道路垃圾清扫机设计（全套设计含CAD图纸及三维图纸）
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湖南农业大学东方科技学院 全日制普通本科生毕业设计 道路垃圾清扫机设计 生姓名 ： 学 号： 年级专业及班级： 指导老师及职称： 学 部： 理工学部 湖南长沙 提交日期： 2012 年 5 月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生 毕业设计诚信声明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 2 垃圾清扫 现状分析 2 国内外垃圾清扫机械化发展现状 2 国内清扫机发展趋势 2 2 垃圾清扫总成设计计算 2 设计思想 2 总体结构设计 3 各主要机构参数的设计和验算 4 垃圾清扫设计 7 垃圾输送收集装置设计 4 推动清扫机所需功率计算 6 清扫机扫辊速度验算 6 行走设计 7 垃圾清扫机的动力匹配 7 3 操作系统的确定及设计算 7 传动方案的确定 8 设定各级传动比和主要参数 9 传动比确定 9 各轴转速确定 9 各轴转矩计算 9 各轴功率计算 10 主要工作零部件的设计计算10 第一级 传动带轮设计 10 第二级传动带轮设计 11 第三级传动链传动设计 13 齿轮传动（驱动输送带）的设计 14 4 主要受力零件的强度或寿命校核计算 17 轴的设计计算及校核 17 第一级从动轴设计计算及校核 17 第二级从动轴设计计算及校核 20 轴承的设计计算及其校核 24 第一级从动轴轴承设计计算及其校核 24 第二级从动轴轴承设计计算及其校核 25 第三级从动轴轴承的设计计算及其校核 26 键的设计计算及校核 27 第一级从动轴上联接键的校核 27 第二级从动轴上联接键的校核 27 第三级从动轴上联接键的校核 28 上滚轮轴联接键的校核 28 5 结论 28 主要优点 28 主要缺点 28 有待改进的地方 29 维护和保养 29 6 设计心得 29 参考文献 30 致谢 30 1 道路 垃圾清扫机的设计 摘 要 ： 本文叙述了道路清扫机械化的现状，以及未来的发展趋势。该清扫机以电动机为动力源，通过带传动、链传动以及齿轮传动带动清扫辊和 传送带工作。该清扫机主要用于平坦道路的垃圾清扫，提高了清扫效率，降低了清洁工人的劳动强度。该清扫机成本低，使用性能好，寿命长，非常适合清洁工人使用。 关键词： 清扫机；传动；设计计算 of in as to is in it of of is 2 1 前言 垃圾清扫现状分析 随着经济社会的迅速发展，城市、工厂生产、公共交通、市政建设、园林绿化、环境卫生等行业的工作任务越来越重，人们对生活环境要求的不断提高。然而环卫行业设备的发展现状与当前经济社会发展形势存在很大差距，道路清扫设备落后的问题较为突出。这就要求养护手段要不断改进，就路面清扫而言，亟需由以往原始笨拙的低效率的人工清扫改为现代灵活高效率的机械清扫 1。 因此，很有必要创造条件，实现清扫机械化，以减轻清扫工人的劳动强度，改善劳动条件，不断提高道 路清扫质量和环境卫生水平，本课题的研究有着十分重要的现实意义。 国内外垃圾清扫机械化发展现状 目前，我国的国产扫路车在品种规格上、使用性能上已能基本满足国内各种需求。产品规格从 2t 到 8t，有将近 8 个规格 2， 清扫车的作业方式主要为湿式吸扫结合 ,动力为主、副双发动机形式 ,扫刷布置形式为前置和中置两种 ,吸嘴形式有中置长吸嘴、后置短吸嘴和侧置小吸嘴三种形式 ,风机形式有通用和专用风机两种形式。国产产品存在外形单调、功能单一、操作不方便、清扫效率低等问题。国外清扫车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。 国内清扫机发展趋势 随着许多新兴的中小城市正在崛起 , 城市化规模不断扩大 , 路面清洁养护已经越来越重要，清扫机发展前景会越来越好。在功能多样性方面，由单一功能向多功能方向发展；在传动系统方面，由机械传动向全液压传动的方向发展；在除尘方面，由干式除尘方式向湿式除尘方式发展 3；在清扫方式上，由纯吸式、纯扫式向吸扫复合式方向发展；在重量和体积方面，由体积大、自重大的清扫机向体积小和 轻便式，综合利用价值高的方向发展 4。 2. 垃圾清扫机总成设计计算 设计思想 本垃圾清扫机由清扫部分，传送部分，行走部分和箱体、箱架等结构组成，其特征在于清扫部分由横置带有清扫刷苗的清扫滚筒构成；清扫机将街道上的垃圾通过清扫滚筒清扫并抛掷到传送部分中的传送带上，传送带通过齿轮变向实现与清扫机行走方向成反向旋转，然后垃圾在传送带的末端由于重力的作用掉入垃圾桶中；走部分由两个定向前轮和两个万向后轮实现，既方便又经济；箱体、箱架主要由角钢焊接而成， 3 部分零件用螺栓连接，垃圾箱用塑料制成 5。本设计的创新特点首先是利用电动机作为动力来源，清洁环保，操作方便；其次是清扫滚筒用链传动，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，能保持准确的平均传动比，能在潮湿和油腻的环境中工作；最后，利用卧式滚刷对路面起清扫及垃圾抛起的双重作用。以上小小的创新能够降低清洁员的劳动强度，提高工作效率的目的。 总体结构设计 总体结构分为以下几个部分： （ 1）垃圾清扫总成：有清扫滚筒、清扫刷苗、清扫滚筒链轮。 清扫辊通过轴承座固定在机架中间，轴承座主要通过六角螺栓固定在机架底盘上，清扫刷苗是通过 定位销来实现轴向固定。 （ 2）垃圾输送收集装置：由上料板、垃圾输送带、上滚轮总成、下滚轮总成、变向轴以及垃圾桶等部件组成。具有结构简单、作业质量好、价格低廉、拆装转移方便、操作轻巧省力等特点。 （ 3）行走机构：有四个万向轮组成 ,前两个不可变向，后两个可改变方向。 （ 4）操作系统：手推式扶手，控制电机开关。 （ 5）动力匹配：由电瓶驱动的直流电动机。 其结构图如图 1： 总成 图 1 垃圾清扫机主要结构图 of 各主要机构参数的设计和验算 已知条件：清扫机生产率为 h/垃圾清扫设计 清扫轮消耗功率 服刷苗和地面间摩擦力所需的功率 1N ，刷苗变形所消耗的功率 2N ，克服空气阻力所需的功率3N,克服垃圾与上料板的摩擦阻力所需的功率 4N ，提升垃圾所消耗的功率5 54321 6（ 1）主要参数 清扫辊半径： 85扫轮宽幅： 600龙刷苗与地面间摩擦系数： 苗自由长度： 120龙刷苗直径： 3苗变形量： 25作刷 苗数量： 200 清扫轴链轮半径： 81扫轮转速： 2）由相关公式计算清扫部分所需功率 6 克服刷苗和面间摩擦力所需功率 , 1 0 0 0/)(1 （ 1） N）； m/s； s，取 s； 5 )1ar cc o s ()2(122 m （ 2） ； ； 121097.3 m ； 量可由公式计算： 7 （ 3） 其中 1 为刷苗和路面接触点到它的垂直位置的转角； r c c a r c c R （ 4） 计算得出 根据清扫机实际，以及刷苗数合理分布和安排，取 Z=200; 可计算变形刷苗对路面 上的压力为 c c o s ()ar c c o s ()2(所以可得 m )54100 0/)(1 已知滚刷转速为 n=计算 2(/)2(3)a r c s i n ( 2 （ 5） 因此，刷苗变形所消耗的功率为 3 3 4 6 372 （ 6） 6 计算克服空气阻力所消耗的功率为 0 1 5 3 克服垃圾与上料板的摩擦阻力所需的功率为 m 0 4 4 8 0 0 3 1 41 0 0 04 （ 7） 提升垃圾所消耗的功率5 所以清扫部分所消耗的总功率为： 4 8 1 5 3 4 6 圾输送收集装置设计 滚轮外经： 150轮转速： 100r/送带宽幅： 600齿轮分度圆直径 1d ： 50齿轮分度圆直径 2d ： 250齿轮齿数 1z ： 20 大齿轮齿数 2z ： 100 齿轮模数 m ： 轮计算过程在写在后面 输送带所需功率计算； 假定每一时刻输送带载有的垃圾量和皮带重量为 m=5略倾斜的角度不计；传送带的线速度为 0751002602 3 10 （ 8） 输送带所需功率为 g 输送带（ 9） 推动清扫机所需功率计算 假设最恶劣 的工作环境，当整机重 0 ，阻力系数 7.0f ，清扫机以前进速度 工作计算。则有： gf 010 00 11 （ 10） 7 清扫机扫辊速度验算 设定清扫轮刷苗与上料板最后接触的位置与上料板最高点的距离为 0 v，要使质量为 参考文 献 19得知必须满足下面条件： 221 12 （ 11） 计算 又有 所以清扫车的电机能够保证垃圾顺利地抛送到传送带上。 走设计 清扫机行走速度：由 公式 1000 ，取 ， 得 00 13 （ 12） 只要清扫机在不低于 能够保证生产率的额定值。 垃圾清扫机的动力匹配 （ 1）电动机的选择 由以上计算可知清扫机所需要的功率为 输送带 14 电动机类型和结构型式 电动机类型和结构型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。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。 直流电动机的优点：容易购得，型号多，功率大，接口简单，适合大型机器。 直流电动机的缺点：太快需要齿轮减速器，电流通常较大，较难与车轮装配，控制复杂 步进电动机的优点：精确的速度控制，型号多，适合室内机器人的速度，接口简单，便宜。 步进电动机的缺点 : 功率与自重比小，电流通常较大，体积大，较难与车轮装配，负载能力低，功率小，控制复杂，运动时产生震动。 清扫机多在室内环境下工作，要求控制较简单，运行平稳，因此选择直流电动机 15。 选定 山电机） 17。 8 电机 型号： 110定功率： 40024 扭矩： 3000r/n（ 2）电池的选择 选定两个 12量大约 15斤 /个 同时布线时应该注意：根据电机的位置选择符合规格的电线，剪取所要的电线长度，将电机联起来，一端通过开关以后，一端接到 24V 电源正负极上，开关装在扶手旁边容易摸到的地方。 3. 操作系统的确定及主要 工作部件的设计计算 传动方案的确定 方案一 图 2 垃圾清扫机 传动方案一 案二 9 图 3 垃圾清扫机传动方案二 以上两个方案可知，根据清扫机清扫时的实际情况，选用方案二更加合理恰当。因为摩擦式带传动有弹性滑动，不能用于分度系统；摩擦易起电，不宜用于易燃易爆场合。轴与轴承受力较大，带传动寿命较短 16。而链传动平均传动比为常数，链条元件间形成的油膜有吸振能力，对恶劣环境有较强的适应能力，工作可靠，轴上载荷较小。所以选择方案二更合理 19。 设定各级传动比和主要参数 传动比确定 第一级传动比 61i 第二级传动比 42 i 第三级传动比 23 4 i 各轴转速确定 第一级从动轴 001 第二级从动轴 252 第三级从动轴 上滚轮轴 004 各轴转矩计算 第一级从动轴 3 81101 第二级从动轴 1 7 82212 第三级从动轴 6 6 63323 10 上滚轮轴 各轴功率计算 第一级从动轴 84101 第二级从动轴 ）（ 输送带第三级从动轴 0 4 6323 上滚轮轴 主要工作零部件的设计计算 第一级传动带轮设计 已知电机额定功率 400P，转速 3000r/n，第一级传动比 61i ，设定连续工作 8小时。 （ 1）确定计算功率械设计（第七版，濮良贵、纪名刚主编，高等教育出版社，以下所用到的相关公式及表格均出自本书） 19表 8K ，故计算 4 04 0 （ 13） （ 2）选取 根据,n，由图 8型 （ 3）确定带轮的基准直径由查表 8 8小带轮基准直径 00 从动轮基准直径 0 0506011 根据表 8整为 315算带的速度 d /25/00050100060 00 （ 14） 故带速合适 (4)确定 根据 公式 (8初定中心距 000 。 计算带所需基准长度 0315()31550(250024)()(22202011000（ 15） 11 由表 8600计算实际中心距为 962 0 （ 16） （ 5）验算小带轮上的包角 1 0315(180 121 （ 17） 小带轮上的包角合适 （ 6）计算 z 查表 8 8别得到 ， 查表 8 8别得到 K， 16.1算单根 ( 00 （ 18） 计算 取 z=2 （ 7）计算单根 型 V 带单位长度质量 ，所以计算得 1 0 0) 0 0)(22m i （ 19） 应使带的实际初拉力(（ 8）计算轴上的压轴力NF m i i 10m i n ）（ （ 20） 第二级传动带轮设计 已知功率 输送带速 r/n，第二级传动比 4，设定连续工作 8小时。 （ 1）确定计算功率械 设计（第七版，濮良贵、纪名刚主编，高等教育出版社，以下所用到的相关公式及表格均出自本书） 19表 8K ，故计算 12 （ 2）选取 根据,n，由图 8型 （ 3）确定带轮的基准直径查表 8 8小带轮基准直径 00 从动轮基准直径 2 0804011 根据表 8整为 315算带的速度 d /25/0080100060 11 故带速合适 (4)确定 根据式（ 8初定中心距 000 。 计算带所需基准长度 4 85004)80315()31580(250024)()(22202122100有表 8600计算实际中心距 a 762 0 （ 5）验算小带轮上的包角 1 0315(180 121 小带轮上的包角合适 （ 6）计算 z 查表 8 8别得到 ， 查表 8 8别得到 K， 18.1算单根 ( 00 计算 13 取 z=2 （ 7）计算单根 型 V 带单位长度质量 ，所以计算得 KF 00)00)( 22m i 应是带的实际初拉力(（ 8）计算轴上的压轴力Fm 7s i i 10m i n ）（第三级传动链传动设计 （ 1）选择链轮齿数 取小链轮齿数 201 z ，大链轮的齿数 4022012 （ 2）确定计算功率 根据机械设计（第七版，濮良贵、纪名刚主编，高等教育出版社，以下所用到的相关公式及表格均出自本书） 19表 9得 K ，由图 9得 K ，单排链，则计算功率为 63 （ 21） （ 3）链条型号与节距的选择 查图 9选 08A 链条，查表 9 （ 4）计算链节数和中心距 初选中心距 35030()5030(0 取 000 ，相应的链长节数为 02122100 )2(22 p （ 22） 2040(2 取链节数 94查表 9f ，则链传动最大中心距为 p 4 0 5)4020(942 8 8 (2 211 （ 23） （ 5）计算链速 V，确定润滑方式 14 0 060 0 060 12 （ 24） 由 和链号 08A，查图 9（ 6）计算压轴力e 5 2 02 0 4 61 0 0 01 0 0 0 33 （ 25） 链轮水平布置时压轴力系数 压轴力为 0 65 2 齿轮传动（驱动输送带）的设计 （ 1）选定齿轮类型、精度等级、材料 由于输送带为一般工作构件，速度不高，轴向载荷不大，故选用 7 级精度（ 齿圆柱齿轮传动 根据机械设计（第七版，濮良贵、纪名刚主编，高等教育出版社，以下所用到的相关公式及表格均出自本书） 19表 105 钢（调质），硬度为 217 255硬度为 240择小齿轮齿数 201 z ,大齿轮齿数 1002 z （ 2）按齿面接触强度设计 选定载荷系数 3.1T 7334500 151（ 26） 由表 10.0d由表 10 由图 1000 由式 10811 03 5 081(15 0 06060 （ 27） 912 （ 28） 由图 10 失效概率为 1%， 安全系数为 S=1，由式 10 15 521 l i （ 29） M P 2 81 6 0 l i 计算小齿轮分度圆直径入 H 中较小的值 8)528 ( 233 211 （ 30） 计算圆周速度 v t /0038100060 11 （ 31） 计算齿宽 （ 32） 计算模数 （ 33） 计算齿高 （ 34） 计算齿宽与齿高之比为 由图 105.1齿轮， 10由表 10插值法查得 7 级精度，小齿轮相对支承非对称布置时， 图 102 0 7 （ 35） 按实际的载荷系数校正所得分度圆直径，由式 10311 （ 36） 计算模数 （ 3）按齿根弯曲强度设计 由图 10M 8021 16 由图 10 弯曲疲劳安全系数 ，由式 10 111 （ 37） M P 222 计算载荷系数 1 8 1 2 （ 38） 由表 10 0 并加以比较 111 Y 01 222 Y 小齿轮的数值大 计算模数 (2 3 2 33 211 （ 39） 综合齿面接触疲劳强度计算 的模数与齿根弯曲疲劳强度计算的模数，根据模数系列值以及清扫机实际取 （ 4）几何尺寸计算 分度圆直径计算 （ 40） 5 022 中心距计算 5 02 2 5 0502 21 计算齿轮宽度 ,根据清扫机实际取 51 ， 02 17 4. 主要受力零件的强度或寿命校核计算； 轴的设计计算及校核 第一级从动轴设计计算及校核 （ 1）初步确定轴的最小直径 先根据机械设计（第七版，濮良贵、纪名刚主编，高等教育出版社，以下所用到的相关公式及表格均出自本书） 19式 15取轴的材料为 45钢，调质处理。根据表 15 1250 A，于是得 3110m i n （ 41） 为了保证系统的强度与运动平稳，取轴的最小直径为 28 2）轴的结构设计 图 4 第一级从动轴的结构图 of 图可知 A、 D 处安装轴承， C 处安装齿轮， E 处安装大小带轮。轴承安装 A、 0B 处直径为 36C 处直径为 30E 处直径为 28A 处长度为35B 处长度为 596C 处长度为 31D 处长度为 39E 处长度为 60位采用平键联接。由机械设计课程设计手册 (参考文献 )查得平键截面 8 （ 1096） ,平键长度为 25向定位采用挡圈进行定位。E 处周向定位采用平键联接，由手册查的平键截面 8 （ 1096），平键长度为 50向定位采用挡圈进行定位。轴上倒角圆角均为 1 （ 3）求轴上的载荷 18 图 5 第一级从动轴的载荷分析图 of 先由轴的结构图做出轴的计算简图。作为简支梁的轴的支承跨距 821 ， ， 04 ，根据轴的简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出 4交界面是轴的危险截面。现将计算出截面处的 ,得值列入表 表 1 第一级从动轴的载荷分析 of 荷 水平面 垂直面 支反力 1,1 9,1N 弯矩 1 4 1, 1 3 6 21 扭矩 （ 4）按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩截面（及危险截面）的强度。 19 根据式（ 15上表中的数值，并取 =的计算应力 M P M )()( 3 223 22122 目前已选择轴的材料为 45 钢，调制处理，由表 15得 1 。因此 1 ，故安全。 （ 5）精确校核轴的疲劳强度 判断危险截面 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看， 的截面处引起的应力集中最严重；从受载的情况来看， 面 校核 抗弯截面系数 333 9 （ 43） 抗扭截面系数 333 9 （ 44） 为 截面的扭矩为 截面上的弯曲应力 M P 195 （ 45） 截面上的扭转切应力 M P 9 0 3 8 （ 46） 轴的材料为 45钢，调制处理。由表 1540 , 截面上由于 轴肩而形成的理论应力集中系数及按照附表 3取。因1,03 经插值法可查得 , 又由附图 3q , q 故有效集中系数按式（附表 3 20 8 3 6 (1 （ 47） 6 8 4 (1 （ 48） 由附图 3；由附图 3。 轴按照车加工，由附表 3 轴未经过强化处理，即 1q则按式（ 3式（ 3综合系数为 2 3 3 6 48） 4 49） 又由 3 3 取 取 于是，计算安全系数式（ 15（ 15得 7 51 （ 50） 818 3 5 51 （ 51） 222 SS （ 52） 故可知其安全。 第二级从动轴设计计算及校核 （ 1）初步确定轴的最小直径 先根据机械设计（第七版，濮良贵、纪名刚主编，高等教育出版社，以下所用到的相关公式及表格均出自本书） 19式 15取轴的材料为 45钢，调质处理。根据表 15 1250 A，于是得 33220m i n 为了保证系统的强度与运动平稳，取轴的最小直径为 28 2）轴的结构设计 2
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