軸Ⅰ開始轉(zhuǎn)動，，安裝在軸Ⅰ上下兩對的錐齒輪改變傳功方向，使軸Ⅲ開始轉(zhuǎn)動，再通過裝在軸Ⅲ上的帶輪，帶動小車前面的兩個轉(zhuǎn)動圓盤旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動圓盤下面轉(zhuǎn)動毛刷，進行拖地，且再通過安裝在軸Ⅰ末端的小帶輪轉(zhuǎn)動，通過皮帶，使軸Ⅱ開始轉(zhuǎn)動，軸Ⅱ上安裝有滾動圓柱，上面帶有干凈毛刷，對前面的滾動圓盤拖過的地面擦干，功能更加好。 圖1-3 方案三三維模型 經(jīng)分析方案一，方案二，方案三的優(yōu)缺點，結(jié)合實際情況，綜合考慮，選用方案三作為本畢業(yè)設計設計方案。 2 相關零件的計算 2.1 蓄電池的選擇: 2.1.1蓄電池分類： （1）鉛酸蓄電池 優(yōu)點：鉛酸電池最多。這個電池的價位很合理，被大多數(shù)人接受，且在全球我國是這種電池最大的生產(chǎn)者之一。其中含有污染的成分比較少，可回收性好，重復使用性好。 缺點：鉛蓄電池不足之處在于它的重量和體積和其他蓄電池相比是比較大的。目前鉛酸蓄電池基本上是浮動式電池的發(fā)展。浮充電池不適用于快速充電和放電電流，雖然花了很多精力和能量，提高生產(chǎn)相關的技術人員，并進入實際應用階段，但是其使用壽命還是非常不理想的。 （2）鋰離子電池 優(yōu)點：在與上面所述電池同樣的容量下，鋰離子電池的重量是比較小，它的比容比鎳氫電池提高了一個檔次，這樣滿足各層次人們的需求，各個行業(yè)就都可以使用了。而且鋰離子電池整個使用時間都是比比鎳氫電池使用時間長。目前大多數(shù)手機生產(chǎn)商的手機電池幾乎都是應用這類型的電池。 缺點：鋰電池內(nèi)阻比較大，動態(tài)使用問題有時會發(fā)生當電池完全放電的感情問題的汽車在尾車。鋰離子電池是在電池放電狀態(tài)爆炸，最重要的是，與手機電池單電池的使用，通過保護電路的匹配很好用的，基本上杜絕了電池爆炸的問題。但在拖地車上應用，必須要使用串連蓄電源組，而串連電源組的避危電路的復雜難度要遠遠超過一個電池的避危電路，并且其加工使用成本也相應的提高。到現(xiàn)在為止，一個較好的鋰離子電池的避危電路的價格與鋰離子電池自身價錢差不多。 （3）鎳鎘電池 優(yōu)點：鎘鎳電池電流特性優(yōu)于鎳氫電池的耐過充性能，比鎳氫電池做好的，我們中國是鎳鎘電池生產(chǎn)國，有人提出鎘污染的問題，我們中國仍然有一個很多的產(chǎn)品出口到歐洲鎳鎘電池及相關應用，歐洲在2006開始限制。根據(jù)中國中央電視臺廣播新聞，神舟五號是使用鎳鎘電池。這是因為其相對的高可靠性等優(yōu)點，引用的電池仍然是這個品種的在航空航天設備應用。因此，拖地車在這方面的鎘鎳電池退出應用程序，是否有一些過早？但鎘鎳電池和充電器的成本費用明顯低于鎳金屬氫化物電池，只要回收過程中做的好，電這種池應保留。 （4）鎳氫電池 ???? 優(yōu)點：鎳氫這種電池比是第一種所述的電池比容要上升一個高度，這種電池的使用時間也是比其他電池使用時間長，這其中各方面的特性也是比第一種電池的好。 缺點：鎳氫電池的應用，還存在一些實際的問題，比如：不小心讓電池連續(xù)不間斷的充電，就會導致電池內(nèi)部發(fā)生變化，使得鎳氫電池失效，不能正常的使用。因此，我們國家生產(chǎn)的電池，不僅要滿足平常人們使用要求，還應注意安全性方面。但是這些問題卻還沒有讓相關部門和廠商注意到。所以，鎳氫的電池發(fā)展收到較大程度的制約。 （5）聚合物鋰電池 ???? 優(yōu)點：鋰聚合物電池爆炸的殺傷力比鋰離子電池小。 缺點：但是，也存在著一些危險性的可能，因此安全性也是和鋰離子電池一樣需要我們時刻注意。 （6）鋅空電池 ???? 優(yōu)點：大比容的鋅空電池、在世界上以污染小，環(huán)保而著稱。電池采用手動替換的方法，換下電池上的舊鋅板，采用新的，這樣更換一次鋅板可用行駛于160公里到220公里。上海率先在全國開展了的鋅空氣電池的應用，許多熱電網(wǎng)點被建立，開創(chuàng)了電動車用鋅空氣電池的應用先例。。 ???? 缺點：到目前為止還沒有在上海以外的地方進行相應的測試，和使用成本也是一個鉛酸電池的數(shù)十倍。如果，更進一步擴大其應用的范圍，可能進一步降低使用成本的可能。 2.1.2選用蓄電池型號： 拖地機電池的應用需求過程中，質(zhì)量使用相對較輕，可以充電和放電，對身體有害的氣體絕對不能排除，且對環(huán)境無污染。。因此，在這次畢業(yè)設計中，獲取相關信息，用鉛酸電池，選擇類型：3-Q-90 ,有關的性能如下： 端電壓4.5V ，啟動容量22.5 使用壽命為充放電1500 次 放電深度90% 外形尺寸：長×寬×高=130mm×80mm×80mm 此蓄電池的外形圖如下： 圖2-1 蓄電池 2.1.3蓄電池性能： （1）將化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置，是按可再充電設計的電池； （2）安全，可靠，能量密度大； （3）污染，噪聲小，不會對環(huán)境帶來危害； （4）比能量，比功率大； （5）原材料易得，加工便宜； （6）可循環(huán)充電，使用的壽命較長； （7）輸出的功率能滿足設計要求； 2.2 電動機的選擇： 2.2.1電動機選擇方法： （1）電機參數(shù)：首先要明白的是電機的規(guī)格，絕緣，保護型的功能特性，額定電流，額定電壓，額定電源頻率等。這些內(nèi)容可以讓用戶對保護裝置的正確選擇提供參考依據(jù)； （2）環(huán)境條件：環(huán)境溫度，振動，主要指的是冷的，腐蝕，高溫，高空，風度，電磁污染； （3）電機用途：主要根據(jù)設計內(nèi)容，結(jié)構進行拖地機電動機的選擇，如輸出功率不是很大，體積，質(zhì)量輕； （4）控制方式：手動控制模式，自動，遙控，局部控制，對生產(chǎn)線的控制重點，單獨立操作等。 （5）啟動方式：直接，逆變器，星角，軟啟動，頻敏變阻器； （6）其他方面：用戶對現(xiàn)場生產(chǎn)監(jiān)護管理的情況，非正常性停機對生產(chǎn)影響的嚴重程度等； 2.2.2電動機的種類和特性： （1）按工作電源分類：可以分為直流電動機和交流電動機。 （2）按結(jié)構及工作原理分類：可分為直流電動機，交流電動機，異步電動機和同步電動機； 在移動設備和配套相應的電池更經(jīng)常使用的電機是直流電機和步進電機。 直流電動機：直流電動機擁有調(diào)速機能優(yōu)秀、起動簡易、能夠載重起動等長處，因此當前直流電動機的利用規(guī)模依然很廣泛，尤其是在可控硅直流電源出現(xiàn)以后。 步進電動機：電機停轉(zhuǎn)的時候具有最大轉(zhuǎn)矩，具有優(yōu)良的停轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)相應，較寬調(diào)速范圍，可靠性高，很好的位置精度和運動的重復性。 本次畢業(yè)設計的手推式拖地機的工作環(huán)境比較簡單，控制簡單，運行比較穩(wěn)定，所以選擇一個直流電機。 2.2.3齒輪減速電動機的選擇 減速電動機是由減速機和電機（馬達）組成的集成體，從而結(jié)合而成的機器才能叫減速電動機，這種集成體一般可以稱之為齒輪馬達或齒輪電動機。而減速電動機一般是由專業(yè)的減速電動機生產(chǎn)廠家進行集成拼裝后成套的生產(chǎn)。電動機運用很廣泛，可用于鋼鐵職業(yè)，機械職業(yè)等。減速電動機的運用，相對于其他的驅(qū)動部件來說，最大的好處是簡化部件，節(jié)約了空間。 圖2-2 齒輪減速電動機 2.2.4齒輪減速電動機的分類和特點： 減速電動機首先可分為以下這幾種種類：螺旋錐齒輪減速電機、大功率齒輪減速電機、YCJ系列齒輪減速電機、平行軸斜齒輪減速電機、同軸式斜齒輪減速電機等。減速電動機的特點首先具有以下的幾點： （1）減速電動機是傳動行業(yè)里的技術智慧結(jié)晶，具有很高的科技成分； （2）新型的齒輪減速電動機不僅節(jié)約空間，安全可靠，而且能承受一定的過載能力，功率能夠滿意客戶的需求； （3）新型的齒輪減速電動機能量消耗低，性能優(yōu)量； （4）新型的齒輪減速電動機震動小，噪音低，節(jié)能高，且選用了優(yōu)質(zhì)鍛鋼料，剛性鑄造的鐵箱體； （5）精細加工，包括定位精度，這一切構成了齒輪傳動總成的齒輪減速電動機裝配了各種類電動機，形成機電一體化，徹底包括了各類產(chǎn)物的運用； （6）減速電動機采用了模塊化、系列化的設計，具有很廣泛的適應性。而且同時可組合成其他多種電動機、裝置方位和布局計劃、可按實際需要挑選任意的轉(zhuǎn)速和各種不同布局方式； 2.2.5齒輪減速電動機優(yōu)點： （1）減速電動機相結(jié)合國際技術要求制造，具有較高的科技含量； （2）節(jié)約空間，可靠性高，承受過載能力強，功率可以達到95KW以上； （3）能耗相對低，性能強，減速電動機效率可以高達95%以上； （4）節(jié)能高，振動小，噪音低，選用優(yōu)質(zhì)的鋼材料，鋼性鑄鐵箱體，齒輪表面經(jīng)過高頻的熱處理； （5）經(jīng)過精密機械加工，確保其定位的精度，這所有一切構成了齒輪傳動組成的齒輪減速電動機相應配置了各類電動機，形成機電一體化，從而完全保證了產(chǎn)品使用的質(zhì)量特征； （6）產(chǎn)品擁有了模塊化、系列化設計的思想，具有廣泛的適應性，一系列的產(chǎn)品有很多的電動機組合、安裝位置和結(jié)構的方案，可按實際的需要從而選擇任意轉(zhuǎn)速和各種結(jié)構的形式； 2.3電動機功率計算： 拖地機拖地材料選擇纖維布，設拖地圓盤受力約為：=60N，轉(zhuǎn)速n1=60 r/min。 滾筒毛刷受力約為： =120N，轉(zhuǎn)速n2=60 r/min。 拖地圓盤轉(zhuǎn)矩： = =60×0.2=12 N·m 所需要的功率：==75W 拖地圓盤到錐齒輪間用帶傳動，設傳動效率為90%。 橫放錐齒輪Ⅲ軸的功率為： = /?=75÷90%=83.33W 錐齒輪間的傳遞效率為95% 豎放錐齒輪的功率為： = /?=83.33÷95%=87.72W 滾筒處的Ⅱ軸的轉(zhuǎn)矩為： = =120×0.3=36N·m 滾筒處的功率為： =226.18W 滾筒到主軸I用帶傳動，傳遞效率90% = / ?=226.18÷90%=251.31W 電動機到軸Ⅰ用皮帶傳動，設傳遞效率為90% 電動機的輸出功率為： P=(2+)/ ?=(2×87.72+251.31) ÷90%=446.24W 由于拖地機工作時速度為60 r/min，故選用12V500W低速齒輪電動機。  3 拖地機結(jié)構設計 3.1 傳動比分配 電動機軸到Ⅱ軸之間的總傳動比為： 9 分配各級傳動比，設電動機到Ⅰ軸的傳動比i=3 Ⅰ軸到Ⅱ軸的傳動比i=3 電動機到拖地圓盤之間的總傳動比： 9 電動機到Ⅰ軸的傳動比由上面可得為：i=3 錐齒輪在本設計中起轉(zhuǎn)變方向的作用，故傳動比設計為：i=1 橫放錐齒輪到拖地圓盤之間的傳動比為：i=3 3.2 帶輪的結(jié)構設計 3.2.1電動機和Ⅰ軸之間帶輪的設計計算 （1）確定計算功率P 表8-7查得工作情況系數(shù)=1 ==1×0.446kw=0.446kw （2）選擇普通V帶的帶型 根據(jù)=0.446kw 、=500r/min 由表8-4a選用Z型。 （3）確定帶輪的基準直徑并驗算帶速 初選小帶輪的基準直徑。 由表8-6和表8-8，取=22 mm 驗算帶速。 按中式（8-13）驗算帶的速度： ==0.19m/s 計算大帶輪的基準直徑得 i=3 ==322=66mm 圓整化為=88mm。 （4）確定V帶的中心距a和基準長度 初定中心距=245mm. 計算所需的基準長度 663mm 選帶的基準長度=630mm 計算實際中心距a 230mm （5）驗算小帶輪上的包角 （6）計算帶的根數(shù) 計算單根V帶的額度功率。 由=22mm和=500r/min，得：=0.09kw 根據(jù)=500r/min，=3和Z型帶，得：=0.01kw。 查表8-5得：=0.92 查表8-2得：=1.06 于是， =()=(0.09+0.01) 0.921.06=0.9kw 計V帶的根數(shù)。 Z== =0.5 由此可知，取1根即可。 （7）計算單根V帶的初拉力的最小值 取Z帶的單位長度質(zhì)量=0.06kg/m，所以 =231N 應使帶的實際初拉力＞。 （8）計算壓軸力 壓軸力的最小值為=2z=2231=411.2N 表3-1 V帶相關參數(shù) 帶型 基準直徑/mm 帶速v/m/s 基準長度 包角 V帶根數(shù) 最小壓軸力/N Y 22 80 0.19 230 150o 1 411.2 （9）帶輪結(jié)構設計 帶輪的材料 由于電動機的轉(zhuǎn)速不是很高，故選用HT150型。 帶輪的結(jié)構形式 V帶輪由輪緣、輪輻、和輪轂組成。根據(jù)V帶根數(shù)Z=1，小帶輪基準直徑=22，大帶輪基準直徑=80，小帶輪選擇實心式，大帶輪選擇腹板式。 V帶輪的輪槽 V帶輪的輪槽與所選用的V帶的型號相對應；V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面的夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與帶輪的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面的夾角做成小于40度，選擇38度。 V帶輪的技術要求 鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪轂上不允許有砂眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面缺陷進行修補；轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之要做動平衡。 表3-2 輪槽的截面尺寸 槽型 bd e δmin Y 8.5 2.0 7.0 120.3 7 38 5.5 大帶輪參數(shù)計算 輪轂寬度： 由于 所以，查參考文獻[7]表5—3得：取輪轂寬度為L=19mm 查，腹板厚度： 所以，取S=C/=6mm 輪轂孔徑d及d1: 查表15—3可知： 若使用40Cr的軸，則孔徑可取d=34mm，轂的公差帶可選D10，d2=1.8×20mm=34.2mm，取d2=35mm，鍵的寬度b=8mm。 查表8—10得；最小輪緣厚度δmin=5.5mm,取得輪緣的厚度為δ=5.5mm 小帶輪參數(shù)計算 輪轂寬度： 由于 所以，查表5—3得：取輪轂寬度為L=19mm 3.2.2Ⅰ軸Ⅱ軸之間帶輪的設計計算 （1）確定計算功率P 由表8-7查得工作情況系數(shù)=1 ==1×0.226kw=0.226kw （2）選擇普通V帶的帶型 根據(jù)=0.226 kw 、=167r/min 由表8-4a選用Z型 （3）確定帶輪的基準直徑并驗算帶速 初選小帶輪的基準直徑 由頁表8-6和表8-8，取=35mm 驗算帶速 按頁式（8-13）驗算帶的速度： ==m/s=0.31m/s 計算大帶輪的基準直徑得 i=3 ==335=105mm 圓整為=100mm。 （4）確定V帶的中心距a和基準長度 初定中心距=150mm. 計算所需的基準長度 500mm 由選帶的基準長度=500mm 計算實際中心距a 150mm （5）驗算小帶輪上的包角 （6）計算帶的根數(shù) 計算單根V帶的額度功率。 由=35mm和=167r/min，得：=0.36kw 根據(jù)=167r/min，=3和Z型帶，得：=0.03kw 查表8-5得：=0.92 查表8-2得：=1.06 于是， =()=(0.36+0.03) 0.921.06=0.38kw 計V帶的根數(shù)。 == 由此可知，取1根即可。 （7）計算單根V帶的初拉力的最小值 由參考文獻[1]表8-3得：Z帶的單位長度質(zhì)量=0.06kg/m，所以 =30.5 應使帶的實際初拉力＞。 （8）計算壓軸力 壓軸力的最小值為=2z=233=63.75N 表3-3 V帶相關參數(shù) 帶型 基準直徑/mm 帶速v/m/s 基準長度 包角 V帶根數(shù) 最小壓軸力/N Z 35 100 0.31 150 150o 1 33 （9）帶輪結(jié)構設計 大帶輪的材料 由于皮帶的轉(zhuǎn)速不是很高，故選用HT150型。 帶輪的結(jié)構形式 V帶輪由輪緣、輪輻、和輪轂組成。根據(jù)V帶根數(shù)Z=1，小帶輪基準直徑=35，大帶輪基準直徑=100，小帶輪選擇實心式，大帶輪選擇腹板式。 V帶輪的輪槽 V帶輪的輪槽與所選用的V帶的型號相對應；V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面的夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與帶輪的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面的夾角做成小于40度，選擇38度。 V帶輪的技術要求 鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪轂上不允許有砂眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面 缺陷進行修補；轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之要做動平衡。 表3-4 輪槽的截面尺寸 槽型 bd e δmin Z 8.5 2.0 7.0 120.3 7 38 5.5 大帶輪參數(shù)計算 輪轂寬度： 由于 所以，查參考文獻[7]表5—3得：取輪轂寬度為L=19mm 查，腹板厚度： 所以，取S=C/=6mm 輪轂孔徑d及d1: 查表15—3可知： 若使用40Cr的軸，則孔徑可取d=19mm，轂的公差帶可選D10，d1=1.8×20mm=34.2mm，取d1=35mm，鍵的寬度b=6mm。 查表8—10得；最小輪緣厚度δmin=5.5mm,取輪緣厚度取δ=5.5mm 小帶輪參數(shù)計算 輪轂寬度： 由于 所以，查表5—3得：取輪轂寬度為L=19mm 3.2.3 Ⅲ軸和Ⅳ軸之間帶的設計計算（一） （1）確定計算功率P 由表8-7查得工作情況系數(shù)=1 ==1×0.083kw=0..083kw （2）選擇普通V帶的帶型 根據(jù)=0.083 kw 、=167r/min 由表8-4a選用Z型 （3）確定帶輪的基準直徑并驗算帶速 初選小帶輪的基準直徑 由表8-6和表8-8，取=36mm 驗算帶速。按式（8-13）驗算帶的速度： ==m/s=0.31 m/s 計算大帶輪的基準直徑得 i=3 ==336=102mm 圓整為=100mm。 （4）確定V帶的中心距a和基準長度 初定中心距=300mm 計算所需的基準長度 800mm 選帶的基準長度=800mm 計算實際中心距a 300mm （5）驗算小帶輪上的包角 （6）計算帶的根數(shù) 計算單根V帶的額度功率 由=36mm和=167r/min，得：=0.36kw 根據(jù)=167r/min，=3和Z型帶，得：=0.03kw。 查由表8-5得：=0.92 查由表8-2得：=1.06 于是， =()=(0.36+0.03) 0.921.06=0.38kw 計V帶的根數(shù)z == 由此可知，取1根即可。 （7）計算單根V帶的初拉力的最小值 取Z帶的單位長度質(zhì)量=0.06kg/m，所以 =30.5 應使帶的實際初拉力＞。 （8）計算壓軸力 壓軸力的最小值為=2z=233=63.75N 所以 表3-5 V帶相關參數(shù) 帶型 基準直徑/mm 帶速v/m/s 基準長度 包角 V帶根數(shù) 最小壓軸力/N Z 36 100 0.31 300 150o 1 63.75 （9）帶輪結(jié)構設計 帶輪的材料 由于皮帶的轉(zhuǎn)速不是很高，故選用HT150型。 帶輪的結(jié)構形式 V帶輪由輪緣、輪輻、和輪轂組成。根據(jù)V帶根數(shù)Z=1，小帶輪基準直徑=36，大帶輪基準直徑=100，小帶輪選擇實心式，大帶輪選擇腹板式。 V帶輪的輪槽 V帶輪的輪槽與所選用的V帶的型號相對應；V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面的夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與帶輪的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面的夾角做成小于40度，選擇38度。 V帶輪的技術要求 鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪轂上不允許有砂眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面缺陷進行修補；轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之要做動平衡。 表3-6 輪槽的截面尺寸 槽型 bd e δmin Z 8.5 2.0 7.0 120.3 7 38 5.5 大帶輪參數(shù)計算 輪轂寬度： 由于 所以，?。喝≥嗇瀸挾葹長=19mm 查由，腹板厚度： 所以，取S=C/=6mm 輪轂孔徑d及d1: 查由表15—3可知： 若使用40Cr的軸，則孔徑可取d=20mm，轂的公差帶可選D10，d1=1.8×20mm=34.2mm，取d1=35mm，鍵的寬度b=6mm。 查由表8—10得；最小輪緣厚度δmin=5.5mm,取輪緣厚度取δ=5.5mm 小帶輪的計算 輪轂寬度： 由于 所以，查參考文獻[7]表5—3得：取輪轂寬度為L=19mm 3.2.4 Ⅲ軸和Ⅳ之間帶的設計計算（二） （1）確定計算功率P 由由表8-7查得工作情況系數(shù)=1 ==1×0.083kw=0..083kw （2）選擇普通V帶的帶型 根據(jù)=0.083 kw 、=167r/min 由由表8-4a選用Z型 （3）確定帶輪的基準直徑并驗算帶速 初選小帶輪的基準直徑 由由表8-6和表8-8，取=36mm 驗算帶速。按由式（8-13）驗算帶的速度： ==m/s=0.31 m/s 計算大帶輪的基準直徑得 i=3 ==336=102mm 圓整為=100mm。 （4）確定V帶的中心距a和基準長度 初定中心距=300mm. 計算所需的基準長度 800mm 選帶的基準長度=800mm 計算實際中心距a 300mm （5）驗算小帶輪上的包角 （6）計算帶的根數(shù) 計算單根V帶的額度功率。 由=36mm和=167r/min，得：=0.36kw 根據(jù)=167r/min，=3和Z型帶，得：=0.03kw 查表8-5得：=0.92 查表8-2得：=1.06 于是， =()=(0.36+0.03)0.921.06=0.38kw 計V帶的根數(shù) == 由此可知，取1根即可。 （7）計算單根V帶的初拉力的最小值 取Z帶的單位長度質(zhì)量=0.06kg/m，所以 =30.5 應使帶的實際初拉力＞。 （8）計算壓軸力 壓軸力的最小值為=2z=233=63.75N 表3-7 V帶相關參數(shù) 帶型 基準直徑/mm 帶速v/m/s 基準長度 包角 V帶根數(shù) 最小壓軸力/N Z 36 100 0.31 300 150o 1 63.75 （9）帶輪結(jié)構設計 帶輪的材料 由于皮帶的轉(zhuǎn)速不是很高，故選用HT150型。 帶輪的結(jié)構形式 V帶輪由輪緣、輪輻、和輪轂組成。根據(jù)V帶根數(shù)Z=1，小帶輪基準直徑=36，大帶輪基準直徑=100，小帶輪選擇實心式，大帶輪選擇腹板式。 V帶輪的輪槽 V帶輪的輪槽與所選用的V帶的型號相對應；V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面的夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與帶輪的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面的夾角做成小于40度，選擇38度。 V帶輪的技術要求 鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪轂上不允許有砂眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面缺陷進行修補；轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之要做動平衡。 表3-8 輪槽的截面尺寸 槽型 bd e δmin Z 8.5 2.0 7.0 120.3 7 38 5.5 大帶輪參數(shù)計算 輪轂寬度： 由于 所以，取得：取輪轂寬度為L=19mm 查，腹板厚度： 所以，取S=C/=6mm 輪轂孔徑d及d1: 查表15—3可知： 若使用40Cr的軸，則孔徑可取d=20mm，轂的公差帶可選D10，d1=1.820mm=34.2mm，取d1=35mm，鍵的寬度b=6mm。 查表8—10得；最小輪緣厚度δmin=5.5mm,取輪緣厚度取δ=5.5mm 小帶輪的計算 輪轂寬度： 由于 所以，查參考文獻[7]表5—3得：取輪轂寬度為L=19mm 圖3-1 帶輪三維結(jié)構 3.3 錐齒輪的設計計算 3.3.1第一對直齒錐齒輪的設計計算（一）： 壽命為5年（每年按300天計算） 傳動功率：P錐=P3=0.087×0.98×0.98=0.084kw 錐齒輪用于轉(zhuǎn)換方向: （1）選擇齒輪材料和精度等級 查表10-1選擇齒輪材料為45號調(diào)質(zhì)鋼，大小齒輪都選擇硬度為250HBS。等級為8級。 選齒輪齒數(shù)： 取Z錐1=Z錐2=17， 傳動比：U=1，轉(zhuǎn)速：n錐=167 r/min （2）按齒面接觸疲勞強度設計 由齒面接觸疲勞強度設計公式d1t 進行計算。 選載荷系數(shù)Kt=1.6 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1=9.55×106 =9.551060.084/30=26740N·mm 表選取齒寬系數(shù) 確定彈性影響系數(shù)查表10-6得ZE=189.8 確定區(qū)域載荷系數(shù)標準直齒圓錐齒輪傳動ZH=2.5 由公式10-13計算應力循環(huán)次數(shù)。 N1=60n1jLh=60×167×1×(2×8×300×5)=2.4 N2=60n2jLh=60×167×1×(2×8×300×5)=2.4 查圖10-19曲線得接觸疲勞強度壽命系數(shù) KHN1=0.93 ， KHN2=0.93 查圖10-21d得接觸疲勞強度極限應力 Hlim1= 600MPa ， Hlim2=600MPa 計算接觸疲勞許用應力 取失效率為1%，安全系數(shù)Sh=1.0. MPa MPa 由接觸強度計算小齒輪的分度圓直徑 d1t =83.2 mm ——材料的彈性影響系數(shù) ——錐齒輪傳動的齒寬系數(shù) ——直齒錐齒輪的載荷系數(shù) u ——齒數(shù)比 ——許用接觸應力 計算齒輪的圓周速度 齒輪的使用系數(shù)載荷狀況以均勻平穩(wěn)為依據(jù)查表10-9得KA=1.0 dm1=d1(1-0.5)=83.2×(1-0.5×0.3)=70.72mm 由圖10-8查得KV=1.0 取KHa=KFa=1.0 取軸承系數(shù)=1.10 所以可得 =1.5×1.10=1.65 接觸強度載荷系數(shù) =1.0×1.0×1.0×1.65=1.65 按實際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑 84.5mm 模數(shù)：m= =4.97 取標準值m=6.5 則計算相關的參數(shù)： d1=z1m=17×6.5=110.5mm d2=z2m=17×6.5=110.5mm 錐距：=110.5×=78mm 圓整并確定齒寬 圓整取b2=25 mm ，b1=25mm （3）校核齒根彎曲疲勞強度 確定彎曲強度載荷系數(shù) =1.0×1.0×1.0×1.65=1.65 計算當量齒數(shù)： =24 =24 查表10-5得 =2.65 =2.65 =1.58 =1.58 計算彎曲疲勞許用應力： 由圖得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.83, KFN2=0.83 取安全系數(shù) SF=1.4 由圖（10-20c）FN1=440 MPa , FN2=440 MPa 按脈動循環(huán)變應力確定許用彎曲應力- =MPa=260.86MPa =MPa=260.86MPa 校核彎曲強度： 根據(jù)彎曲強度條件公式進行校核： ==75.2 ==75.2 滿足彎曲強度，所選參數(shù)合適。 大小錐齒輪各參數(shù)詳情參見以下列表: 表3-9 錐齒輪參數(shù) 名稱 代號 參數(shù) 小齒輪 大齒輪 分錐角 齒頂高 mm 齒根高 mm 分度圓直徑 d mm mm 齒頂圓直徑 mm mm 齒根圓直徑 mm mm 錐距 R R=mm 齒根角 頂錐角 根錐角 頂隙 c 分度圓齒厚 s 當量齒數(shù) 齒寬 B ，這里取B=25 3.3.2第二對直齒錐齒輪的設計計算 壽命為5年（每年按300天計算） 傳動功率：P錐=P3=0.087×0.98×0.98=0.084kw 錐齒輪用于轉(zhuǎn)換方向: （1）選擇齒輪材料和精度等級 查表10-1選擇齒輪材料為45號調(diào)質(zhì)鋼，大小齒輪都選擇硬度為250HBS。等級為8級。 選齒輪齒數(shù)： 取Z錐1=Z錐2=17， 傳動比：i=1，轉(zhuǎn)速：n錐=167 r/min （2）按齒面接觸疲勞強度設計 由齒面接觸疲勞強度設計公式d1t 進行計算。 選載荷系數(shù)Kt=1.6 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1=9.55×106 =9.551060.084/30=26740N·mm 選取齒寬系數(shù) 確定彈性影響系數(shù)得ZE=189.8 確定區(qū)域載荷系數(shù)標準直齒圓錐齒輪傳動ZH=2.5 由公式10-13計算應力循環(huán)次數(shù)。 N1=60n1jLh=60×167×1×(2×8×300×5)=2.4 N2=60n2jLh=60×167×1×(2×8×300×5)=2.4 查參圖10-19曲線得接觸疲勞強度壽命系數(shù) KHN1=0.93 ， KHN2=0.93 查圖10-21d得接觸疲勞強度極限應力 Hlim1=600MPa，Hlim2=600MPa 計算接觸疲勞許用應力 取失效率為1%，安全系數(shù)Sh=1.0. MPa MPa 由接觸強度計算小齒輪的分度圓直徑 d1t =83.2 mm ——材料的彈性影響系數(shù)。 ——錐齒輪傳動的齒寬系數(shù)。 ——直齒錐齒輪的載荷系數(shù)。 u ——齒數(shù)比。 ——許用接觸應力。 計算齒輪的圓周速度 齒輪的使用系數(shù)載荷狀況以均勻平穩(wěn)為依據(jù)查表10-9得KA=1.0 dm1=d1(1-0.5)=83.2×(1-0.5×0.3)=70.72mm 由]圖10-8查得KV=1.0 取KHa=KFa=1.0 取得軸承系數(shù)=1.10 所以由公式得 =1.5×1.10=1.65 接觸強度載荷系數(shù) =1.0×1.0×1.0×1.65=1.65 按實際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑 84.5mm 模數(shù)：m= =4.97 取標準值m=6.5 則計算相關的參數(shù)： d1=z1m=17×6.5=110.5mm d2=z2m=17×6.5=110.5mm 錐距：=110.5×=78mm 圓整并確定齒寬 圓整取b2=25 mm ，b1=25mm （3）校核齒根彎曲疲勞強度 確定彎曲強度載荷系數(shù) =1.0×1.0×1.0×1.65=1.65 計算當量齒數(shù)： =24 =24 查參考文獻[1]表10-5得 =2.65 =2.65 =1.58 =1.58 計算彎曲疲勞許用應力： 由圖得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.83, KFN2=0.83 取安全系數(shù) SF=1.4 由圖（10-20c）FN1=440 MPa , FN2=440 MPa 按脈動循環(huán)變應力確定許用彎曲應力- =MPa=260.86MPa =MPa=260.86MPa 校核彎曲強度： 根據(jù)彎曲強度條件公式進行校核： ==75.2 ==