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中国地质大学长城学院 2012届毕业设计1前言随 着经 济的 发展 和社 会进 步 ， 人 们生 活水 平不 断提 高 ， 人 们对 生存 质量 的要 求愈 来愈 高 ， 清 扫和 保洁 也越 来越 受到 有关 部门 的重 视， 多年 来形 成的 人工 清扫 的格 局显 然已 不适 应 室 内清 扫 的 客观 要求 ， 人工 清扫 粉尘 飞扬 ，严 重影 响清 洁工 人的 身体 健康 ，也 不可 避免 的造 成环 境的 二次 污染 。 由于 这种 二次污 染 公 路车 辆的 高速 行驶 对清 洁工 人的 生命 安全 造成 潜在 威胁 ，这 就要 求我 们必 须迅 速发 展清 扫机 械 ，只 有 这 样 才 能 满 足 人 们 对 生 存 环 境 的 客 观 要 求 。 清 扫 设 备 按 大 小 可 分 为 大 型 清 扫 设 备 和 中 小 型 清 扫 设备 。 大 型清 扫设 备主 要是 清扫 车 ， 由 于本 课题 主要 研究 的是 小型 清扫 设备 大型 的清 扫设 备在 此不 再多 述 。而 现有 的小 型清 扫设 备主 要有 两大 类分 别为 扫地 机和 清洁 机器 人 。 手 推式 清扫 机已 经占 据了 扫地 机中 的主 流地 位。 本文 所设 计的 清扫 机 主 要适 用于 车站 、校 园、 广场 等人 流较 多 ,垃 圾分 布散 乱的 场所 。动 力源 不依 靠汽 油机 、柴 油机 等耗 能设 备 ,工 作时 不产 生噪 音污 染 ,自 身具 有垃 圾收 集及 防尘 装置 。1设计要求工 作条 件： 车 站、 校园 、广 场等 人流 较多 ,垃 圾分 布散 乱的 场所动 力来 源： 蓄 电池 ，标 准电 压为 12能 量达 250wh/使用 寿命 为充 放电 120次 ，制 造条 件及 生产 批量 ：一 般机 械厂 制造 ，小 批量 生产 。 2总体方案分析由 于工 作的 场合 对环 境要 求较 高因 动力 装置 都选 为噪 音低 ，污 染小 环保 的电 驱动 。 最 初设 计了 许多 的方 案， 最终 综合 考虑 认为 一下 这种 方案 最为 有可 能实 现我 们的 课题 要求 ， 方案：中国地质大学长城学院 2012届毕业设计2图 简 图工 作原 理 ： 推 动清 扫机 前进 ， 电 机 1将 运动 传给 带轮 2再 有带 传动 传给 带轮 3从 而使 同一 根轴 上的带 轮 7和 锥齿 轮 4、 9旋 转。 带轮 7将 运动 传给 带轮 8， 带轮 8带 动主 刷 13作 逆时 针旋 转， 通过 倾斜 的导 向刮 板 12将 垃圾 送入 垃圾 箱内 。 同 时锥 齿轮 4、 9带 动锥 齿轮 5、 10转 动 ， 再 有带 传动 将运 动传 给两侧 刷 1、 14使 侧刷 1作 顺时 针转 动 ， 侧 刷 14作 逆时 针转 动 ， 将 两侧 的垃 圾扫 到中 间 ， 传 给主 刷 13由主 刷将 垃圾 扫入 垃圾 箱内 。因 此综 合考 虑将 此方 案作 为最 终设 计方 案。 不排放有害气体 ， 不污染环境 。根 据条 件查 简 明机 械设 计手 册 2确 定选 用 铅蓄电池，型号为： 3标准电压为 1250wh/200次 放电深度为 75%外形尺寸为：长 宽 高 =120 70 70012届毕业设计3重量约为： 5（ 1）该电池为全密封阀控式（可维护）电动车专用蓄电池，具有全密封防泄露设计 、安全可靠、自放电小、容量大、比能量高等优点。（ 2）污染少，噪声小。可减少排污 97%，甚至可做到零排污（ 3）节约能源，为普通蓄电池耗能的 2/3（ 4）结构简单、控制方便，易于操作和维修（ 5）使用时间长，充电后每次可用 15小时（ 6）有足够的功率供清扫机达到每小时清扫面积不低于 1000平方米的要求。（ 7）使用寿命长，一般可充电 1） 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。中国地质大学长城学院 2012届毕业设计4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。（ 2）直流齿轮减速电动机的选择齿轮减速电机有时叫做齿轮马达或减速电机 。 它们通常由转轴上带有减速器的直流电动机有刷电机组成 。 如果一个电机看上去明显由两个不同的部分连接而成 ， 那么就可以认定它是齿轮减速电机。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 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 ， 只要所选电动机的额定功率 于或大于所需电动机功率 即 =电动机在工作时就不会过热 ， 而不必校验发热和起动力矩。清扫机清扫材料选用尼龙材料。设计圆盘毛刷受力约为 0N，转速为 0r/m 012届毕业设计5滚筒清扫受力约为 F=75N,转速为 n=40r/m 盘毛刷转矩 1R=50 1=95501147递效率 90%。横放锥齿轮 1/=47 90%=520%竖放齿轮处的功率 I/=52 90%=58=5 550轴用带传动，传递效率为 90% 90%=轴之间用带传动，传递效率 90%电机的输出功率 2)/=(2 58+ 90%=0r/m 2 其输出转速为 600r/m 确定传动比电机到 滚筒处 间的总传动比中国地质大学长城学院 2012届毕业设计6i= =40600=15分配各级传动比 设计有电机到主轴 ；由主轴 轴的传动比 。电机到圆盘毛刷的总传动比 i= =60600=10由主轴 轴到 轴的传动比 轴到圆盘毛刷的传动比 转 速 n=60r/m 轴 转速 m 201 轴 转速 m 02120212 = 轴 转速 m 201120313 =毛 刷转 速 m 0212034 =机 的输 出功 率 轴 的输 入功 率 轴 的输 入功 率 轴 的输 入功 率 国地质大学长城学院 公 式（ 3）将 已知 条件 代入 公式 （ 3） 中 轴 的转 矩 = 轴 的转 矩 = 轴 的转 矩 = 到 动力 的传 递以 及加 工成 本， 查 简明 机械 设计 手册 2确 定所 有带 轮材 料选 择为 45号 钢。轴带轮的设计计算1）确定计算功率 计算功率 ，并考虑到载荷性质和每天运行时间长短等因素影响而确定。 00 = 计算功率 工况系数。查工况系数表得 P 所需传递的额定功率2）计算传动比 i=120600=5中国地质大学长城学院 2012届毕业设计8选择 带3）由机械设计手册表 0带轮直径 d2= 50=250算带速 060定中心距 d1+ 2（ d1+10 600取0a=240算基准长度 （ d1+02d 2 240+300+24042002=992基准长度 000际中心距 0 240+29921000 244取 a=250带轮包角 1=180 a d- d 国地质大学长城学院 2012届毕业设计9=180 250 200 135 120所以小带轮包角合理10） 计算 im in/ = 、电 查机械设计手册表 b）查表 K,查表 K,由式 203.)00( =+=+ 取 z=3根。11)计算预紧力 0m= ) 2+=+= ）（ 2） 计算作用在轴上的压轴力0 =轴带轮的设计计算1）确定计算功率计算功率 ，并考虑到载荷性质和每天运行时间长短等因素影响而确定。 计算功率中国地质大学长城学院 2012届毕业设计10 工况系数。查工况系数表得 P 所需传递的额定功率2）计算传动比 i=n=40120=3选择 带3）由机械设计手册表 12带轮直径 12=336算带速 0601d3=定中心距 2（ 896取 00算基准长度 （ +02d 2 500+448+50042242=基准长度 800际中心距 012届毕业设计1a 0 500+ a=540带轮包角 1=180 a d- d 180 540 112 156 120所以小带轮包角合理11） 计算 im in/= 、 查机械设计手册表 b） 查表 K,查表 K,由式 =+=+ 087.)11( z=1根。12)计算预紧力 0m=012届毕业设计12( ) 2+=+= ）（ 3） 计算作用在轴上的压轴力031220 =轴带轮的设计计算1）确定计算功率 计算功率 ，并考虑到载荷性质和每天运行时间长短等因素影响而确定。 52=52 计算功率 工况系数。查工况系数表得 P 所需传递的额定功率2）计算传动比 i=60120=2选择 带3）由机械设计手册 (第二卷 )表 12带轮直径 d2=122=224算带速 06031=定中心距 d1+ 2（ d1+国地质大学长城学院 672取 80算基准长度 （ d1+021 24a)d 2 280+336+28041122=基准长度 120际中心距 0 280+ a=300带轮包角 1=180 a d- d 180 300 112 120所以小带轮包角合理12） 计算 im in/3 = 、 查机械设计手册表 c）中国地质大学长城学院 2012届毕业设计14查表 K,查表 K,由式 052.)11( =+=+ 取 z=1根。13)计算预紧力 0m= ) 2+=+= ）（ 4） 计算作用在轴上的压轴力0 =度等级、 到 动 力 的 传 递 有 方 向 的 变 化 以 及 加 工 成 本 ， 查 简 明 机 械 设 计 手 册 2确 定 齿 轮 类 型 选 择 为直 齿锥 齿轮 。 棒 棒糖 自动 包装 机属 于一 般工 作机 ，所 以理 糖盘 转速 比较 低， 因此 选用 7级 精度 。 轮 材料 选为 40调质 处理 ，处 理后 硬度 为 280大齿 轮材 料选 为 45钢 ，调 质处 理， 处理 后硬 度为 240且两 者硬 度差 403中国地质大学长城学院 初步设计 本节主要设计计算主传动轴与纵封器主轴之间的锥齿轮传动由于传动比为 1，两锥齿轮基本参数相同，所以计算时只需要计算一个就可以。由 机械设计 3表 10 1选取齿轮材料为 40硬度 280表面淬火 ， 轮齿变形不大 ，故精度等级选取 7级。有机械设计手册（第三卷）表 =1，接触强度的安全系数 验齿轮的接触疲劳强度极限250 （查图 u=i=31n=1 2= = 1195119511 3 23 2 =2） 几何计算由机械设计手册（第三卷）图 4， 242411 =际齿数比 u 12412 = ，按表 确定= 。分锥角 = 4524012届毕业设计166e 11 =齿宽系数 R=宽 =b m = 取 =1(21 R m =1(R m 1.,= =三卷）表 =齿顶高 1(121 =+=+= m )*1( 121 =+=+=全齿高 )2( =+=+=齿根角 = 012届毕业设计17齿顶角 = （采用等顶隙收缩齿）顶锥角 =+=+= 根锥角 = 齿顶圆直径 +=+= 安装距 ,5021 冠顶距 1121 = 轮冠距 =端面当量齿数 =+=+=当量齿轮顶圆直径 +=+=当量齿轮根圆直径中国地质大学长城学院 2012届毕业设计18= =+=+= 1 2211= = += =齿中部接触线投影长度 =使用系数 ,三卷）表 级精度和中点节线速度 = ，查机械设计手册（第三卷）图 机械设计手册（第三卷）表 1=012届毕业设计19有效工作齿宽 ,式（ =由表 三卷） 图 数 21机械设计手册 (第三卷 )表 )1(2;221 = 表 齿轮， 1=式（ ， 8.0=式（ 1= 2021)2(11)21( = += += 中国地质大学长城学院 2012届毕业设计20试验齿轮的接触疲劳极限 250寿命系数 1=期工作，取为无限寿命设计。润滑油影响系数 作硬化系数 1=.m =齿面接触强度校核结果22 120寿 命满 足使 用要 求。 般只对挤压应力进行强度校核，由公式得： p=中：t传递的转矩，为 36中国地质大学长城学院 2012届毕业设计27d轴的直径 ，为 40 p 键 、 轴 、 连轴器轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，需用挤压应力 p=70 80其平均值 75：p= 40)636(= p所以，键是安全的。 条 件 可 确 定 润 滑 方 式 为 脂 润 滑 。 查 简 明 机 械 设 计 手 册 2确 定 润 滑 剂 为 通 用 锂 基 润 滑 脂齿轮润滑方式选择根 据条 件查 简 明机 械设 计手 册 确 定齿 轮采 用浸 油润 滑 。 圆 柱齿 轮浸 入油 的深 度最 低约 一个 齿高 ，但 不少 于 10m m ， 最高 不超 过三 分之 一分 度圆 半径 ，大 齿轮 的齿 顶到 油池 底面 的距 离 10m m 。10车架的设计车架是整个清扫机的重要部件，车架直接或间接的影响着清扫机的各个方面的性能，影响着清扫机的操纵性、稳定性。车架的尺寸、材料、结构决定了清扫机的整体 性能。 车架结构设计如下图所示：中国地质大学长城学院 2012届毕业设计28车架的前后支撑选用 5 20无缝矩形钢管 。车架立柱是一种具有中空截面、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，一些钢木家具等就常。 车架上底板设计 底板用来安放置蓄电池 、 电机减速器等 。 车架上底板选用 其尺寸范围为 1070 800 5m m 。中国地质大学长城学院 2012届毕业设计29结 论棒 棒糖 自动 包装 机理 糖机 构传 动装 置的 设计 已经 完成 ， 该 传动 装置 为一 二级 圆柱 齿轮 减速 器与 蜗轮蜗 杆减 速器 组成 的复 合式 减速 器 ， 其 输出 功率 为 能 够满 足设 计中 的 计 要求 ， 其 输出 转速 为 m 完 全复 合设 计要 求 。 该 传动 装置 的最 大特 点在 于将 二级 圆柱 齿轮 减速 器与 蜗轮 蜗杆减 速器 复合 于一 个箱 体内 ，切 最终 将电 动机 输出 的垂 直转 矩转 换成 水平 转矩 ，并 将转 矩传 递给 礼堂 盘 ，完 成其 旋转 。 由 于设 计要 求理 糖盘 的转 速为 m 切 电动 机转 速偏 高 ， 这 对传 动比 得分 配提 出了 比较 大得 挑战 。 该 传动 装置 的这 一特 点 ， 恰 好将 这一 挑战 迎刃 而解 ， 蜗 轮蜗 杆减 速器 的应 用 ， 最 大程 度上增 加了 传动 比 ， 而 将这 两者 减速 器复 合于 一体 ， 也 在最 大程 度上 节省 了空 间和 设计 难度 ， 同 时也 再一 定程 度上 节约 了加 工成 本 ， 减 少了 加工 难度 ， 这 一点 也是 与以 前类 似减 速器 设计 上的 创新 。 该 减速 器的 另一 个优 点是 承载 能力 强 ， 抗 冲击 能力 大 ， 工 作稳 定 ， 但 是这 一优 点也 带来 了它 的一 个缺 点 ， 那 就是 整体质 量偏 大， 这也 在一 定程 度上 提高 了安 装的 难度 。这 一问 题会 在日 后加 以解 决。中国地质大学长城学院 2012届毕业设计30参考文献1银金光 王洪主编 机械设计课程设计 北京：中国林业出版社， 2062孔凌嘉 毛谦德主编 简明机械设计手册 北京：北京理工大学出版社， 2083濮良贵 纪明刚主编 机械设