毕业论文-新型家用清洁器设计-文档精品

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 摘要 随着人民生活水平的提高,人们对家庭打扫卫生提出了更高的要求， 采用新型家庭清洁器 替代传统繁重的人工清洁工作,近年来已受到国内外的研究重视。 本文针对家庭清洁的需求，设计了本新型清洁器。首先，对清洁器的功能需求进行分析， 确定了传动原理方案，由叶轮旋转产生负压实现吸尘，由一曲柄滑块机构实现地面清扫擦拭。 其次，对清洁器结构进行设计，使本清洁器既能满足功能需求，又方便安装调试。再次，对 传动件进行设计计算。 本文所设计的新型家庭清洁器外观时尚小巧，结构合理，成本比较低，采用智能化控制。 有着广阔的市场前景。 关键词关键词: 清洁器 曲柄滑块 吸尘器 步进电机 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 Abstract With the improvement of peoples living standard, people put forward higher requirements for household cleaning, using a new type of household cleaner substitutes the traditional heavy manual cleaning work, in recent years has received research attention both at home and abroad. Aiming at home cleaning requirements, design the new cleaner. First, analysis the functional demand for cleaner, transmission principle scheme is determined by the rotation of the impeller, generates negative pressure dust extraction, surface cleaning is realized by a crank slider mechanism. Secondly, carries on the design to the cleaner structure, so that the cleaner can not only meet the functional requirements, and convenient installation and debugging. Thirdly, design and calculation of transmission parts. A new type of family cleaner designed stylish compact, reasonable structure, low cost, adopts intelligent control. Have broad market prospects. Keywords: cleaner slider-crank cleaner stepper motor 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 目录 第一章第一章 绪论绪论 . . 1 1 1.1 家用清洁器的意义和国内外现状 . 1 1.1.1 家用清洁器的意义 . 1 1.1.2 家用清洁器国内外的现状 . 1 1.2 现有同类设计 . 2 第二章第二章 方案提出及论证方案提出及论证 5 5 第三章第三章 新型清洁器原理方案设计新型清洁器原理方案设计 7 7 3.1 吸尘器的原理 . 7 3.2 曲柄滑块机构 8 3.2.1 曲柄滑块的运动学特性 . 8 第四章第四章 新型家用清洁器结构设计新型家用清洁器结构设计 1010 4.1 新型家用清洁器总体结构布置 . 10 4.2 家用清洁器结构设计 11 4.3 新型家用清洁器行走部位结构设计 12 4.3.1 全自动吸尘器主要参数计算 12 4.3.2 轴的结构设计 15 4.3.3 轴的强度校核 16 第五章第五章 锥齿轮传动设计锥齿轮传动设计 1919 5.1、圆锥直齿齿轮传动的计算 19 第六章第六章 总结总结 2222 致谢致谢 2323 参考文献参考文献 2424 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第一章 绪论 清洁是日常生活中最主要的家务劳动之一。清洁也就是平时所说的搞卫生,包括扫地、拖 地、擦地板、擦桌子,其实质也就是除去这些物品表面的尘土和污渍。现阶段家里除去尘土和 污渍的主要就是靠吸尘器和手动的扫把和拖把。 而且一般吸尘器的功能只有去除灰尘这一项， 并没有拖地，擦桌子等这些功能，价格也不是非常实惠。而本课题所设计的新型家用清洁器 正是解决了这些问题本产品设计新颖，结构独特，采用小型电动机驱动，清洁头可以左右往 复运动，主要是模仿人手在擦东西的“机械性劳动”而设计，并且在某些方面比人手更加出 色。本产品最大的特点就是在同样功率下它具有比普通吸尘器更强大的吸力，可以完成普通 吸尘器无法清洁的任务，比如吸出一些家用电器的表面缝隙的少量灰尘，清除笔记本电脑的 微小灰尘污渍等，并且效果更好、噪音更小。本课题设计的新型家用清洁器真正做到了扫地 拖地一体化，改变了传统意义上吸尘器单一的功能，还增加了一些其他的功能，使日常清洁 更轻松。 1.1 家用清洁器的意义和国内外现状 1.1.1 家用清洁器的意义 随着人们生活步伐的加快，在未来，人们不再可能有时间拿着扫把畚箕，先扫地，然后 再吸尘，再拖地。所以，必须有一款功能强大，且方便实用的家用清洁器来解决人们生活中 清扫麻烦的问题。争对上述的情况，我设计了这款多功能的家用清洁器。这是一款集吸尘、 拖地一体，还可以擦桌子等的家用清洁器。拥有多项强大的功能，独一无二的可拆卸手推式 设计，其设计即方便实用，又别具匠心，一推即可快速清洁地面。使传统的扫地清洁工作融 合现代元素,不仅给人耳目一新的感觉，更让人们从此告别家里繁琐的清扫难题。 1.1.2 家用清洁器国内外的现状 家用清洁器主要由吸尘器部分和拖地部分组成。 吸尘器部分主要由起尘、吸尘、滤尘三部分组成，一般包括串激整流子电动机、离心式 风机、滤尘器（袋）和吸尘附件。一般吸尘器的功率为 400-1000W 或更高，便携式吸尘器的 功率一般为 250W 及其以下。吸尘器能除尘，主要在于它的“头部”装有一个电动抽风机。 抽风机的转轴上有风叶轮，通电后，抽风机会以每秒 500 圈的转速产生极强的吸力和压 力，在吸力和压力的作用下，空气高速排出，而风机前端吸尘部分的空气不断地补充风机中 的空气，致使吸尘器内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差，在此压差的作用下，吸 入含灰尘的空气。灰尘等杂物依次通过地毯或地板刷、长接管、弯管、软管、软管接头进入 滤尘袋，灰尘等杂物滞留在滤尘袋内，空气经过滤片净化后，再由机体尾部排出。 拖地部分采用了使用方便，价格便宜的连杆机构。使得家用清洁器在洗尘的同时可以来 回不停的擦地板，从而避免了一般清洁器一遍过，擦不干净的这一弊端。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 目前在欧美日等发达国家,清洁机器人开发较早,应用范围也较广,近两年来,已经开发出多 种面向市场的智能吸尘机器人。澳大利亚某公司研制出可自动行驶并打扫房间的型机器 人这种全自动吸尘器表面光滑,体积很小,呈圆形,内置搜索雷达,可以搜索各种房间里的每一处, 不会碰撞家具或其它障碍物。微处理小电脑使它具备在拐至屋角处能探测方向、选择前进路 线的能力。只要将全自动吸尘器放在地面上,它便可自动开始工作。其搜索雷达会探测出距离 最近的墙壁,先顺着墙壁把地板四周的灰尘及异物吸尽;然后再不规则地来回移动于房间的其 它位置,并且能在接近障碍物之前迅速转向。该吸尘机器人由于在主机的周围配备了 障碍物传感器,因此可以在检测墙壁及障碍物的同时打扫地面;当打扫完可以行驶的场所后,机 器人就自动关闭电源。不管房间的外形及面积的大小、导航算法引导机器人在任何 房间的所有无遮掩区域四处运动来进行清洁工作,因为机器人导航沿房间的周围,所以它要创 建自己的空间参考图,机器人不需要任何编程“教它应该去哪里” 。该机器人操作简单,仅有 个按钮:开始、结束以及暂停,人们只要简单地将它放置在需要清扫的区域或房间中,按下开始 按钮即可。 在日本，东日本铁路公司、shinko 电器公司和 Howa 工业有限公司联合研制了车站地面 清扫机器人. 机器人可沿墙壁从任何一个位置自动启动. 利用不断旋转的刷子将废弃物扫入 白带容器中1日本静甲株式会社的清水工厂开发出一种自动清扫机器人. 可用于各种工厂的 清扫工作. 机器人采用光纤陀螺控制方向. 采用编码器和超声波传感器测距. 采用光学探测 器探测障碍物 机器人的四周装有橡胶垫. 橡胶垫内部装有触觉传感器. 一旦机器人与人接触. 触觉传感器信号会使机器人停下来1以保证人的安全Br-3这些应用还都是用于工业或者公共 的场合. 真正具有里程碑意义的是 2002 年 9 月清洁机器人 Roomba”美国面市. 这是一款 面向家庭的机器人。重约 2ky 直径为 762mm(30“). 具有高度自主能力. 可以游走于房间各家 具缝隙间. 灵巧地完成清扫工作. 据说这是将用于军事的“躲避地雷的移动技术，应用到了 吸尘器上。 “Roomba” 的动作有点迟缓. 但却能稳定 安全地完成任务 由于能够在完成任务后 自动切断电源. 所以可以在外出期间让 Roomba”在家进行清扫 英国 法国和澳大利亚也 都推出过清洁机器人产品. 在国内， 对清洁机器人相关技术如机器感知、 机器人导航和定位与路径规划 机器人控制、 电源与电源管理、动力驱动等技术的研究. 哈尔滨工业大学、华南理工大学、上海交通大学 等高校，也对清洁机器人进行了大量的研究，并取得了一些成果，这些都为清洁机器人的研 究开发和推广奠定了物质和技术基础。 1.2 现有同类设计 （1）洗地机 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 洗地机是一种硬质地面清洗同时吸干污水，并将污水带离现场的清洁机械。 1-1 洗地机 （2）家用智能全自动扫地机扫地机器人 在吸尘器的基础上增加扫地拖地的的功能，但因为是全自动的，所以价格偏贵。 1-2 家用智能全自动扫地机扫地机器人 （3）手推式扫地吸尘拖地一体机 这款集扫地、吸尘、拖地一体的机器，独一无二的手推式节能设计，具有不用电不用水， 无噪音、多功能。集扫帚。簸箕以及吸尘器为一体的节能环保扫地清洁用具。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1-3 手推式扫地洗尘一体机 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第二章 方案提出及论证 对于本家庭清洁器设计，需要满足如下三个功能：其一，能将地面的灰尘吸走；其二， 对于地面上的顽固污渍要进行擦拭；其三，清洁器能在地面行走。根据家庭清洁的功能需求 分析，现拟定如下两种传动方案： 方案一：方案一： 图 2-1 新型清洁器方案一 如图 2-1 所示，新型家庭清洁器方案如图 2-1 所示，本方案由过滤网、叶轮、吸尘电机、 毛刷电机及毛刷组成。由吸尘电机和毛刷电机独立工作，由吸尘电机带动叶轮旋转，使地面 的灰尘从进尘口吸进，经过滤网过滤掉，过滤网是可以拆卸的，方便清洗。由毛刷电机旋转 带动毛刷旋转，毛刷旋转使地面污渍被刷掉。 方案二：方案二： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 2-2 新型清洁器方案二 清洁器由过滤网、叶轮、吸尘电机、齿轮和曲柄滑块机构组成，电机为双输出，电机一 端输出实现叶轮旋转，叶轮旋转实现吸尘功能；另一端输出带动小锥齿轮旋转，由小锥齿轮 带动大锥齿轮旋转，而曲柄与大锥齿轮联接在同一根轴上，随同大齿轮一起转，从而实现滑 块往复运动，实现了擦拭地板功能。 方案比较：方案比较： 综上所述，方案一与方案二都能实现新型家庭清洁器的功能需求，方案一多两个毛刷电 机，毛刷电机可实现独立控制，能使毛刷与吸尘有不同的转速，此方案的优点在于实现更个 性的自动化需求，缺点在于结构较复杂，制造成本更高。方案二由曲柄滑块机构实现擦拭地 面功能需要，曲柄滑块机构与叶轮共用吸尘电机，此方案的优点在于减少了电机，能使体积 结构更小巧，产品造价成本更低。两相比较，为节约成本，降低造价，本新型家庭清洁器采 用方案二更合适。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第三章 新型清洁器原理方案设计 3.1 吸尘器的原理 吸尘器是现代家庭中受到人们广泛喜爱的清洁用具，传统的用具清扫房间往往不能将家 里的微细尘埃清扫干净，尘埃总是从一处转移到另一处，尤其是地毯窗帘等处的灰尘就更 难以清除，利用吸尘器来做清洁工作就无此弊。吸尘器不但可以清洁地面，也可以用来清洁 一般的器具难以清洁的地方，如沙发，墙壁等。 吸尘器主要由起尘、吸尘、滤尘三部分组成，一般包括串激整流子电动机、离心式风机、 滤尘器（袋）和吸尘附件。一般吸尘器的功率为 400-1000W 或更高，便携式吸尘器的功率一 般为 250W 及其以下。 一般吸尘器的功率为 400-1000W 或更高，便携式吸尘器的功率一般为 250W 及其以下， 吸尘器靠电动机高速驱动风机叶轮旋转，使空气高速排出，而风机前端吸尘部分的空气不断 地补充风机中的空气，致使吸尘器内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差，在此压差 的作用下，吸入含灰尘的空气，经滤尘器过滤，排出清净的空气，负压差越大风量越大，则 吸尘能力也越大。 吸尘器的吸尘桶内装有一个收集灰尘的盒子，尘垢便留在集尘盒里，盒子装满后，可取 出用水刷洗清理。吸尘器配上不同的部件，可以完成不同的清洁工作，如配上地板刷可清洁 地面，配上扁毛刷可清洁沙发面、床单、窗帘等，配上小吸嘴可清除小角落的尘埃和一些家 庭器具内的尘垢。 图 2-1 吸尘器原理图 吸尘原理：吸尘器的风机叶轮在电动机高速驱动下，将叶轮中的空气高速排出风机，同时 使吸尘部分内空气不断地补充进风机。这样不妨与外界形成较高的压差。吸嘴的尘埃、脏物 随空气被吸入吸尘部分，并经过漏器过漏，将尘埃、脏物收集与尘筒内。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.2 曲柄滑块机构 图 2-2 曲柄滑块机构 曲柄滑块机构常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动;或者将滑块的往复 直线运动转换为曲柄的回转运动。对曲柄滑块机构进行运动特性分析是当已知各构件尺寸参 数、位置参数和原动件运动规律时,研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度等, 从而评价机构是否满足工作性能要求,机构是否发生运动干涉等。曲柄滑块机构具有运动副为 低副,各元件间为面接触,构成低副两元件的几何形状比较简单,加工方便,易于得到较高的制造 精度等优点,因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用，如自动送料机构、冲 床、内燃机空气压缩机等，本新型清洁器中利用曲柄滑块机构实现擦拭扫地功能。 3 3.2.1.2.1 曲柄滑块的运动学特性曲柄滑块的运动学特性 图 2-3 取 A 点为坐标原点，x 轴水平向右。在任意瞬时 t，机构的位置如图。 可以假设 C 点的矢径为： r=AC=AB+BC （3-1） C 点的坐标为其矢径在坐标轴上的投影： coscos 33 22 rrx （3-2） 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 sinsin 33 22 rr y （3-3） 根据图形可知： sin sinsin 22323 *)/( rr （3-4） 所以： sin sin cos 2 2 2 1 2 1 2 3 （3-5） 式中， rr32/ 是曲柄长与连杆长之比。将上式代入x的表达式中，并考虑到 t 2 ，就 得到了滑块的运动方程： trr x t sin 1 cos 2 2 )( 2 3 （3-6） 若将此式对时间求导数，其运算较繁琐。在工程实际中，值通常不大（=1/4-1/6） ，故可 在上式中将根式展开成 2 的幂级数并略去 4 起的各项而作近似计算： )( 2cos t r x r3 )(125. 0)(5 . 01 sinsin 4422 tt cos 2r )( t )(5 . 0 sin 22 33 t rr )( 2cos t r )2(1 25. 0 cos 2 3 t r （3-7） )2(25. 0)()25. 01 ( coscos 2 2 3 ttx rr （3-8） 上式再对时间取导数，便可以得到速度和加速度的表达式： )2(5 . 0)( sinsin 2 ttx r （3-9） )2()( coscos 2 2 tta r （3-10） 其中 ax, 都是 t 2 的周期函数。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第四章 新型家用清洁器结构设计 4.1 新型家用清洁器总体结构布置 新型家用清洁器的外壳起着支撑吸尘器各零部件并将它们与外界隔离的作用，这样既能 保护内部结构，又能保证安全。 由于新型家用清洁器设计需要在地面自动行走，因此他的结构要保证行走的平稳，可以 采用卧式吸尘器的结构来完成其机体的设计， 由图 3-1 所示壳后壳上盖等部分组成，均 为塑料材料。前壳头部为吸入口，后壳内按装吸尘部件，里面主要安装电动机-风机及一些功 能性机构；两侧可以用来安装车轮，此外在后壳处有排风口，便于风机的工作。 家用清洁器的外壳不仅应具有足够的强度，还要有美观的造型重量轻外表颜色光泽 以及成本低廉，外客的造型设计必须适应内部的结构需要。 外壳一般用金属材料冲制，或采用工程塑料，金属材料有较高的强度，由于重量绝缘 材料性能查制造工艺复杂成本高，因此，除了老式的吸尘器及工业吸尘器外，现代家用吸 尘器很少采用。 鉴于以上原因，新型家用清洁器设计的外壳采用工程塑料为主体，可通过注塑成型，除 了电动风机外，其它零件一般均可由工程塑料代替金属材料，这不仅适合于大量生产，易于 降低成本，而且重量可以减少到金属外壳的 1/31/4，绝缘性能也大为提高，还可以做成各 种款式颜色色泽鲜明的式样。用于新型家用清洁器设计外壳的工程塑料主要是 PP 和 ABS， 用于吸管的材料可以是聚丙烯等。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3-1 新型家用清洁器设计布置简图 新型家用清洁器设计的壳体由于考虑到后面要安装驱动电机这使得它的后壳结构与通常 的卧室吸尘器有所不同， 如图 3-1 表示的在新型家用清洁器设计的后壳部位下面留有一定 的驱动电机安装空间，下面留有滑块安装部位，同时便于驱动轮的安装，有利于整体结构的 布局。 4.2 家用清洁器结构设计 新型家用清洁器设计的吸尘部位，主要由吸嘴 吸管储灰箱电动风机等部位组成。 从外界吸进的灰尘和垃圾首先到达吸尘部，吸尘部的功能主要是使吸进的高速气流通过过滤 网，滤出垃圾和灰尘。过滤网不仅仅能挡住较大颗粒的垃圾，而且能阻止细小的尘埃通过， 性能好的过滤网，排出的灰尘在直径 5 微米以下，此外，过滤网的透气性好，能长时间过滤 而不被堵塞，使电机得到充分的冷却，其基本结构如图 3-2 所示，灰尘通过吸尘器的吸嘴进 入到吸尘器集尘盒，而后经过过滤网的过滤，沉积在集尘盒里，气流由电动风机吸入口吸入， 而后排出。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3-2 家用清洁器结构设计 多功能尘器的风机采用车用吸尘器的风机结构，其重量轻，吸尘功率能满足家用的要求， 其安装通过吸尘器机壳的定位孔固定，由橡胶密封圈进行密封，后面由风机固定板进行压紧， 在机壳的后面留有一些排风口，便于风机的工作，电动风机高速旋转时会产生很大的震动， 因此，风机固定板应该用一些能够减震的材料，向泡沫等，吸尘口应该与风机口对应一条线， 有利于风机工作，从而更好的吸尘。 风机有密封罩，有封闭的电机罩降噪效果好。因为电机产生的噪声会很容易穿透吸尘器 外壳，造成噪声污染；全密封的电机罩还能保证电机产生的热量不会影响到其他电器件，延 长整机的寿命。 4.3 新型家用清洁器行走部位结构设计 4 4.3.1.3.1 全自动吸尘器主要参数计算全自动吸尘器主要参数计算 新型家用清洁器设计的驱动部分是由两个四相步进电机以及相应的驱动机构组成的。步 进电机带动两驱动轮（后轮），从而推动吸尘器运动。前轮不再采用传统的双轮结构，而采 用了应用非常广泛的万向转轮这既减小了结构复杂度，又提高了转弯的灵活性（如图3-3）。 通过改变作用于步进电机的脉冲信号的频率，可以对步进电机实现较高精度的调速。同 时在对两电机分别施加相同或不同脉冲信号时，通过差速方式，可以方便的实现吸尘器前进、 左转、右转、后退、调头等功能。这一设计的最大优点是吸尘器能够在任意半径下，以任意 速度实现转弯，甚至当两后轮相互反向运动时，实现零转弯半径（即绕轴中点原地施转）。 同时转弯的速度可通过改变单片机的程序来调节 。 由于智能吸尘器是边行走边工作的，所以要求速度很低，一般要求3mmin左右，这样能 够保证新型家用清洁器设计行走平稳，而且有很高的效率，设计车轮的直径为8cm, 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3-3 转向结构图 则由公式（31） U=CN （41） 式中 C车轮的周长（cm） N车轮的转速（r/min） N=U/C 12r/min 1）新型家用清洁器设计的阻力计算 设计新型家用清洁器设计的质量在3Kg则;后车轮的的阻力矩由公式（32） T=mgfr （42） f滚动摩擦系数由机械设计课程设计指导表11-7取0.05（K/CM) T=39.80.0554 =6.468N/m 2）新型家用清洁器设计的前轮阻力矩 T0=mgfr =39.80.0550.5 =0.8N/m 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3）深沟球轴承的摩擦力臂 T1= mgf1R f1=0.02k/cm ,由机械设计课程设计指导表11-9选取. T1=0.025n/cm; 4）步进电机的选择 （1）机电领域中步进电机的选择原则 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入 一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转 速取决于输入脉冲频率。 步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电 机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如： 数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。 选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率 步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的 余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范 围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。 选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在 机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进 电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特 性所决定。 选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步 进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足执行件快速 移动的需要。 2）选择步进电机 根据供电电压为12V选取步进电极电机,根据小功率电机手册,选择永磁式步进电机, 其具体参数如下:表3-1。 表格 3-1 步进电机的基本参数 型号 相 数 额定电压 (V) 电流 （A） 保持转矩 （mN/cm） 步近角 ( ) 57BYG 005 4 12V 0.4A 254.97mN/ cm 1.8 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4 4.33.2 2 轴的结构设计轴的结构设计 1）轴的结构设计 （1）轴的径向尺寸的确定 轴的径向尺寸是在出算轴的直径基础上进行的,轴径的估算方法是按扭矩并降低许用扭 转切应力的方法进行的; 计算由公式（33） ， d 3 / NPA (mm) （43） 式中 P为轴所传地的功率（KW） N为转轴的转速（r/min） A为轴的许用应力系数（其值可以查机械设计教材表 10.3， 在这里选取轴的材料为 45 号钢，则 A=108,由步进电机的参数由公式（34）可知； P=VI （44） =0.412 =4.8W 取转速 n=12r/min 计算得 d108 3 12/0048. 0 7.96mm 轴的截面上有一个键槽，将直径增大 5，得 d7.96(1+5) 8.35mm 取标准值 d=10mm ,即为轴直径最小直径。 （2）拟定轴上零件的装配方案 为了便于联轴器的连接以及车轮的安装，许用下述方按，如图 3-5 在轴的左侧需要连接 联轴器，以便于和步进电机的轴相互连接，在轴的右侧有键主要用来和车轮连接，在右侧 同 时加工螺纹，使车轮能够沿轴向固定，在轴的中间留有轴间用来固定轴承，逐步选定轴的直 径为 D=10mm 轴间 D=12mm,则根据轴的直径来选择轴承和联轴器等,由于轴的直径较小现有的 标准联轴器很难满足设计的要求,因此需要单独设计联轴器,选用钢管加工满足要求的孔而后 加工两个径向螺纹孔,用螺钉将电机轴与转轴相连接,轴上面的平台可以通过磨削的方式实现, 滚动轴承的选取根据轴承手册选用深沟球轴承,轴承的型号 61800,其基本尺寸 BDd=5 1910. 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 4-4 轴的装配简图 通过中间的轴进行定位,选择轴承盖将轴承固定,并且密封.键的选取(根据机械设计课程 设计指导)选定.选取 GB1096-79 键 46 4 4.3.3.3.3 轴的强度校核轴的强度校核 1.按许用弯扭合成强度条件计算 通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上的零件位置以及外载荷和支反力的作用位 置均以确定，轴上的载荷已可以求得，因而，可以按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计 算，其计算步骤如下： (1)做出轴的计算简图 轴所受的载荷从零件传来，计算时，将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载 荷分布的中点，作用在轴上的扭矩，一般从传动轮毂宽度的中点算起，通常把轴作为链铰接 支座的梁，支持反力的作用点与轴承的类型和布局方式有关。(如图 3-5) 图 4-5 轴的计算简图 (2)做出弯矩图 根据上述简图，分别按水平面和垂直面计算做出各力产生的弯矩，并按照计算结果分别 做出水平面上的弯矩 Mh 图和垂直面上的弯矩 Mv 图， 然后由公式 （35） 进计算总弯矩 M。 （如 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 3-7） M= MMvH 22 （35） =75Nm 75 M 图 4-6 弯矩图 （3）做出扭矩图（如图 3-8） T=9.5510 6 p/n =77Nm 77 （图 3-7 扭矩图） （4）做出计算弯矩 根据已做出的总弯矩图和扭矩图计算弯矩 Mca.由公式（36） Mca= )( 2 2 aT M （36） = )776 . 0(75 2 2 =88.1 Nm 式中，a是考虑扭矩和弯矩的加载情况及产生的循环特性差异系数,扭剪应力按脉动循 环变换取 a=0.6 （5）校合轴的强度 已知轴的计算弯矩后，对危险截面作强度进行校核计算，按第三强度理论，计算弯曲应 力由公式（37） )( 1 2 2 W ca ca aT M W M （ Mpa） （47） =8.8Mpa59MPa 式中 W轴的抗弯截面系数 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1 -轴的许用弯曲应力（Mpa） ，45#调质处理经，取 59Mpa 经计算满足要求，设计轴符合调节。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第五章 锥齿轮传动设计 5.1、圆锥直齿齿轮传动的计算 选择齿形制 GB12369-90，齿形角 20 小锥齿轮悬臂布置。 （1）选择齿轮材料和精度等级 材料均选取 45 号钢调质。小齿轮齿面硬度为 250HBS，大齿轮齿面硬度为 220HBS。 精度等级取 8 级。 试选小齿轮齿数 1 25z 22 1 3.1 2577.5zi z 取 2 77z 调整后 2 2 1 77 3.08 25 z i z （2）按齿面接触疲劳强度设计 查3(10-26)有齿面接触疲劳强度设计公式 2 1 3 1 2 2 2.92() (1 0.5) E t HRR ZKT d i 试选载荷系数：8 . 1 t K。 计算小齿轮传递的扭矩： 1 10.22TN m 取齿宽系数：30. 0 R 确定弹性影响系数：由3表 10-6， 2 1 8 .189 MPaZE 确定区域系数：查3图 10-30，标准直齿圆锥齿轮传动：5 . 2 H Z 根据循环次数公式3式 10-13，计算应力循环次数： 8 12 6060 960 2 10 300 88.9 10 h Nn jL 8 1 2 2 3.17 10 N N i 查3图 10-19 得接触疲劳寿命系数： 1 0.94 HN K，95. 0 2 HN K 查3图 10-21(d)得疲劳极限应力：MPa H 600 1lim ，MPa H 570 2lim 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 由3式 10-12 计算接触疲劳许用应力，取失效概率为 1%，安全系数1.0 H S， 1lim1 1 564 HNH H H K MPa S ， 2lim2 2 541.5 HNH H H K MPa S 由接触强度计算出小齿轮分度圆直径： 1 24.8 t dmm， 则 11(1 0.5 )24.8 (1 0.5 0.3)21.08 mtR ddmm 计算载荷系数： a：齿轮使用系数，查3表 10-2 得25. 1 A K b：动载系数，查3图 10-8 得17. 1 v K c：齿间分配系数，查3表 10-3 得1 FH KK d：齿向载荷分布系数 beHFH KKK 5 . 1 查3表 10-9 得25. 1 beH K ，所以875. 1 FH KK e：接触强度载荷系数1.25 1.17 1 1.8752.74 AvHH KK K KK 13按载荷系数校正分度圆直径 3 11 /25 tt ddK Kmm 1 1 1 d mmm z 取标准值，模数圆整为1mmm 14计算齿轮的相关参数 11 25dmzmm， 22 77dmzmm 1 1 2 arctan17.977 z z ， 21 9072.023 2 2 1 1 ()1 29.7 2 z z Rdmm 15确定齿宽：14.9 R bRmm 圆整取 12 15bbmm 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 (3)校核齿根弯曲疲劳强度 1 载荷系数74. 2K 2 当量齿数 1 1 1 25.45 cos v z z ， 2 2 2 203.35 cos v z z 3 查3表 10-5 得77. 2 1Fa Y，56. 1 1Sa Y，18. 2 2 Fa Y，79. 1 2 Sa Y 4 取安全系数1.2 F S 由3图 10-18 得弯曲疲劳寿命系数92. 0 1FN K，9 . 0 2 FN K 查3图 10-20(c)得弯曲疲劳极限为：MPa FE 440 1 ，MPa FE 425 2 许用应力 11 1 337.33 FNFE F F K MPa S 22 2 318.75 FNFE F F K MPa S 5 校核强度，由3式 10-23 )5 . 01 ( 2 22 1 F R SaFa F zbm YYKT 计算得 11 18.96 FF MPa 22 7.8 FF MPa 可知弯曲强度满足，参数合理。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第六章 总结 新型家用清洁器设计作为一种家用电器,要想得到家庭用户的认可和购买,必须价格低廉 性能优异,大规模投放市场后应该能够产生很高的经济效益。 新型家用清洁器设计的壳体主要材料是工程塑料，工程塑料在我们的日常生活中都能见 到，它以强度高、质量轻等特点，被广泛应用于家电行业以及轻工业当中新型家用清洁器设 计的壳体用注塑成型，可以进行大规模生产，注塑技术发展，迅速技术先进而且成本低廉， 所以新型家用清洁器设计的壳体部分经济适用。 新型家用清洁器设计的动力部分主要由电机构成，在设计中以步进电机作为动力源，步 进电机在机械传动中应用广泛，它可以实现精确的位移，它的价格比普通的直流电机略高一 些，但考虑到其优越的性能，它作为动力源很合适，新型家用清洁器设计的风机电动机采用 了铁氧体永磁直流电动机，它的转速很高，在小型吸尘器中经常应用，它的价格比较底在几 十元左右，而且很容易从一些电机生产厂家购进。 综上所述，新型家用清洁器设计的成本很低，它的销售价格基本和现有家用普吸尘器接 近，并且可以大规模生产制造，进而新型家用清洁器设计能像普通家电产品一样走进千家户， 为这一高新技术产品带来可观的市场和经济效益。