手推式自动洗地机的设计-清扫扫地机【三维SW】【6张CAD图纸+说明书完整资料】

请充值后下载本设计，资源目录下的文件，都可以点开预览到，资料完整，充值下载就能得到。【注】：dwg后缀为CAD图，doc,docx为WORD文档，有不明白之处，可咨询QQ:414951605 湖南文理学院芙蓉学院 本科毕业论文 设计 手推式自动洗地机的设计 学 院 小三号黑体居中 下同 专 业 学 号 学生姓名 指导教师 提交日期 年 月 日 手推式自动洗地机的设计 I 摘 要 目前 各式各样的手推式自动洗地机越来越多应用于人们的生活中 从事着与人 们生活息息相关的服务工作 极大地提高和改善了人们的生活质量 随着现代化社会 加速推进 人们生活水平大幅提高 一个多功能洗地机或许将是你最好不过的贴心朋 友 该车可用于家庭 办公室及一些小型娱乐场所用来清洗小体积垃圾 如烟蒂 瓜 子皮 纸屑等 本文主要介绍了目前国内外清洗手推式自动洗地机的研究现状以及手 推式自动洗地机的结构设计和程序设计 总体来说 手推式自动洗地机的研究已经很 深入了但还是存在不足 清洗手推式自动洗地机结构主要包括行走结构 清洗结构 关键词 手推式自动洗地机 运动原理 结构设计 手推式自动洗地机的设计 II Abstract Currently a wide range of push type automatic washing machines used in more and more people s lives in the lives of people and services greatly enhance and improve the quality of life of people With the modernization of society accelerating people s living standards greatly improved a multi function washing machine will probably be your best but a close friend The car can be used for home office and some small entertainment for cleaning small volume of waste such as cigarette butts melon leather paper and the like This paper describes the current domestic and international push hand washing automatic washing machine research status and push type automatic washing machine structure design and programming Overall the research push automatic washing machine has been very thorough but there is still a shortage Wash hands push automatic washing machine structure includes walking structure clean structure Keywords hand push automatic washing machine the principle of movement structural design 手推式自动洗地机的设计 III 目录 第 1 章 前言 1 1 1 选题的研究现状 1 1 2 国内外研讨现状 3 1 3 研究的目的和意义 6 1 4 设计的重点和难点 7 第 2 章 手推式自动洗地机的结构设计 8 21 手推式自动洗地机的结构组成 8 2 2 工作原理 9 第 3 章 手推式自动洗地机具体计算 11 3 1 蓄电池的选择 11 3 2 电动机的选择 13 3 2 1 选择电动机应综合考虑的问题 13 3 2 2 电动机的选择 13 3 3 蜗轮蜗杆的选择 15 3 4 清洗机构的电机的选择 18 第 4 章 车架的设计与车体造型设计 19 4 1 车架的设计 19 4 2 车体造型设计 20 4 3 清洗车的整体结构设计 21 结论 23 感谢 24 参考文献 25 手推式自动洗地机的设计 1 第 1 章 前言 目前 各式各样的手推式自动洗地机 越来越多应用于人们的生活中 从事着与人 们生活息息相关的服务工作 极大地提高和改善了人们的生活质量 室内智能洗地机 器人就是在这种背景下诞生的一种家庭服务机器 随着现代化社会加速推进 人们生 活水平大幅提高 但工作压力也越来越大 下班回来不想再干繁重的家务 此时 一 个多功能垃圾洗地机 或许将是你最好不过的贴心朋友 该车可用于家庭 办公室及一 些小型娱乐场所用来清洗小体积垃圾 如烟蒂 瓜子皮 纸屑等 当我们工作一整天 之后 拖着疲惫的身体回到家中却看到地上满是垃圾 这会让我们感到更加的疲累 不过只要家里有了清洁手推式自动洗地机 这种情况就不会发生 当我们外出工作的 时候 手推式自动洗地机就可以把家里打扫的干干净净 当我们回到家里的时候就会 有一种伤心悦目的感觉 全身的疲惫都会一扫而空 本次的论文就是关于手推式自动 洗地机的设计 1 1 选题的研究现状 1 自从 1904 年英国人发明了第一台洗地机 至今为止洗地机的发展历史已有近 百年 而后日本 美国 德国 英国等国家就开始了洗地机的批量生产 目前 国外 先进的洗地机都在不断地提高智能水平 国外洗地机 现状 国外洗地机 由于有几十年的发展史 加之基础零部件可靠性高 因此都有一个共 同的特点 可靠性相对国内产品要高 而且早已广泛应用了先进的电子技术 有些还 应用了有线和无线遥控 目前 国外在洗地机 器人的研究领域完成了许多工作 取得 了一定成果 如日立 松下 三星等世界著名公司都已开发出智能吸尘机器人 国内洗地机 现状 在国内 各大科研机构和高等院校也都开始自动洗地机 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 一种全方位移动洗地机 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 虽然我国研制出的洗地机 手推式自动洗地机的设计 2 在品种规格上和使用性能上已基本能满足国内各种需求 但是国产产品存在外形单调 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 作的清洁手推式自动洗地机 1 如图1 1 所示 这款手推式自动洗地机的内部装有芯片 控制系统以及光电传感器 一旦手推式自动洗地机在清洗过程中检测到杂物的存在 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 在这款手推式自动洗地机的内部一共 设置了四种清洁程序 手推式自动洗地机会根据环境的不同来选择最合适的程序进行 打扫 在手推式自动洗地机的内部装有光敏传感器 当手推式自动洗地机打扫到距离 楼梯或者台阶的边缘很近的时候 传感器就可以检测到楼梯和台阶的存在 然后手推 式自动洗地机就会自动远离 这就避免了手推式自动洗地机可能发生的跌落以及因跌 落造成的损伤 跟着经济的开展和社会进步 大家对生计质量的需要愈来愈高 交通快捷也越来 越变成社会开展 的迫切需要 高等级公路以空前的速度开展 路途的打扫和保洁也越 来越遭到有关部分的注重 多年 来构成的人工打扫的格式明显已不习惯中国高等级公 路开展的客观需要 人工打扫粉尘飞扬 严峻影 响清洗工人的身体安康 也不可避免 的形成环境的二次污染 公路车辆的高速行进对清洗工人的生命安全形成潜在要挟 这就需要我有必要敏捷开展清 扫机械 只要这样才干满意敏捷开展的高等级公路的客 观需要 使大家日子在洁净安康的环境中 这 也是人类二十一世纪高品质日子的必定 需要 因而对中国打扫车概略和开发机型的讨论有着十分重要的含义 从20世纪60 时代中国研制出产路面打扫机械开端 指大型打扫机的研制 已有 40 多年的出产前史 可是中小型打扫机的研制开发则刚刚起步 有关于发达国家 中 国地上打扫机在出售规划 技术水平 打扫作用等方面都存在必定的距离 跟着公共 环境卫生 工厂清洗机械商场的迅猛开展 2005 年之后 国内地上打扫机开端出现疾 速开展的态势 但与国外比较 国内还停留在商场的初级开展期间 中国已逐渐进入现代化社会 陈腐 落后的打扫办法及设备 已不能满意社会进 步的需要 关于自动化洗地用具 大家常见的是马路上的洗地车 它能进行大面积大 街打扫 作业功率高 并且节省人力 可是 小面积区域的打扫东西还首要沿袭传统 手推式自动洗地机的设计 3 手艺洗地东西 扫帚 作业功率低 打扫作用不行抱负 糟蹋人力资源 而作业功率 高的省时省力的庞然大物洗地车在比方厂区 居住小区 机关 校园 医院 小街冷 巷 走廊等场所 确是英雄无用武之地 跟着现代日子节奏的加速及居住面积的增大 家居地上的打扫作业也越来越深重 严峻搅扰了大家的日子 因而急需开发一种本钱 低 节省人力物力 打扫作用杰出的习惯院子 小区 冷巷 走廊等小区域场所的小 型打扫设备 1 2 国内外研讨现状 国内打扫车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 打扫车 因纯 扫式打扫车有功用差 质量差 外观差 打扫作用差等缺点 加之又受 限于其时中国的体系和其时城 市环卫部分的经济状况 故只要少量大城市运用纯扫式 打扫车 直至20世纪80时代末 建造部长沙 建造机械研讨院规划出中国第一台吸扫式 打扫车 它以其纯扫式打扫车无可比拼的优势 进入中国的 大中城市 如今 在中国 打扫车商场中 吸扫式打扫车占有率为95 以上 第二期间 20世纪晚期 是中国打 扫车开展最快的期间 打扫车的运用不但从大中城市扩展到小城市 高速公路 并且 不少企 业 居民小区也选用打扫车进行路面打扫 商场需要的敏捷胀大 各种类型和 各种标准的吸扫式打扫 车不断涌现 当前 中国打扫车大都为2t 8t 汽车底盘改装 这种打扫车转场速度快 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 跟着打扫车商场的扩展 对打扫车的用户需 要也在发生变化 中小全液压打扫车选用单台发动机传动 油耗低 行进无级变速 打扫作用好 打扫功率高 驾驶室视界 好等长处 备受用户喜爱 格外对错城市大街 和非公路打扫车用户 不少打扫车出产公司也开 了专 用底盘的中小型全液压打扫车 多种标准的中小型全液压打扫车投放了商场 第三期间 2000年之后 国内路面打扫 商场开端出现疾速开展的态势 长沙中标公司 天津洗地王公司等专业出产厂家 均 获 得了较好的开展势头 随之而来三一重工股份有限公司等其它公司也开端进路面打 扫车的研制和出产 并取得了较好的开展 当前 国产路面打扫车的种类标准 运用 功用已能根本满意国内的需要 商品标准从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 当前 许多国家研制的清洗机器人应时而生 日本 美国 欧洲各大厂商竞相开 手推式自动洗地机的设计 4 发 有些商品乃至很超前 例如 有一种具有高效吸尘除灰功用的清洗机器人 可遥 控也可自主运作 能转向 逃避障碍物 有很高的有用价值 可对家居 厂矿公司等 地上进行清洗 协助大家从冗杂的劳作中解放出来 在国外清洗设备的拥有率和洗衣 机简直适当 乃至要高 有共用洗衣房 专业洗衣店的原因 在这方面 国内的研 制脚步较慢 可是跟着国家城市化的进程不断加大和经济的开展 许多新式的中小城 市正在兴起 城市化规划不断扩展 现代化的工厂不断建成 机关 小区 医院 校 园和公共场不断建造机械化打扫现已变成一种必定 地上的清洗维护及工厂清洗出产 现已越来越重要 劳作力本钱的不断提高 打扫设备的商场前景日渐看好 手推式自动洗地机本身的扁平结构 极大地方便了手推式自动洗地机的清洗 一 些我们平常不容易打扫的地方 对手推式自动洗地机而言 却可以很轻松地完成 如 图1 2 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 这是一款问世较早但功能强大的吸尘器 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 这款手推式自动洗地机能够分三个档位来工作 正常 快速和点清理 当手推式自动洗地机的垃圾盒被垃圾充满之后 手推式自动洗 地机就会发出警报 如果用户有些地方不需 三叶虫 打扫 只要贴上特制的磁带就能 够限制手推式自动洗地机的打扫范围 三叶虫 的电源是可充电的 电量充满之后手 手推式自动洗地机的设计 5 推式自动洗地机大概可以持续工作1个小时 图1 3 伊莱克斯的 三叶虫 2002 年 9 月清洁手推式自动洗地机 Roomba 在美国面世 它的重量大约是 2 千克 直径 30 英寸 2 这款手推式自动洗地机拥有高度的自主工作能力 它体积较小 因此 能够轻松地把房间内各个角落的垃圾打扫干净 当 Roomba 进行打扫的时候 动作不 会太快但是打扫的效果却很好 在主人外出之前 可以设定手推式自动洗地机进行自 主工作 当打扫完成之后 手推式自动洗地机就会自主切断电源 进入待机状态 如 图 1 4 所示 图1 4 美国 Roomba 清洗手推式自动洗地机 手推式自动洗地机的设计 6 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自动洗地机的研究 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自动洗地机 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 手推式自 动洗地机工作之前 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 手推式自动洗地机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自动洗地机 KV8 这款手推式自动洗地机防跌落 可以自主清洗 同时价格便宜 但是这款手推 式自动洗地机没有充电站 只能靠人工进行充电 国内众多品牌清洁手推式自动洗地机中 科沃斯手推式自动洗地机是比较出名的 市场上平均卖出3台清洗手推式自动洗地机 当中有2台就是科沃斯的 科沃斯清洁手 推式自动洗地机利用涡轮增压系统提高手推式自动洗地机的清洗动力 从而使得手推 式自动洗地机打扫房间的质量得到保障 这款手推式自动洗地机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 图1 5 科沃斯洗地手推式自动洗地机 1 3 研究的目的和意义 如今社会的发展越来越迅速 生活节奏也越来越快 人们身上的压力也越来 手推式自动洗地机的设计 7 越大 所以很少有人会在工作一天后还愿意打扫自己的房间 这就使得清洁手推式自 动洗地机有了广大的市场 但是现在市场上存在的手推式自动洗地机质量好的一般价 格也比较昂贵 希望通过这次设计 可以降低手推式自动洗地机的生产成本 使得手 推式自动洗地机能够进入更多人的生活当中 1 4 设计的重点和难点 本文主要是对 的结构进行设计和材料的计算 关于清洁手推式自动洗地机清洗机 构的设计是本次设计当中的重点 本文需要介绍手推式自动洗地机的各种功能以及实 现该功能的原理 手推式自动洗地机的设计 8 第 2 章 手推式自动洗地机的结构设计 清洁手推式自动洗地机整体上由2大部分组成 分别是控制系统和机械部分 手推 式自动洗地机的整体外观如图2 1 它的机械部分包括2个驱动轮 1个万向轮 塑料底 盘以及外壳 毛刷 电机 电池和控制系统只有安装在这些部件上面才能发挥功用 21 手推式自动洗地机的结构组成 1 行走驱动轮及驱动电机 这部分作为手推式自动洗地机的移动机构 如图2 2 功能就是让手推式自动洗地机在平面上可以自由的行走 手推式自动洗地机的底 面有3个红外探测器 当手推式自动洗地机打扫接近楼梯或台阶时 这3个红外探测器 就可以检测出来 从而防止手推式自动洗地机掉下去 当手推式自动洗地机进行清洗 的时候 有可能会碰到桌角或者其他障碍物 这就使得手推式自动洗地机需要避障 而在清洗手推式自动洗地机的的前面和侧面都有红外开关 这就避免了手推式自动洗 地机产生碰撞磨损 图2 2 移动机构 2 清洗机构 当手推式自动洗地机进行打扫的时候 首先电机启动 然后带动 滚刷转动 这时右面的滚刷做逆时针转动 左面的滚刷做顺时针转动 在这两个清洗 刷的共同作用下 垃圾和灰尘都被集中到吸尘器的吸风口 3 吸尘机构 由吸尘器内的风扇高速旋转产生强大的吸力 把垃圾和灰尘吸入 手推式自动洗地机的设计 9 垃圾盒中 4 擦地机构 前面两部分完成之后 大部分垃圾都扫干净了 但是还有一些细 小的灰尘没有扫到 这时候 装在手推式自动洗地机下面的清洁布开始擦地 通过3重 结构保障打扫的高质量 图2 3 手推式自动洗地机的组成机构 移动机构 清洁手推式自动洗地机的整个机体都在移动结构上面 我们课题的研 究是室内清洗 所以选用的轮式结构 本次选用轮式结构的手推式自动洗地机 轮式结构手推式自动洗地机轮系通常情 况下分为三轮 四轮和六轮等 在这次的设计当中 因为手推式自动洗地机的整个机 体并不是很大 只要三个轮子就可以让手推式自动洗地机完成移动 采用三轮机构 而三轮机构清洁手推式自动洗地机想要实现转向一般情况下只有 通过差速转向和铰轴转向这两种方式 而就是采用差速转向式来实现机体的转向 手 推式自动洗地机的机体上一共有3个轮胎 在机体前端的轮胎是万向轮 机体中间的两 个轮子都是驱动轮 当手推式自动洗地机要进行转向的时候 驱动轮上的驱动电机开 始运行 这就使得两个驱动轮产生不同的加速度 从而产生不同的速度 然后整个手 推式自动洗地机就完成转向 2 2 工作原理 清洁手推式自动洗地机想要完成它的打扫工作 如果它自身什么都没有那就是不 手推式自动洗地机的设计 10 可能实现的 因此在手推式自动洗地机机体上面安装了很多个工作模块 在这些模块 的共同作用下 手推式自动洗地机才能够实现打扫 CPU是整个手推式自动洗地机的 核心 红外遥控接收模块和键盘模块主要用于接收主人的指令 然后把指令传给 CPU CPU 接收到指令后经过处理 返给手推式自动洗地机开始工作 信息采集模块 用于采集手推式自动洗地机的本身信息和周围环境的信息 手推式自动洗地机工作流程如下 1 开始用遥控器或者键盘把手推式自动洗地机打开 使手推式自动洗地机进 入工作状态 2 手推式自动洗地机开始打扫之后 传感探测模块不断地收集外界的信息并 把收集的信息传递给CPU CPU 接收到之后 对这些信息进行分析 处理最终规划出 一条效率最高 同时能够完全覆盖清洗区的路径 3 手推式自动洗地机按照路径规划开始进行打扫 当需要转向时 CPU就会 通过驱动轮上的独立电机改变两轮的速度比实现手推式自动洗地机的转向 4 手推式自动洗地机在工作的时候 LCD显示屏会显示一些它本身的工作信 息 5 遥控器主要用来控制手推式自动洗地机 不仅能够控制手推式自动洗地机 的启动和停止 除此之外 还可以给手推式自动洗地机进行定时 让手推式自动洗地 机在特定的时间段进行工作 通过装在机体上的各种传感器协同工作来得到手推式自动洗地机工作的环境信息 例如 房间的长度以及宽度 还有房间内影响手推式自动洗地机打扫的物体的位置 传感器把所得到的信息传递给CPU CPU 经过分析 处理后规划处一条高效率 高打 扫质量的路径 手推式自动洗地机的设计 11 第 3 章 手推式自动洗地机具体计算 清洗工作中的各个运动装置均由电机驱动运行的 电动机由动力蓄电池提供电源 后转动 并通过皮带轮带动扫盘 滚筒和水泵等作业装置进行工作 下面分别对蓄电 池与电机的选用进行分析 3 1 蓄电池的选择 动力电池是清洗作业装置的动力源泉 电机电池的主要性能指标是比能量 比功 率和使用寿命等 要使电机驱动清洗装置的洗地车与副发动机驱动清洗装置的洗地车 相竞争 关键是开发出比能量高 比功率大 使用寿命长 成本低的动力电池 目前 在电动汽车市场上使用的动力电池主要有铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池 钠硫电池 锂离子电池 飞轮电池 燃料电池等等 从最终产品产业化可行性以及经济性综合因 素来考虑 在电动专用环卫车辆上主要采用铅酸动力电池与锂离子动力电池 下面对 这两种电池性能作一个分析比较 1 铅酸动力电池 铅酸动力电池已有多年的历史 广泛用作内燃机汽车的起动动力源 其优点 可 靠性好 原材料易得 价格便宜 比功率也基本上能满足电力驱动系统的动力性要求 但它有两大缺点 一是比能量低 所占的质量和体积太大 深度放电能力和低温放电 能力较差 不能快速充电且一次充电作业时间较短 另一个是循环使用寿命短 使用 成本过高 报废的铅酸蓄电池因废弃会造成二次污染 2 锂离子动力电池 锂离子动力电池已经成为电动汽车行业动力电池的长期开发目标 其优点是 比 能量 比功率较高 循环寿命长 可达1000次 充电放电效率高 功率输出密度大 没有记忆效应 且不会因废弃造成二次污染 是绿色蓄电池 其缺点是 快速冲 放 电性能较差 需要进一步解决对其充放电过程的控制和配备专用的充电器 对于大容 量锂离子电池组 还需要解决电池组的可靠性和各个单体电池之间的一致性 清洗车所使用的蓄电池要求在使用过程中能够完全放电 不排放有害气体 不污 染环境 由此针对此设计选用锂离子动力电池 电池名称为磷酸铁锂电池 24V 10Ah磷酸铁锂电池组的有关技术规格为下表3 1所示 手推式自动洗地机的设计 12 表3 1 磷酸铁锂电池组技术规格 项目 规格 标称容量 10Ah 标称电压 24V 电池内阻 120m 最大充电电流 6A 最大充电电压 29 2 0 05 最大放电电流 20A 放电终止电压 20V 使用寿命 1000次 工作温度 20 45 外形尺寸 100 83 335 mm 重量 3 8kg 价格 550元 此蓄电池的性能 1 该电池为全密封式电动车专用蓄电池 体积小 质量轻 储存能量多 自放 电率低 比能量高等优点 2 安全性能好 原材料来源广泛 3 污染少 噪声小 可减少排污97 甚至可做到零排污 4 节约能源 为普通蓄电池耗能的2 3 5 具有良好的过充电 过放电 温度 过流 短路保护 锁定自恢复以及均衡 功能 6 结构简单 控制方便 易于操作和维修 7 使用时间长 充电后每次可用15 小时 8 有足够的功率供清洗机达到每小时清洗面积不低于1000 平方米的要求 9 使用寿命长 一般可充电 800 次以上 手推式自动洗地机的设计 13 3 2 电动机的选择 3 2 1 选择电动机应综合考虑的问题 1 根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的转矩 速度变化范围 启动频率 制动和反转以及工作环境等要求 选择电机类型及安装方式 2 根据负载转矩 速度变化范围和启动频率程度等要求 考虑电动机的温开限制 过载能力和启动转矩 选择电动机功率 并确定冷却方式 所选功率应大于或等于计 算所需的功率 负荷率一般取0 8 0 9 3 根据使用场所的环境条件 如温度 湿度 灰尘 雨水 瓦斯以及腐蚀和易燃 易爆气体等考虑必要保护方式 选择电机的结构型式 4 根据工作电压和功率因数的要求确定电机的电压等级和类型 5 根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求 以及 机械减速机构的复杂程度 选择电动机的额定转速 此外 选择电动机还必须符合节能要求 运行可靠性 设备的供贷情况 备件的 通用性 安装检修的难易以及产品的价格等 3 2 2 电动机的选择 1 电动机类型和结构形式 电动机类型和结构形式可以根据电源的种类 工作条件 温度 环境 空间尺寸 和载荷特点 性质 大小 启动性能和过载情况 来选择 清洗车的电动机应放置在 干燥及清洁的车箱内部 散热条件较好 要选用卧式的安装方式 在移动的设备中和蓄电池配套的较常使用的电机有直流电动机和步进电动机 直流电动机具有以下优点 1 优良的调速特性 调速平滑 方便 调速比可达到1 200 2 过载能力大 并能在低速下连续输出额定转矩 3 能承受频繁的冲击性负载 可实现频繁的无极快速启动 制动和反转 4 容易购得 型号多 控制简单 直流电动机的缺点 结构比较复杂 电流通常较大 需要齿轮减速器进行减速 维护工作量大 手推式自动洗地机的设计 14 步进电动机的优点有 步距角小 功率小 过载能力强 控制简单 启动和运行 频率较高 不通电时有定位转矩 型号多 适合室内清洗机器人的速度 步进电动机的缺点 功率与自重比小 运动平稳性差 低速性能不好 体积大 负载能力低 运动时产生震动 易失步 清洗车多在室外环境下工作 要求控制较简单 运行平稳 因此选择直流电动机 而且是直流齿轮减速电机 2 直流齿轮减速电动机的选择 直流齿轮减速电机 是指转轴上带有齿轮减速器和直流电机 马达 的集成体 这种 1 集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机 齿轮减速箱的作用是提供较低的转速 较大 的力矩 减速电机广泛应用于钢铁行业 机械行业等 其优点是简化设计 节省空间 承受过载能力高 能耗低 性能优越 振动小 噪音低 齿轮减速电机通常通过减小 电机速度来增加旋转能力 因为直流电动机仍然从内部伸出两个相同的插头 所以齿轮减速电机与普通电机 一样使用方便 与最后一级齿轮相连的是一根转轴 这个新转轴的末端伸出减速器的 顶部 便于轮子和其他元件与其相接 这个伸出减速器的新转轴代替了伸出电动机的 老转轴 当查看电动机时 如果转轴没有从中心伸出 那么这个电动机可能是齿轮减 速电动机 选择普通直流电动机所用的标准仍然适合用来选择齿轮减速直流电动机 即检查 电压 尺寸 重量和RPM 在大转矩应用场合 常选用带有金属齿轮和金属减速器机 架的行星轮减速器 塑料齿轮具有非常轻的质量 更适合低转矩 需要反应迅速的应 用场合 本设计中选用金属齿轮的减速电机 3 电机功率的计算 电动机功率选得合适与否 对电动机的工作和经济性都有影响 当功率小于工作 要求的时候 电动机不能保证工作机的正常工作 或使电动机因长期过载发热量大而 过早损坏 功率过大则电动机价格高 能量充分利用 经常处于不满载运行 其效率 和功率因数都降低 增加电能消耗造成很大浪费 电动机容量主要根据电动机运行的发热条件来决定 电动机的发热与其运行状态 有关 对于长期连续运转 载荷不变或变化很小 常温下工作的机械 只要所选电动 手推式自动洗地机的设计 15 机的额定功率P 等于或大于所需电动机功率 P 即P P 电动机在工作时就不会N LNL 过热 而不必校验发热和起动力矩 清洗机清洗材料选用尼龙材料 设计圆盘毛刷受力约为F 55N 转速为1 n 80r min 滚筒清洗受力约为F 70N 转速为n 50r min 1 圆盘毛刷转矩 N m15 73 051 RFT 所需功率P 60W19n8 7 圆盘毛刷到锥齿轮间用带传动 传递效率90 横放锥齿轮I轴处的功率为 W679 0 1 PN 齿轮间的传递效率为90 竖放齿轮处的功率 W4 N竖 滚筒处II轴的转矩 N m152 07 FRT 此处的功率 P 78 5W 950n 滚筒到主动轴I轴用带传动 传递效率为90 W2 87 9 7 I 电机到I轴之间用带传动 传递效率90 电机的输出功率 W7 26190 8742 2 ILP竖 由于清洗机工作速度为80r min 为较低转速故选用 24V 280W直流齿轮减速电机 其输出转速为750r min 3 3 蜗轮蜗杆的选择 1 选择蜗杆传动类型 根据 GB T10085 1988 的推荐 采用渐开线蜗杆 ZI 手推式自动洗地机的设计 16 2 选择材料 涡轮和蜗杆对手推式自动洗地机的清洗至关重要 手推式自动洗地机的清洗机构 需要涡轮和蜗杆才能进行打扫工作 因此对涡轮和蜗杆的要求也比较高 所以蜗杆的 螺旋齿面必须进行淬火处理 硬度 45 50HRC 涡轮的材料选用铸锡磷青铜 金属模 铸造 3 根据齿面接触疲劳强度进行设计 1 确定载荷系数 K 选定齿轮的传动比 i 14 参考蜗轮蜗杆参数表取 Z1 2 则 Z2 28 由于工作载荷基本上不会发生改变 所以在选取载荷分布不均匀系数的时候可以 把 的值选为 1 然后查找资料得到 1 由于电机的转速并不快 产生的冲击力 度并不会太强 所以选定动载荷系数 1 1 则 载荷系数 3 9 2 计算作用在涡轮上的转矩 T2 T2 9550 106 P n 当 2 时 的值在 0 7 到 0 9 之间 取 0 8 代入式中 得 3 10 3 确定弹性影响因素 Ze 由于选用的齿轮材料是铸锡磷青铜 蜗杆选用的是钢铸造的 这两者相互配合 通过查 机械设计 得 Ze 160 4 确定接触系数 假定蜗杆的分度圆直径 d1 和传动中心距 a 的比值 d1 a 0 35 由资料当中查得数据 得到 Zp 是 2 9 5 确定应力循环次数 应力循环次数 3 11 查 机械设计 得 230MPa 90MPa 3 12 手推式自动洗地机的设计 17 6 计算中心距 3 13 选 a 40mm 由于 i 14 通过查表选定模数 m 2mm 最终确定 d1 的值是 22 4mm 这个时候 d1 a 0 56 由资料查得 Zp 2 4 2 9 满足我们设计的要求 因此 计算结果正确 数据能够使用 查表选取 m 2mm d 1 22 4mm Z1 2q 11 20 Z 2 29 分度圆导程角 r 10 07 29 中心距 40 mm d 2 mz2 58 a 40 20mm 这并不是满足要求的推荐中心距 但是如果选择了中心距 涡轮就 会改变位置 本设计不采用变位 取 a 40 20 1 验算初设参数 滑动速度 3 14 在范围之内 所选材料合适 蜗杆的传动效率 在 0 95 和 0 96 之间 因为 是 1 8m s 查表得 2 3 15 传动效率 0 95 0 96 0 85 0 81 0 82 与初选 0 7 不符 初效率应适当 降低 5 验算齿根的刚度和弯曲疲劳强度 3 16 蜗轮当量齿数 29 44 查得齿形系数 2 65 则可求的 3 17 带入式中 27 85Mpa 成立 弯曲强度满足要求 6 蜗杆和蜗轮的主要参数以及几何尺寸 1 蜗杆 轴向齿距 Pa 6 28mm 直径系数 q 11 20 手推式自动洗地机的设计 18 齿顶圆直径 da126 4mm 齿根圆直径 df1 16 4mm 分度圆导程角 r 10 12 齿宽 b 26mm 基圆直径 d 22 4mm 模数 m 2 头数 z 2 齿根高 hf 2 4mm 齿顶高 ha 2mm 2 涡轮 涡轮齿数 z2 28 涡轮分度圆直径 3 19 涡轮喉圆直径 3 20 涡轮齿根圆直径 3 21 涡轮咽喉母圆半径 3 22 涡轮齿宽 b2 0 7da1 18 48mm 取 18mm 为了避免损伤到齿宽 b2 因此蜗轮齿顶圆直径 de2 的大小要在 58 毫米和 60 毫米 之间 最终选择取 de2 58mm 在蜗杆工作的时候 电机的能量在传递到涡轮的过程当中 会有很多的能量无法 传递过去 而这部分无法传递的能量就会以热能的形式表现出来 在此次手推式自动 洗地机的设计当中 蜗杆工作时产生的热量会直接散发到机器的内部 当手推式自动 洗地机进行吸尘操作的时候当中就会把这些热量清除出去 3 4 清洗机构的电机的选择 经过计算和资料的查阅 只要清洗刷的转速达到或者超过 3r s 就能够把灰尘 或者其它脏东西打扫到垃圾盒里面 让手推式自动洗地机完成清洗工作 同时加上皮 带轮的传动比是 1 1 因此为了完成打扫 涡轮的转速就需要在每分钟 180 转到 210 转 之间 再结合之前得到的蜗轮蜗杆的关系 可以计算得出蜗杆的转速要在每分钟 2600 转和 3000 转之间 故此选则型号是 55SZ01 的电机 它的转速是每分钟 3000 转 功率 是 12W 这个型号电动机的体积不大 同时又可以保证手推式自动洗地机的工作进行 因此这个电机可以满足清洗机构的需求 手推式自动洗地机的设计 19 手推式自动洗地机的设计 20 第 4 章 车架的设计与车体造型设计 4 1 车架的设计 车架是整个清洗车的重要部件 承载着车体整个重量 车架的牢固与否直接或间 接的影响着清洗车的各个方面的性能 影响着清洗车的操纵性 稳定性 即车架的尺 寸 材料 结构决定了清洗车的整体性能 所以车架设计必须要有充分的支撑能力 有足够的刚度但本身又不能太重 车架的前后支撑采用20MM厚的Q235 冷拔无缝矩形钢管 规格为 25 20 无缝矩形 钢管焊接成支腿 车架立柱是用一种具有中空截面 周边没有接缝的长条钢材 无缝矩形钢管与圆 钢等实心钢材相比 在抗弯抗扭强度相同时 重量较轻 是一种经济截面钢材 广泛 用于制造结构件和机械零件 可提高材料利用率 简化制造工序 节约材料和加工工 时 同时 矩形管相比于圆管抗弯强度大 一些钢式家具等就常用 底板是用来安放置蓄电池 电机减速器和支撑竖轴等 电机底板平面用螺栓连接 在支腿上 机架上开一些螺纹孔 并开槽 以便使大直径齿轮与皮带等穿过 能够正 常转动 焊接时还要注意使焊接的部位要求比较宽敞 使焊缝有良好的可靠性 在焊 接的端部产生锐角的地方 应尽量使角度变缓 底盘采用2轮做行走机构 对底盘起支撑作用 前面采用的是两个可以旋转180度 的工业小铰轮支撑 用来作转向作用 采用两轮也就可以起到平衡的作用 不至于在 拐较大弯的时候容易倾倒 车体后面采用两个橡胶可以充气的车轮 这样行走起来就 不用那么费力 有利于电机的负载保护 车架结构设计如图5 1所示 手推式自动洗地机的设计 21 图5 1 车架结构 4 2 车体造型设计 车体的造型设计是以人机工程学的理论为指导的设计方案 主要以人性化 审美 性这两个方面为设计创新的立足点 增强造型的视觉效果 降低清洁工人的疲劳感 增强路人对清洗车的亲和力 1 清洗车扶手高度的尺寸设计 对于手推式清洗车而言 扶手是人把车向前推进 的推力支点 主要起到掌握方向的作用 而且扶手高度的设计非常关键 设置太高或 太矮都会让操作者感觉很不舒服 更会对人的身体造成大的伤害 严格根据人机工程 学理论 确定手扶高度为III 型产品尺寸 即平均尺寸设计 扶手高度相关的人体尺寸应 大体与人的胸 肘部位稍微偏下 查阅国标GB 10000 88得出 此尺寸应为860mm 再考虑到功能修正量 这里主要是穿鞋修正量 设为20mm 据此确定下来的扶手的尺 寸高度应为880mm 左右 2 扶手的宽度设计 根据男 女立姿作业位置的肩宽尺寸设计参数 男女立姿人 体尺寸的肩宽尺寸均值为390mm 扶手的宽度应略大于肩宽 确定扶手的宽度为 480mm 手推式自动洗地机的设计 22 3 容脚空间的设计 清洁工人在使用时 脚尖会经常与车体后部相撞 影响清洁 工人的工作效率 同样的根据人机工程学的理论 同时考虑功能修正量与心理修正量 采确定容脚空间的尺寸 因此其尺寸为120mm 4 垃圾箱的设计 垃圾箱安装在车体的后面 采用抽拉的方式 这样方便垃圾的 倾倒 省时省力 很大程度地降低疲劳程度 5 色彩设计 色彩会引起人们心理 情绪 情感及认知上的变化 所以可用色彩 调节来避免不利的影响 提高工作效率 白 红的搭配 给人清洁感觉的同时又赋予 清洁工人工作的热情 而且 在马路上工作时 鲜明的色彩对比也能起到警示的作用 以免发生意外事故 4 3 清洗车的整体结构设计 本次任务设计的小型手推式道路清洗车整体结构如下 图5 2 洗地机整机虚拟装配图 手推式自动洗地机的设计 23 图5 3 洗地机整机虚拟装配透视图 图5 4 洗地机整机虚拟洗地机构图 手推式自动洗地机的设计 24 结论 虽然现在我国对手推式自动洗地机的研究已经有了很大的进步 但是手推式自动 洗地机的自主化 智能化依然不够完善 目前市场上的智能清洁手推式自动洗地机种 类繁多 但是一些质量好 工作效率高的价格也比较昂贵 一般的家庭都不会选择 而那些价格低的又存在很多的问题 这就需要降低手推式自动洗地机的生产成本 使 得清洗手推式自动洗地机能够进入更多的人的生活中 根据市场调查 清洗手推式自 动洗地机市场具有很广阔的前景 这就需要改进手推式自动洗地机的生产技术 降低 生产成本 另外 手推式自动洗地机还有一些其他问题需要解决 同时 关于手推式 自动洗地机的技术也需要提高 1 手推式自动洗地机进行打扫工作时 会有很大的噪音产生 这会严重影响人 们的日常工作 生活 所以我们还需要继续研究解决这个问题 2 我们还需要对如今的清洗技术进一步完善 使得手推式自动洗地机打扫 完成之后不会遗漏任何灰尘和垃圾 如今手推式自动洗地机在探索方面还存在着盲区 这就使得我们要不断的完善传感器 3 如今的洗地手推式自动洗地机基本上都可以实现自主充电 但是手推式 自动洗地机的电源并不是最理想的 这需要我们进一步提高电池的质量 制造出理想 的电源 手推式自动洗地机的设计 25 感谢 本次课题的设计很大程度上是因为老师的悉心指导完成的 从确定论文的题目 到论文的完成一共历时6个月 在这6个月当中 老师严格要求我们 定时给出任务 这对论文的完成十分重要 每当撰写论文出现问题时 老师都能够及时的给出引导 给出方向 老师渊博的知识和严谨的工作作风时刻启迪着我 我十分感谢老师在本次 课题中提供的帮助 同时更加感谢老师在课题完成过程中的严谨的工作作风 手推式自动洗地机的设计 26 参考文献 1 Cheng Zheng shui Deng Yi min A conceptual design process model for mechanical execution system based on technological action process Mechanical Research L Ming WANG Zong yan WU Shufang Research and Implementation of 3D Variant Design for Mechanical Product Journal of North University of China Natural Science Edition 2010 05 P 27 29 3 梁尚明 殷国富 现代机械优化设计方法 M 北京 化学工业出版社 2005 4 余志生 汽车理论 M 北京 机械工业出版社 2009 5 王成元 夏加宽 孙宜标 现代电机控制技术 M 北京 机械工业出版社 2009 6 成大先 机械设计手册 M 第四版 北京 化学工业出版社 7 李瑞芹 现代机械概念设计与应用 M 北京 电子工业出版社 8 杨华栋 基于单片机家用手推式自动洗地机的自主移动控制系统研究 D 硕士学位论文 沈 阳 沈阳理工大学 2006 9 陈培雯 智能家庭清洗手推式自动洗地机充电站的研究 D 硕士学位论文 哈尔滨 哈尔滨工 业大学 2006 10 张拓 基于AT89S52 单片机的智能循迹手推式自动洗地机的设计 J 工业安全与环保 2006 11 Yong Joo Watanabe Y Development of small robot for home floor cleaning C SICE 2002 Proceedings of the 41st SICE Annual Conferenee 5 7Aug 2002 5 5 3222 3223 12 Calderon C A A Huosheng Hu Imitation towards service robotics C IEEE Proc Intemational Conference on IROS Oct 2004 4 4 3726 3731 13 梁喜凤 室内地面清洁手推式自动洗地机路径规划 J 中国计量学院学报 2006 17 1 64 68