手推式地面清扫机械设计(全套含CAD图纸和说明书)
压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘 要随着社会迅猛的发展,人们生活的节奏也加快了脚步,人们身上的压力也随之增大了,所以很少会有人还愿意打扫自有人己的房间。这就使得清洁手推式地面清扫机械有了广大的市场。但是现在市场上存在的手推式地面清扫机械质量好的一般价格也比较昂贵,希望通过这次设计,可以降低手推式地面清扫机械的生产成本,使得手推式地面清扫机械能够进入更多人的生活当中。根据手推式地面清扫机械清洗作业的要求,机器人首先必须具备清洗作业功能和控制功能,此外手推式地面清扫机械还必须在地面进行和移动。本设计是针对现有清扫机械存在的问题,进行了分析和研究,找出了存在的主要问题,查阅了手推式地面清扫机械的相关信息,拟定出了传动的设计方案,选择确定了手推式电动洗地机的总体方案。清扫机械主要包括箱体,支撑架,滚刷,盘刷,电机,齿轮传动系统等组成。其中,通过电机带动刷子转动,使刷子压紧,随后产生一定的清洗压力,能达到较好的清洗。关键词:手推式地面清扫机械;运动原理;结构设计 XII压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985ABSTRACTToday, 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 days 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 peoples 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 designII目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题的研究意义11.2 选题的研究现状11.3 国内外研究现状22 手推式地面清扫机械总体方案设计62.1 手推式地面清扫机械的总体方案62.2 手推式地面清扫机械传动系统的选择62.3 手推式地面清扫机械的选择方案72.4 其它部分方案82.5 本章小结93 手推式地面清扫机械的传动系统设计103.1 电动机的选择103.2 直齿轮副的设计计算113.3 锥齿轮副的设计计算163.4 中心轴管的受力分析193.5 中心轴管的强度校核203.6 键的校核213.7 轴承的选择与校核213.8 蓄电池的选择223.9 本章小结234 手推式地面清扫机械的清洗系统设计244.1 清洗机方案的比较与确定244.2 清洗机器清洗部分设计264.3 内空心轴设计284.4 本章小结285 其他辅助系统设计295.1 同步带的概述及计算295.2 轴的设计335.3 轴的校核345.4 键的校核345.5 吸尘机构设计346 万向轮356.1 万向轮的应用356.2 万向轮的总体设计357 车架的设计387.1 架子材料的选择确定387.2 主要梁的强度校核388 结 论40参 考 文 献41附录1:外文翻译42附录2:外文原文49致 谢54手推式地面清扫机械设计 1 绪论1.1 课题的研究意义社会的快速发展导致了人们的生活节奏也越来越来快,已经很少人会愿意自己亲自清洁房间了,这也就使得手推式地面清扫机械进入更多人的生活当中。1.2 选题的研究现状国外的手推式地面清扫机械因为有着几十年的发展史,再加之基础零部件的可靠性比较高,因此都有一个共同的特点,可靠性相对国内产品要高。而且早已广泛的应用了先进的电子技术,有些还应用了有线和无线的遥控。目前,国外在手推式地面清扫机械器人的研究领域完成了许多工作,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经开发出了智能吸尘机器人。而在国内,各大科研机构和高等院校也都开始进行手推式地面清扫机械的研究。哈尔滨工业大学于20世纪90年代开始致力于这方面的研究,与香港中文大学合作,联合研制开发出一种全方位移动手推式地面清扫机械器人。浙江大学于1999年初对智能机器人进行研究,两年后便成功研制出国内第一个具有初步智能的自主吸尘机器人。虽然我国研制出的手推式地面清扫机械在品种规格上和使用性能上已基本能够满足国内各种需求,但是国产产品存在外形仍旧单调、功能单一、操作不方便、清洗效率低等问题。德国 Kaercher 公司生产的RC3000是世界上第一台能够自主完成家庭地面打扫工作的清洁手推式地面清扫机械器人19,如图1.1 所示,这款手推式地面清扫机械的内部装有芯片控制系统以及光电传感器,一旦手推式地面清扫机械在清洗过程中检测到有任何异物的存在,它就可以随机的改变行进的方向,继续进行打扫,一直到打扫工作彻底完成。当电源电压不足时,它会自主地返回充电站进行充电。在这款手推式地面清扫机械的内部一共设置了四种清洁程序,手推式地面清扫机械会根据环境的不同来选择最合适的程序进行打扫。在手推式地面清扫机械的内部装有光敏传感器,当手推式地面清扫机械打扫到距离楼梯或者台阶时,能够自动避让,不会跌落18。跟着经济的开展和社会进步,大家对生活质量的需要愈来愈高,交通快捷也就越来越变成社会开展的迫切需要,所以路面的打扫和保洁也越来越受到各界的关注,多年来构成的人工打扫的模式明显已经不习惯中国高等公路开展的客观需要了,人工打扫会造成粉尘飞扬,严重影响到了清洁工人的身体安康安全,也不可避免的形成了环境二次污染。在公路上车辆的高速前行对清洁工人的生命安全也形成了潜在要挟,这就需要我们有必要开括清扫机械的发展,只有这样才能满意敏捷开展的高等级公路的客观需要,才能使大家生活在洁净安康的环境中,这也是人类二十一世纪高品质生活的重要目的。从20世纪60年代的中国研制出产路面打扫机械开端,已有40多年的发展历史了,可是中小型清扫机械的研制开发才刚刚起步。有关于发达国家,中国地面清扫机械在出售规划、技术水平和打扫作用等方面都存在着差距。随着公共环境卫生及工厂清洗机械商场的迅猛发展,2005年之后,国内地面清扫机械开始出现了疾速发展的趋势。但是与之国外的地面清扫机械比较,国内还是处于停留在商场的初级发展期间。中国逐渐进入了现代化社会,所以陈腐、落后的清洁设备和方法,早已不能满意于社会发展进步的需求了。关于自动化洗地用具,大家最最常见的就是马路上的洗地车了,它可以进行大面积的清扫,而且作业功率高,节省人力和物力。可是,小面积区域的清扫还再沿袭着传统的手艺洗地工具,例如扫帚。其作业功率较低、糟蹋人力和物力资源。随着现代生活节奏的加速及居住面积的越来越大,居家清洁面积上的清洁作业也越来越繁重了,严重影响到了大家的生活。因而急需要开发一种价格低廉、省时省力可以清洁像院子、小区、冷巷、走廊等小区域场所的小型清洁设备。1.3 国内外研究现状国内手推式地面清扫机械的开展阅历进程如下;第一期间,20世纪60时代,中国研制出纯扫式手推式地面清扫机械,因为纯扫式手推式地面清扫机械具有诸多缺陷,例如功用差、质量差、外观差等,加之又受限于中国的体系和其时城市环卫部分的经济状况,故只有少量大城市运用了纯扫式手推式地面清扫机械。直至20世纪80时代末,建造部长沙建造机械研讨院规划出了中国第一台吸扫式结合的手推式地面清扫机械。它以其纯扫式手推式地面清扫机械的优势为基础的无可比拼的优势,进入中国的发展市场。如今,在中国销售手推式地面清扫机械的商场中,吸扫式结合的手推式地面清扫机械的占有率为95%以上。第二期间,20世纪晚期,是中国手推式地面清扫机械发展最为快速的时候,手推式地面清扫机械的运用不但从大中城市扩展到小城市,还有高速公路,而且不少国内企业和城镇居民小区也开始选用了手推式地面清扫机械进行路面的清扫。因此,商场需求开始膨胀,各种类型和各种标准的吸扫式地面清洁车开始不断的涌现到市面。当前,中国手推式地面清扫机械大都为2t8t汽车底盘改装,这种手推式地面清扫机械转场速度快,合适于大面积、远距离打扫,常用于城市主干道、城乡结合部、高速公路的路面打扫作业。这些年,随着手推式地面清扫机械商场的不断扩展,对手推式地面清扫机械的用户需要也在发生不断的变化,中小型全液压式地面清洁车选用单台发动机传动,油耗低;行进无级变速,清洁效果好,清洁效率也高,清洁车的驾驶室视界好等长处,所以备受新老顾客的喜爱,格外对城市大街和非公路手推式地面清扫机械用户而言。不少手推式地面清扫机械的生产公司也研发了专用底盘的中小型全液压手推式地面清扫机械,多种标准的中小型全液压手推式地面清扫机械也被投放到了商场里面。第三期间,2000年之后,国内路面打扫商场开始出现发展迅猛的趋势。如长沙中标公司、天津洗地王公司等专业出产公司,均获得了好的开展趋势。随之而来的是三一重工股份有限公司等其它公司也开始了对路面手推式地面清扫机械的研制和生产,并取得了较好的开展空间。目前,国产路面手推式地面清扫机械的种类标准、运用功用已经能够根本的满意国内的发展需要,商品标准也从2t到8t。与国外比较,大型商品所占份额不大,商品种类较少,量也较低。手推式地面清扫机械的本身为扁平结构,极大地方便了清洗,通常一些我们平常不容易清洁的地方,对手推式地面清扫机械而言,却可以很轻松地完成,如图1.2所示: 图 1.1 RC3000 和充电站 图 1.2 RC3000 清洗工作图“三叶虫”诞生于英国,这是一款问世较早并且功能强大的吸尘器,如图1.3所示。它内部装有超声波探测器,可以迅捷地探测到障碍物的存在并绕开能够自由穿梭清洗,同时可以自主的设计出最优行走路线;这款手推式地面清扫机械能够分三个档位来工作,分别为正常、快速和点清理18;每当它的垃圾盒被垃圾充满之后,就会自动发出警报;如果有些地方不需 “三叶虫”打扫,只要贴上特制的磁带就能够限制它独特的打扫范围。“三叶虫”的电源是可充电的,电量充满之后大概可以持续工作1个小时左右。图1.3 伊莱克斯的“三叶虫”2002年9月手推式地面清扫机械“Roomba”在美国面世,它的重量大约是2千克,直径30英寸2。这款清扫机械拥有较高的自主工作能力,它的体积较小,因此能够轻松地把房间内各个角落的垃圾打扫干净。当 “Roomba”进行清扫时,它的动作不会太快但是打扫出来的效果却很好,在主人外出之前,可以设定它开始自主工作,当打扫完成之后,它就会自主切断电源,进入待机状态,如图1.4所示:图1.4 美国“Roomba”手推式地面清扫机械国内现状:1999 年初,浙江大学机械电子研究所开始进行智能吸尘手推式地面清扫机械的研究,两年后设计成功国内第一个具有初步智能的自主吸尘手推式地面清扫机械,与苏州TEK 公司合作研发,到2003 年系统在自主能力和工作效率上都有了显著提高1。手推式地面清扫机械工作之前,需要先进行环境探测,从而决定清洗时间;然后,计算出效率高的清洁路径;在打扫完成之后,手推式地面清扫机械就会自动返回充电站充电。不过因为系统在进行升级,所以并没有产品进入市场。之后国内推出了手推式地面清扫机械KV8,这款手推式地面清扫机械防跌落,可以自主清洗,同时价格便宜。但是这款手推式地面清扫机械没有充电站,只能靠人工进行充电。国内众多品牌清洁手推式地面清扫机械中,科沃斯手推式地面清扫机械是比较出名的。市场上平均卖出3台清洗手推式地面清扫机械,当中有2台就是科沃斯的。科沃斯清洁手推式地面清扫机械利用涡轮增压系统提高手推式地面清扫机械的清洗动力,从而使得手推式地面清扫机械打扫房间的质量得到保障。这款手推式地面清扫机械能够自主选择最佳清洁模式;具有防碰撞,防跌落的设计;预约定时,自动充电,让智慧清洁有始有终。如图1.5所示:图1.5 科沃斯洗地手推式地面清扫机械 2 手推式地面清扫机械总体方案设计具体设计参数如下:要求清洁面积在500-3000平方米。工作效率2600m2/H,各运动部件的设计完成扫地、洒水、洗地、擦地、吸水、干地等各项功能。由于考虑到是采用人工手推的方式进行,所以清扫机械的外形尺寸不适合做的太大,这样人操作起来很费力。2.1 手推式地面清扫机械的总体方案手推式地面清扫机械主要由电机,滚刷和盘刷的双刷结构,齿轮传动系统,万向轮和车架等组成。根据以上提出的技术性能及要求,初步确定手推式地面清扫机械的总体设计方案,如下图2.1所示:图2.1 手推式地面清扫机械的总体设计方案2.2 手推式地面清扫机械传动系统的选择 通过电动机带动锥齿轮实现转动的传递,然后通过齿轮啮合将转动传递给盘刷,之后以带传动传递给另外一对滚刷。如下图2.2所示:图2.2 传动系统的设计方案2.3 手推式地面清扫机械的选择方案第一种结构方案:如下图2.3所示:第一种结构是由盘刷,滚刷和风扇组成的,但是密封不够严谨。图2.3 结构一的示意图第二种结构方案:结构简图如下图2.4所示:第二种结构是由盘刷,滚刷,支撑轮和风扇组成的,清洗效率较高,可靠性较好,但是结构不对称,中心不稳, 容易引发振动。图2.4 结构二的示意图第三种结构方案:第三种结构方案是盘滚组合式清洗,使其机体的振动问题减小,机体尺寸也减小。如下图2.5所示:图2.5 结构三的示意图故此,根据以上三种方案进行了对比,选择第三种结构方案较为合理。2.4 其它部分方案2.4.1 材料选择由于考虑到是人工手推的方式,所以设计机构应该采用轻载荷,如下表2.1所示:表2.1 材料选择2.4.2 轮的润滑问题齿轮的材料为聚甲醛,故不考虑齿轮的润滑问题。2.4.2 轴承的润滑问题根据非标准设备设计手册P.582,润滑方式选择为脂润滑,润滑脂为钙机润滑脂。2.5 本章小结本章内容是我根据老师给的参考建议进行了对手推式地面清扫机械的总体设计方案的选择和确定。并且对清洗系统方面进行了设计和选择,以确定设计的可行性和稳定性。再此基础上有进行了对材料的选择和确定。3 手推式地面清扫机械的传动系统设计3.1 电动机的选择为手推式地面清扫机械进行合适的电机选择,才能保证系统的可靠工作和经济地运行。由于考虑到机构的工作的功率不是很大,所以拟采用Y90L-4电动机。查机械设计课程设计手册,选择其铭牌如下表3.1所示:表3.1 Y系列三相异步电动机(a) (b)图3.1 电动机Y90L-4电动机的安装技术参数,如下表3.2所示:表3.2 电动机的安装技术参数3.2 直齿轮副的设计计算由于功率为: P=1.5kw小齿轮转速为:n1=1500r/min传动比为:i=4.1工作时可能有轻微的冲击,所以齿轮要对称布置。(1) 对齿轮的材料进行选择为:z1=32z2=iz1=4.132=131.2 (3.1)取圆整,得: z2=129(2)齿数比=z2z1=12932=4.03 (3.2)验算传动比误差, 100%=1.7%所以允许。(3)选择齿宽系数d为: d=0.275小齿轮直径为:d1估=80mm则齿宽为:b估=dd1=0.27580=22mm (3.3)(4)齿轮圆周速度及传动精度等级为:v估=d1n1601000=801500601000m/s=6.28m/s, (3.4)故此,选用7级精度,小齿轮转矩 (3.5)(5)定重合度系数、 (3.6) 由公式(5.2)可知定重合度为:=1.88-3.2132-1129=1.755 (3.7)根据机械设计手册中公式得:=0.865 (3.8) =0.25+0.751.755=0.677 (3.9)(6)载荷系数、 KF=KAKVKHKH (3.10)1) 齿向载荷分布系数为: KF=1.292) 动载系数 为:kv=1.14 3) 载荷分配系数、 KAFtb=21.359.551032280=14.65N/mm100N/mm (3.11)4) 使用系数 为:kA=1.35查参考文献1表10.3得 (3.12) KF=1Y=1/0.677=1.48 (3.13)5) 载荷系数k 由公式(5.3)可算得 KF=KAKVKFKF=1.351.141.291.34=2.66 (3.14) KH=1.351.141.291.34=2.66 (3.15) KF=KAKVKFKF=1.351.141.481.29=2.94 (3.16)3.2.1 齿面接触疲劳强度设计确定许用应力为: th=82005=8000h (3.17) N1=60ynth=60115008000=7.2108 (3.18) N2=N1u=7.21084.03=1.79108 (3.19)查文献1图10.23,得KFN1=1,KFN2=1。Hlim1=630Mpa,Hlim2=490Mpa因此,安全系数为:S=1。H1=KHN1lim1sH=630Mpa (3.20) H2=KHN2lim2sH=490Mpa (3.21) 则取两者中较小者为该齿轮副的接触疲劳许用应力,即:H=490Mpa(1) 查得: ZE=190Mpa1/2 ZH=2.5(2)计算小齿轮分度圆直径d1t d1t32KHtT1du+1uZHZEZH2=64.5mm (3.22)(3)主要几何参数:1)初算中心距为:a0=u+1d1min2=166.9mm (3.23)a =200mm2)模数m 为:m=2az1+Z2=220032+129=2.48mm (3.24)按标准,取:m=2.5mm3)分度圆直径 d1、 d2: d1=z1mn=2.532=80mm (3.25) d2=z2mn=2.5129=322.5mm (3.26)取为 d2=320mm4)确定齿宽 大齿轮齿宽为: =b=22mm 小齿轮齿宽为: =32mm3.2.2 齿根抗弯疲劳强度设计(1)求许用弯曲应力 1)应力循环次数 、为:NF1=7.2108 NF2=1.791082)其中寿命系数、 为: YN1= YN2=13)极限应力 Flim1、Flim2 由文献1图9.21取得: Flim1=220MPa, Flim2=170MPa4)尺寸系数 根据查 机械设计手册 图8.2-26得:YX=15)安全系数 根据查 机械设计手册 表8.2-13得:SF=1.56)计算疲劳许用应力:根据查 机械设计手册 式(8.2-20)得,许用应力为: F1=2FlimYN1YXSF=2220111.5=293MPa (3.27)F2=2FlimYN2YXSF=2170111.5=227MPa (3.28)(2)齿形系数、 及应力修正系数YSa1、Ysa2由用插值法查表10.17得, YFa1=2.5 YFa2=2.15YSa1=1.63 Ysa2=1.82 (3.29) (3.30)3.2.3 齿面静强度设计(1)确定许用接触应力为:其中的静强度安全系数:,寿命系数:根据查 机械设计手册 式(8.3-21)得出: Hmax=H2ZN2SHZN2SH=4901.6111.1=712.7Mpa (3.31)(2) 校核齿面静强度 其中最大接触应力为: Hmax=H22T11T1KAKV=558.6MpaHmax (3.32)3.2.4 齿根静强度验算(1)许用弯曲应力为: 查得静强度安全系数:,寿命系数: (3.33) (3.34)(2)求最大弯曲应力并校核计算 : (3.35) (3.36)所以,静强度满足要求。图3.2 圆柱齿轮的示意图3.3 锥齿轮副的设计计算3.3.1 基础尺寸确定(1)小锥齿轮的传递转距为:T=106.4N.M齿轮大端分度圆直径为:,大端模数为:则齿数为: 齿轮小端分度圆直径为(2)轴交角为: (3)齿宽为: 取b=24mm(4)其中分锥角为: (3.37)(5)外锥距为: (3.38)(6)其中的齿顶高为: (7)其中的齿根高为: (8)其中的齿高为: (9)其中的直径为: (3.39) (3.40)(10)齿根角为: (3.41)(11)齿顶角为: (12)顶锥角: (3.42)(13)根锥角: (3.43)(14)冠顶距: (3.44),所以,选择传动等级为8级。3.3.2 确定载荷系数K根据已知的条件得出: ,其中:齿向载荷分布系数取:载荷系数为: (3.45)3.3.3 齿面接触疲劳强度计算(1)许用应力 :根据已知的条件得出: 其中接触疲劳极限取为: (3.46)(2)其中弹性系数 为:(3)其中节点区域系数 为:(4)其中分度圆直径为: (3.47)(5)其中验算速度为: (3.48)平均线速度为: (3.49)(6)确定模数m为: (3.50)3.3.4 齿根抗弯疲劳强度计算(1)确定许用弯曲应力、 为:1)查得其寿命系数为:2)查得其安全系数为:3)其中的尺寸系数为:4)其中的极限应力, 为:5)许用弯曲应力为: (3.51)(2)齿形系数,为:1)其中分锥角取得:2)当量齿数查得: 3)查得:,4)应力修正系数为: ,5)校核齿根抗弯疲劳强度为: (3.52) (3.53) (3.54)三式联立求得: (3.55) (3.56)所以,满足要求。图3.3 锥齿轮的示意图3.4 中心轴管的受力分析(1)在水平平面的支反力,由,得: (3.57)(3.58)为负值说明方向与假设方向相反。由,得 (2)在垂直平面内的支反力,得:1)在水平平面的弯矩为: (3.59) (3.60)2)在垂直平面的弯矩为: (3.61)3)在D截面做出的最大合成为: (3.62) (3.63)4)做转矩图: 图3.4 转矩图3.5 中心轴管的强度校核其中截面D处弯矩较大,所以要进行对D处截面进行强度的校核。其中安全系数校核计算: (3.64)平均应力为: ,=270MPa根据机械设计手册第三卷,在表19.3-6,并根据配合查得 =2.62;在表19.3-11,查得=0.81;在表19-3-8,查得=0.92; (3.65)切应力幅为: (3.66)平均应力为:(3.67)轴D截面的安全系数由式(19.3-1)确定为: (3.68)由机械工业出版社出版的机械设计手册 中的表19.3-4得出, S=1.31.4,故SS,该轴D截面是安全的。同理,输出轴符合强度校核要求。3.6 键的校核许用挤压应力为:,取得:。其中键的工作长度为:,其中键与轮榖键槽的接触高度为:。 (3.69)所以,键的标记为:3.7 轴承的选择与校核1轴承的选择计算(1)轴承的校核轴选用的是深沟球轴承6205,其轴承的基本额定负荷为19.5KN。(2)轴传递的转矩 (3.70) (3.71) (3.72)根据图3.5可以得出轴承的径向力为:图3.5 受力分析和受力图在水平面上: (3.73) (3.74) (3.75)取,则有: (3.76)轴承的寿命计算: (3.77)(3)其他轴的轴承校核同上,均符合3.8 蓄电池的选择选用蓄电池型号:由于手推式地面清扫机械所使用的需求,蓄电池在使用的过程中要求完全放电,不污染环境。所以,为3DAW250。表3.3 蓄电池的性能3.9 本章小结本章对传动系统的电机进行了选择以及传动系统的锥齿轮和直齿圆柱齿轮进行了设计计算及强度校核,使之满足该设计的传动要求。之后有进行了对蓄电池的选择。 4 手推式地面清扫机械的清洗系统设计4.1 清洗机方案的比较与确定在手推式地面清扫机械的清洗机构的设计中想到的几种方案如下:(1)第一种方案是电机将转动传递给斜齿轮1,然后斜齿轮1带动斜齿轮2,进而实现清洗。如下图4.1所示:图4.1 清洗机构一的示意图(2)第二种方案是电机将转动传递给锥齿轮1,然后锥齿轮1带动锥齿轮2,由锥齿轮2上的轴连接滚刷,进而实现清洗。如下图4.2所示:图4.2 清洗机构二的示意图(3)第三种方案是电机将转动传递给蜗杆,蜗杆两端连接蜗轮,然后两个蜗轮的轴上分别连接刷子,从而实现清洗。如下图4.3所示:图4.3 清洗机构三的示意图(4)第四种方案是电机将转动传递给蜗杆,蜗杆两端接蜗轮,然后两个蜗轮分别接皮带轮,皮带轮上的轴接刷子,从而实现清洗。如下图4.4所示:图4.4 清洗机构四的示意图(5)第五种方案是电机将转动传递给锥齿轮,然后传递给圆柱齿轮,带动盘刷,通过同步带带动滚刷,从而实现清洗。如下图4.5所示:图4.5 清洗机构五的示意图通过对以上5种方案进行对比,最终选择第5种方案为清洗机构较为稳妥。4.2 清洗机器清洗部分设计图4.6 双刷结构的示意图假设:手推式地面清扫机械的清洗速度为:0.2m2/s。4.2.1 手推式地面清扫机械中盘刷的设计它是通过采用在盘刷上栽塑料毛,塑料毛且具有一定的弹性可以进行躲避,从而顺利的进行清洗和通过。其盘刷的设计如表4.1所示:表4.1 盘刷的设计盘刷和联轴器是可以通过螺栓来装配连接。其中联刷体:采用联刷器可以使盘刷具有可换性,也可调节盘刷和地面之间的距离。联刷体的材料应尽量选轻。其结构如下图4.7所示:图4.7 联刷体的示意图(3)技术要求其技术要求如下表4.2所示:表4.2 技术要求4.2.2 滚刷设计滚刷的设计原理与盘刷的设计原理是相同的,都是在其橡胶轴上栽刷毛。其中滚刷的半径为106,有刷毛部分的长度为940。滚刷结构如下图4.8所示:图4.8 滚刷的示意图因此,盘刷和滚刷的组合结构共用同一个电机,应采用的是普通的三相电机。因为,其盘刷的刷毛与清洗的地面之间的摩擦系数为:0.10.2,取:=0.15所以,转矩为 : (1)盘刷与滚刷的洗力矩为:盘刷为: (4.1) 滚刷为: (4.2)(2)初定盘刷的转速为:360r/min表4.3 电机选择4.3 内空心轴设计为了在盘刷的中心可以喷清洗液,并且使喷嘴不可以随盘刷进行转动,所以必须在盘刷内用滚动轴承来进行固定。空心轴的一端连接盘刷体,另一端与水桶的水管进行连接,在盘刷体进行转动时,空心轴固定不动。其手推式地面清扫机械在其工作时,水会从中间的孔流出来,喷射到地面上。其结构如下图4.8所示:图4.9 空心轴的设计示意图4.4 本章小结本章确定了清洗结构部件中盘刷和洗刷的设计,其设计有利于对水的利用效率,确保不会有残留的水渍。并且在其清洗过后,设置了软刮水板,以确保不会有水的残留。5 其他辅助系统设计5.1 同步带的概述及计算5.1.1 同步带传动如图5.1所示:图5.1 同步带传动的示意图5.1.2 同步带的特点如下表5.1所示:表5.1 同步带具有的特点5.1.3 同步带计算选型(1)设计功率为:按下表5.2工作情况系数,选取=1.7Pd=KAPm (5.1)表5.2 工作情况系数Pd=KAPm=1.70.37=0.63w (5.2)(2)带的型号和节距Pd=0.63kw n1 =61rpm。图5.2 同步带选型选型号为H,其中节距为:Pb=8.00mm(3)同步带的最小许用齿数:14。实际齿数应该大于14,所以初步取值为:Z1=34,故大带轮齿数为: Z2=i1Z1=34。 (5.3)所以 Z1=34,Z2=34。(4)确定带轮的节圆直径d1,d2小带轮节圆直径:大带轮节圆直径: d2=pbz2/=834/3.14=86.53mm (5.5)(5)验证带速v由公式计算得, v=d1tn1601000=0.276 m/svmax=40m/s (5.6)其中vmax=40m/s (6)同步带带长的确定 L0=2a0+2d1+d2=2224+3.1486.53+86.53/2=719.7mm (5.7)(7)带轮啮合齿数计算=17(8)基本额定功率的计算 (5.8)查下表5.3得:Ta=2100.85N m=0.448kg/m基准额定功率为 P0=2100.85-0.4480.120.11000=0.21kw (5.9)表5.3 同步带的许用工作压力和单位长度的质量(9)计算作用在轴上力为: Fr=1000pdv=71.6N (5.10)5.1.4 同步带的主要参数带节线长度表,如下表5.4所示:表5.4 带节线长度表的选择(1) 梯形齿标准同步带的齿形尺寸表5.5 梯形齿标准同步带的齿形尺寸(2)带的齿根宽度图5.3 带的标准尺寸5.1.5 同步带的设计选用的是:梯形带表5.6 同步带的尺寸选择图5.4 同步带的示意图5.2 轴的设计5.2.1 计算轴的最小直径电机轴的直径为:145.2.2 轴的结构设计确定轴的各段直径和长度为:(1)根据内径可得:d67=30 mm,根据的宽度可得出L67=20 mm,右侧采用轴肩定为, d78=38mm,L78=15 mm。(2)初选深沟球轴承D6204,其尺寸为:dxDxB=20x47x14, d45=d910=20mm,根据装配关系取:L45=L910=15 mm。(3)其中5处为一定位轴肩,故取d56=d89=25mm,计算得L56=L89=383 mm。(4)其中3处为一定位轴肩,故取d23=d910=16mm,计算得L23=L910=33 mm。(5)最小直径为:d=10mm,螺母厚度为:m=5 mm,由于采用双螺母预紧,故取:L12=L1213=19mm。(6)其中4处为一定位轴肩,所以取:d34=d1011=18mm,L34=L1011=40mm。5.3 轴的校核(1)通过受力分析,可知: (5.11)(2)最大挠度为: (5.12)所以合格。5.4 键的校核许用挤压应力为:,取:。其中键的工作长度为:,所以,键与轮榖键槽的接触高度为:。 (5.13)所以,键的标记为:键108GB/T1096-20035.5 吸尘机构设计吸尘器是通过高速旋转的风机中的风叶在机体内形成真空,并且产生气流,将垃圾以及尘埃,用滚刷滚起,再通过吸口吸入到机体内的垃圾集中箱内。其中机构包括有风机,风叶,吸尘电机,排气管以及一些其他部件。吸附的主要能力是依靠风机转速的大小。适合于粉尘,烟头,纸屑,铁屑,石头,螺丝等垃圾。选择100w的大功率吸尘电机。6 万向轮脚轮可分为活动脚轮和固定脚轮两大类型。因此,万向轮为活动的脚轮,其结构可实现水平的360度旋转。通常这两种脚轮可以搭配起来使用,前方的脚轮为活动脚轮,用来转向,而后方为固定脚轮。制造万向轮的材料种类繁多,其最常用的材料包括:尼龙,聚氨酯等。6.1 万向轮的应用表6.1 万向轮6.2 万向轮的总体设计万向轮的总体设计如图6.1所示,图6.1 万向轮总体设计图图6.2 万向轮的参数特点选取6寸的万向轮,最高承载530KG/只,而扫地机整个重量大概为60kg,远远小于所能承受的载荷。A的径向载荷为:Fr1=FNH12+FNH22=700N (6.1)B的径向载荷为: Fr2=FNv12+FNv22=631.9N (6.2)轴向载荷为: (1)试选6206型轴承: Cr=14.91KN C0r=10.01KNnlim=9500r/min(脂润滑)(2)按额定动载荷计算 C=P60nLh106 (6.3) 对球轴承, p=fpXFr+YFa (6.4)FaC0=65.2210010=0.0065 (6.5)e=0.19 Y=2.3FaFr=65.22700=0.093e=0.19 (6.6)p=1.2700=840NC=8406022.752500106=1264.65N14910N (6.7) 满足要求。(3)按额定静载荷校核C0S0P0 ,S0=1.FaFy=0.0093 FaFyS0P0 =700N满足要求。极限转速校核为:nmax=f1f2nlim (6.9)PC=84014910=0.0563 (6.10)f1=1FaFr=65.22700=0.093 (6.11)f2=1 nmax=119500=9500r/min (6.12)n=22.75r/minnmax满足要求。7 车架的设计7.1 架子材料的选择确定表7.1 钢材的尺寸7.2 主要梁的强度校核扫地机的质量为:60,按照重量为:60 进行校核。支承轴为:160mm, Q235钢材的屈服强度,取:b=375Mpa。FRD=600N,受力情况如下图7.1所示。图7.1 受力情况的示意图得到一个F和一个力矩为:M=FabLbe=6000.300=180Nm (7.1)轴的集惯性矩和抗弯截面系数为:所以 b=375Mpa IP=y2dA=10.16cm4 (7.2) W=IPymax=6773.688410-6m3 (7.3)max= MmaxW=1806773.6910-6=0.26Mpa (7.4)也设安全系数为: K=5故此: Kmax=50.26Mpa=1.3MPab=375Mpa (7.5)所以可以进行制作。解:以轴心为x轴,垂直上平面的直线为y轴得到一个F和一个力矩:M=FLbe=6000.3=180Nm (7.6)因为: FbaFde=2F=1200N (7. 7)由于轴的受力完全对称,故:Fba=Fde=F=600NMB=WF=FbaLde+M=6000.01+180=186N.m (7. 8)b=375Mpa IP=y2dA=10.16cm4 (7. 9) W=IPymax=6773.688410-6m3 (7.10)max= MmaxW=1866773.6910-6=0.27Mpa (7.11)也设安全系数:K=5故:Kmax=50.27Mpa=1.35MPab=375Mpa (7.12)因此是安全的,所以可以进行制作。8 结 论现在我国对手推式清扫机械的研究已经有了很大的进步,但是手推式地面清扫机械的自主化、智能化依然不够完善。目前我国市场上的智能清洁手推式地面清扫机械种类较为繁多,但是一部分质量好,工作效率高的,一般价格也会比较昂贵些,一般的家庭都不会选用,然而那些价格比较低的都存在很多的问题。所以需要降低手推式清扫机械的生产成本,从而使得手推式地面清扫机械能够快速融入人们的生活当中。根据市场的调查,手推式清扫机械的市场具有很大的发展前景,这就更加需要改进手推式清扫机械的生产技术,并且降低生产成本。(1)手推式地面清扫机械在进行打扫工作的时候,会产生有很大的噪音干扰,这严重影响到了人们的日常工作和生活,所以我们还需要继续深入的研究解决这个问题。(2)我们还需要对现今的清洗技术做进一步的完善研究,使得手推式地面清扫机械打扫完成之后不会遗漏垃圾。目前手推式地面清扫机械在探索方面仍存在着盲区,这就需要我们不断的完善传感器了。(3)目前手推式地面清扫机械都基本上可以实现自主充电,但是其电源并不是最理想的,这还需要我们能进一步完善电池的质量,制造出理想的电源。参 考 文 献1濮良贵,纪名刚主编.机械设计(第八版)M.北京:高等教育出版社,2006.5,38-46.2成大先主编.机械设计手册(第五版)M.北京:化学工业出版社,2008.33郭宏亮主编.机械原理M.北京:北京大学出版社,2011.124顾晓勤,刘申全主编.工程力学M. 北京:机械工业出版社,2006.15高学山,徐殿国,王炎等.全方位地面移动清扫机器人J.机械工程学报, 2008,44(3):228-233.6曾岑,陈进,蒋玉杰.智能型室内清扫机械器人的研究和发展探析J.机械制造,2008,10:63-67.7周小军,孟亮,阳辉等.多功能高效清扫机械的研制J.实验室科学, 2013,16(4):171-173,179.8王丽,韩倩倩,宋章英等.手推式微型清扫机的设计说明J.科技致富向导, 2012,(12):13-14.9郑德亮,宋志刚,张东银等.走廊清扫机方案设计J.现代制造技术与装备, 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