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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 摘摘 要要 传统的地面清洁是一项比较繁重的工作， 一般都会经过“清扫一吸尘一拖地” 三个环节，需要耗费较多的人力与时间，而小型楼道清扫机能够解决这些问题。 本小型楼道清扫机主要由传动系统、盘刷清扫装置、滚刷清扫装置和机体 组成，清扫机的能源装置通过传动系统将运动传给两侧的盘形刷，使其分别作 顺时针和逆时针转动，将两侧的垃圾扫到中间，传给中间的滚刷，再由滚刷将 垃圾扫入垃圾箱内实现清扫的功能。它可以对各种大小的垃圾进行清理，两侧 的清扫刷可方便地清扫墙角及靠近障碍物的地方。 本文先是分析了清扫机的研究现况提出新的切实可行的设计方案，再对清 扫机各个部分进行了详细的设计与验证，对今后清扫机的设计工作有很大的指 导意义。 关键词关键词：清扫机；盘刷；滚刷；传动 II ABSTRACT The traditional floor cleaning is a relatively heavy work, usually after “cleaning a vacuum a mop,“ three links, you need to spend more time and manpower, and the small corridor sweeper can solve these problems. The small corridor sweeper mainly by transmission, disc brush cleaning device, roller cleaning device and body composition, Sweepers energy transmission device motion passed by both sides of the disc-shaped brush, respectively, clockwise and counter it clockwise, on both sides of the trash swept into the middle, passed to the middle of the brush, the brush and then sweep into the garbage bins to achieve cleaning function. It can be of various sizes garbage clean-up, sweeping both sides of the brush can be easily cleaned and near the corner where the obstacle. This paper first analyzes the research status of the proposed new sweeper practical design, and then the various parts of the sweeper detail design and validation, cleaning machine for future design work has great significance. Keywords: Cleaning machine; Plate Brush; Brush; Drive III 目目 录录 摘 要 . I ABSTRACT II 第一章 绪论 1 1.1 国内外研究现状 . 1 1.1.1 国外研究现状 . 1 1.1.2 国内研究现状 . 2 1.2 设计要求 2 1.2.1 主要任务与目标 . 2 1.2.2 主要内容与基本要求 . 2 1.2.3 设计参数要求 . 3 第二章 总体设计 4 2.1 清扫方案选定 . 4 2.2 传动方案选定 . 4 2.3 驱动方案选定 . 4 2.3.1 电机的去选择 . 4 2.3.2 电瓶的选定 . 5 2.4 总体方案确定 . 6 第三章 主要部件的设计 . 7 3.1 传动系统设计 . 7 3.1.1 总传动比 . 7 3.1.2 分配传动比 . 7 3.1.3 传动装置的运动和动力参数计算 7 3.2 一级 V 带传动的设计 . 9 3.2.1 V 带的基本参数 9 3.2.2 带轮结构的设计 . 11 3.3 锥齿轮的设计 . 11 IV 3.3.1 选精度等级、材料和齿数 11 3.3.2 按齿面接触强度设计 12 3.3.3 校核齿根弯曲疲劳强度 13 3.3.4 验算 15 3.4 盘刷级 V 带传动的设计 . 17 3.4.1 V 带的基本参数 17 3.4.2 带轮结构的设计 . 19 3.5 滚刷 V 带传动的设计 . 19 3.5.1 V 带的基本参数 19 3.5.2 带轮结构的设计 . 22 3.6 滚刷设计 22 3.6.1 滚刷的结构设计 . 22 3.6.2 滚刷轴的设计 . 22 （1） 轴径的确定 . 22 （2） 各轴段长度的确定 22 （3） 轴承的选择 . 23 （4） 零件的周向定位 23 3.6.3 滚刷轴的强度校核 23 3.7 盘刷设计 26 3.8 机体及支撑的设计 . 27 3.8.1 机体结构设计 . 27 3.8.2 支撑轮的选定 . 28 参考文献 29 结 论 . 30 致 谢 . 31 小型楼道清扫机设计 1 第一章第一章 绪论绪论 伴随着我国社会经济的不断发展，城市化的进程也日益加快，从而也使得城 市人口不断增长，因而导致城市生活垃圾的不断增长，这就使得城市环卫工作的 强度不断加大，特别是一些死角地带更是难以清理。此时小型清扫机就显示出它 的优越性，而清扫装置是清扫机的核心部件，所以对小型清扫机清扫装置进行研 究是很必要的。 传统的地面清洁是一项比较繁重的工作， 一般都会经过“清扫一吸尘一拖地” 三个环节，需要耗费较多的人力与时间。目前正在研究的一些智能清洁装置，由 于瞄准的都是高端家用市场， 其制造、 使用以及维护的成本较高， 难以推广应用; 而且市场上己经推广应用的清洁装置往往功能单一，效率较低，在使用时存在一 定的局限性。 社会的发展使越来越多的智能系统开始代替人类的体力劳动， 而且越来越自 动化、 智能化。楼道清洁机器人就是利用机器人的人工智能来实现楼道的清洁工 作，代替楼道清洁工人的劳动，它的使用价值逐渐被人们接受与认可。早在 20 世纪 60 年代就已经开始了关于移动机器人的研究，按照移动方式可分为轮式、 履带式和腿式三种机构模式。 轮式机器人是利用车轮或类轮转动达到行进或爬坡 目的的机器人， 在满足一定地形适应性前提下， 可充分发挥移动机器人移动灵活、 控制简单等优点。但随着轮子数量的增加又带来了体积庞大、质量重等缺点。履 带式机器人直接利用履带转动达到行进或爬坡目的。该机器人地而适应性强，稳 定高，机构简单，但耗能较高。腿式机器人是模仿人类或其它动物腿部运动的机 器人，腿式机器人地而适应性强、稳定性高，但机构及控制复杂、行进速度低。 1.1 1.1 国内外研究现状国内外研究现状 1.1.1 1.1.1 国外研究现状国外研究现状 路面养护机械化程度的高低， 是一个国家工业化程度和综合实力强弱的重要 标志之一。世界发达国家，如日本，美国，环卫保洁工作做的非常好，都是纯机 械化的。德国生产的凯驰 KSM750 型扫地机分为汽油驱动型和电瓶驱动型。汽 油驱动型适合院落、停车场等户外清扫作业；电瓶驱动型因其噪音低，污染小， 适合室内清扫作业。尘箱容积为 40 升，配合手柄和车轮，可以轻松被拉出，倾 倒垃圾简单易行。电瓶驱动型的优点， （1）移动方便：向下轻压手柄，可以轻松 移动设备，配有坚固外壳及防护杠，防止非专业人员操作时对设备造成的损害。 无级变速驱动根据清扫环境的不同，调整行进速度，即可获得最佳的清扫效果， 小型楼道清扫机设计 2 省时省力。 （2）噪音低本机的外壳拥有吸收噪音的功效，精确地时间记录表，刷 毛采用 V 字型排列方式，大垃圾挡板使得本机具有非凡的清扫效果，对于像加 油站之类的环保要求极高的场所，您也可以放心使用。 国外清扫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，国外在清扫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。 1.1.2 1.1.2 国内研究现状国内研究现状 我国从上个世纪六十年代以来开始研制生产路面清扫车， 至今已有将近五十 年的历史了。但与发达国家相比，我国的路面清扫车不管是从清扫效果、技术水 平还是从销售规模上都还相差甚远。目前我国生产路面清扫车的企业大概有 30 多家， 其中中联重科中标事业部、天津扫地王专用汽车有限公司和北京爱清清扫 车制造有限公司等处于行业领先地位。 在国内，各大科研机构和高等院校也都开始自动清扫机的研究。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清扫机器人。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 国研制出的清扫机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、清扫效率低等问题。 1.2 1.2 设计要求设计要求 1.2.1 1.2.1 主要任务与目标主要任务与目标 （1）英文翻译：认真查阅 10 篇以上专业文献，其中外文资料不少于 2 篇， 并翻译一篇中文字符 2000 字以上的外文文献。 （2）毕业调研：完成文献综述、开题报告。 （3）完成 GL-710 型小型楼道清扫机设计传动结构设计及外形结构设计， 完成 CAD 总装图；完成主要零件垃圾箱、带轮、锥齿轮、主轴、机架等的设计， 完成 CAD 零件图，编写设计说明书 1 万字以上。 （4）完成毕业设计的其它工作（完成指导记录、资料上传网络设计平台、 答辩 PPT 准备、资料装订整理） 。 1.2.21.2.2 主要内容与基本要求主要内容与基本要求 （1）主要内容： 小型楼道清扫机设计 3 1）了解小型楼道清扫机的总体结构及原理； 2）完成小型楼道清扫机总体方案设计：包括基本功能、构造设计和功能原 理的确定； （2）要求： 1）要求机构设计方案合理、结构紧凑； 2）完成 CAD 总装图及主要零件图一套，折合 A0 图纸 3 张； 3）撰写设计说明书内容包括：课题的目的、意义、国内外动态；研究的主 要内容；总体方案的拟定和主要参数的设计计算；格式按宁波大红鹰学院机电学 院机自专业全日制普通本科生毕业论文 （设计） 规范化要求， 文字在 1 万字以上； 4）根据要求确定小型楼道清扫机的总体方案，动力源电动机的型号，清扫 机构设计，包括传动方案的确定、V 带的选择、带轮的设计、主轴的设计、齿轮 的设计等；设计主要零件结构尺寸，并进行强度计算，条理清楚，计算有据；设 计其外形和支撑结构，保证外形的美观，便于人员操作，保证安全； 5）其他要求：学生在进行设计过程中，应充分发挥自己独立思考和创作设 计， 培养和锻炼工程实际中的发现问题和解决问题的能力， 反对盲从和抄袭行为。 设计期间应完成以下工作：查阅相关文献资料，其中外文资料不少于两篇，外文 翻译不低于 2000 字，英文翻译必须注明出处，并提供原版 PDF 文件； 1.2.3 1.2.3 设计参数设计参数要求要求 设计参数： （1）驱动方式：铅酸动力电池驱动； （2）工作效率：3000-5000m2/h； （3）清洁宽度：750mm； 小型楼道清扫机设计 4 第二章第二章 总体设计总体设计 2.1 2.1 清扫方案选定清扫方案选定 通过对目前市场上的清扫机进行调查， 本清扫机采用两侧的盘形刷与中间的 滚刷结合的形式。两侧的盘刷分别作顺时针和逆时针转动，将两侧的垃圾扫到中 间，传给中间的滚刷，再由滚刷将垃圾扫入垃圾箱内实现清扫的功能。它可以对 各种大小的垃圾进行清理，两侧的盘刷可方便地清扫墙角及靠近障碍物的地方。 2.22.2 传动方案选定传动方案选定 齿轮传动传动比稳定、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长。根据所设计 的传动方案，选择大小齿轮的类型，材料并计算出大小齿轮的参数。 齿轮轴受弯曲和扭转复合应力作用， 但载荷和转速均不高， 冲击载荷也不大， 所以具有一般综合机械性能即可满足要求。选择齿轮轴的材料，并对其进行强度 校核。 带传动的优点是：适应于两轴中心距较大的传动；带具有良好的弹性，可以 缓冲、吸振，尤其是 V 带没有接头，传动平稳，噪声小；当过载时，帯与带轮 之间会自动打滑， 可以防止其他零件因过载而损坏； 结构简单， 制造和维护方便， 成本低。所以选用 V 带轮传动。 因此清扫机内部传动间距大，轴中心距较大因此需要采用 V 带；并且纵向 转动与横向传动均由一个电机提供动力， 这就需要在两个传动系之间加入锥齿轮 实现传动方向的变化，综合这些因素本设计采用锥齿轮与 V 带传动结合的形式 进行动力的传动。 2.2.3 3 驱动方案选定驱动方案选定 2.3.1 2.3.1 电机的去选择电机的去选择 (1) 直流有刷电机 早期电动汽车由蓄电池供电故最早采用的是直流有刷电机。 其主要优点是控 制简单、技术成熟，具有优良的控制特性。但由于电机本身存在电刷和机械换向 器，不但限制了电机过载能力与速度的进一步提高，而且如果长时间运行，势必 要经常维护和更换电刷和换向器由于损耗存在于转子上，使得散热困难，限制了 电机转矩质量 比的进一步提高。而且这种电机效率低，维护麻烦，尤其是电刷 产生的火花，会给汽车的其他电器带来高频电磁干扰。 鉴于直流电动机存在以上 缺陷，在新研制的电动 汽车上已基本不采用直流有刷电机。 小型楼道清扫机设计 5 (2) 稀土永磁电机 稀土永磁同步电机采用稀土永磁材料，具有效率高、功率密度大等特点，在 中、小功率的系统中有优势。但是稀土永磁同步电机的成本高，而且目前使用最 多的钕铁稀土永磁体的工作温度比较低，电机运行时的温升不能太高。 (3) 开关磁阻电机 开关磁阻电动机是一种新型电动机，该系统具有很多明显的特点：它的结构 比其它任何一种电动机都要简单， 在电动机的转子上没有滑环、 绕组和永磁体等， 只是在定子上有简单的集中绕组，绕组的端部较短，没有相间跨接线，维护修理 容易。因而可靠性好，转速可达15000rmin。效率可达85 93，比交流感 应电动机要高。 目前， 电动车用电机基本上形成主流， 但并不单一， 而是呈多样化趋势发展 ， 异步电机和永磁无刷直流电机用得比较普遍7。 考虑到该清扫机应保证尺寸及重量最小，因此采用直流电机，调查市场现有 同型号清洗车对比选定电机型号为 90ZYT105，具体参数如下： 型号 转矩 (mN.m) 转速 (r/min) 功率 (w) 电压(v) 电流(A) 不大于 允许顺逆 转速差(r/min) 90ZYT105 733 3000 230 24 13.5 200 2.3.2 2.3.2 电瓶的选定电瓶的选定 清扫车以蓄电池能源，只要有电能的供应，电动车就有了取之不尽的动力源 泉，不受石油资源的限制。而电能的获得可以利用核能、水力、风力、太阳能等 多种形式的原始能源。特别对于我国，水利资源和风力发电等清洁能源的潜在发 电量是相当高的，如果能有效地利用这些能源，不仅有利于环保，节约宝贵的石 油资源，解决全球面临的石油资源枯竭危机，而且更符合我国经济的可持续发展 的战略。 蓄电池的种类一般可分为铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等，它们各 自的特点如下: 铅酸电池:也称为汽车用电池(需加水维护)，充放电时会产生氢气，安置地点 必须设置在通风处以免造成危险;电解液呈酸性，会腐蚀金属;价格低廉。 铅酸免维护电池:密封式充电不会产生任何有害气体，摆设容易，不需考虑 安置地点通风问题，免保养，免维护;放电率高，特性稳定，价格较高。 镍镉电池:用于特殊场合及特殊设备上，水为介质，充放电不会产生.有害气 体;失水率低，但需要固定时间加水及保养;放电特性最佳;可放置于任何恶劣环 境。 综上所述，本清扫机选用 24V 铅酸动力电池驱动。 小型楼道清扫机设计 6 2.4 2.4 总体方案确定总体方案确定 本小型楼道清扫机主要由传动系统、盘刷清扫装置、滚刷清扫装置和机体组 成， 扫机的能源装置通过传动系统将运动传给两侧的盘形刷，使其分别作顺时针 和逆时针转动，将两侧的垃圾扫到中间，传给中间的滚刷。然后，再由滚刷将垃 圾扫入垃圾箱内实现清扫的功能。它可以对各种大小的垃圾进行清理，两侧的清 扫刷可方便地清扫墙角及靠近障碍物的地方。详细结构如下图示： 图 2-1 小型楼道清扫机 小型楼道清扫机设计 7 第三章第三章 主主要要部件的设计部件的设计 3.13.1 传动传动系统设计系统设计 3.1.1 3.1.1 总传动比总传动比 对比现有清扫机，选定清扫机清扫刷转速min/200rn 刷 选定清扫机滚刷转速min/300rn 滚 电机转速min/3000rnm。故总传动比为： 10 300 3000 15 200 3000 n n n n m m i i 滚 滚 刷 刷 3.1.2 3.1.2 分配传动比分配传动比 （1）盘刷传动系统 为使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象，选一级 V 带传动比： 3 带 i； 为使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象，清扫刷级 V 带传动 比：2 刷 i； 则大锥齿轮轴的传动比： 5 . 2 23 15 ii i i 刷带 总 锥 （2）滚刷传动系统 为使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象，选一级 V 带传动比： 3 带 i； 则滚刷级 V 带传动比； 33. 3 3 10 i i i 带 滚 锥 3.1.3.1.3 3 传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数计算 （1）各轴的转速： 小型楼道清扫机设计 8 1 轴 min/1000 3 3000 1 r i n n m 带 ； 大锥齿轮轴 min/400 5 . 2 1000 1 r i n n 锥 锥 ； 盘刷轴 min/200 2 400 2 r i n n 刷 刷 滚刷轴 min/300 33. 3 1000 2 r i n n 刷 滚 （2）各轴的输入功率： 1 轴 wPP8 .22096. 0230 101 ； 大锥齿轮轴 w P P11.10798. 099. 08 .220 2 32 1 锥 ； 盘刷轴 wPP8 .10199. 096. 011.107 31 锥刷 ； 滚刷轴 wPP8 .20999. 096. 08 .220 31 刷滚 ； （3）各轴的输入转矩： 电机轴 mN n P T23.33 1440 01.5 95509550 0 0 0 ； 1 轴 mN n P T23.79 576 81.4 95509550 1 1 1 ； 2 轴 mN n P T05.314 49.140 62. 4 95509550 2 2 2 ； 3 轴 mN n P T88.965 9.43 44.4 95509550 3 3 3 ； （4）整理列表 轴名 功率 kwP/ 转矩 mNT/ 转速 min)/( rn 传动比 电机轴 230 0.732 3000 1 轴 220.8 2.109 1000 3 小型楼道清扫机设计 9 大锥齿轮轴 107.11 2.557 400 2.5 盘刷轴 101.8 4.861 200 2 滚刷轴 209.8 6.679 300 3.33 3.2 3.2 一级一级 V V 带传动的设计带传动的设计 3.2.1 V3.2.1 V 带的基本参数带的基本参数 （1）确定计算功率 c P ： 已知：wP230；min/3000rnm； 查机械设计基础表 13-8 得工况系数：2 . 1 A K； 则：wwPKP Ac 2762302 . 1 （2）选取 V 带型号： 根据 c P、 m n 查机械设计基础图 13-15 选用 Z 型 V 带, （3）确定大、小带轮的基准直径 d d 1）初选小带轮的基准直径：mmdd50 1 ； 2）计算大带轮基准直径： mmdid dd 150503 12 带 ； 圆整取mmdd150 2 ，误差小于 5%，是允许的。 （4）验算带速： smsm nd v md /)25, 5(/85. 7 100060 30005014. 3 100060 1 带的速度合适。 （5）确定 V 带的基准长度和传动中心距： 1）中心距： )(2)(7 . 0 21021dddd ddadd 初选中心距mma200 2）基准长度： 小型楼道清扫机设计 10 mm a dd ddaL dd ddd 5 .726 2004 )50150( )15050( 2 14. 3 2002 4 )( )( 2 2 2 0 2 12 2100 对于 A 型带选用mmLd710 3）实际中心距： mm LL aa dd 184 2 5 .726710 200 2 0 0 （6）验算主动轮上的包角 1 ： 由 a dd dd 3 .57 )(180 121 得 12086.148 184 3 .57 )50150(180 1 主动轮上的包角合适。 （7）计算 V 带的根数z： L A r KKPP PK P P z c )( 00 min/3000rnm，mmdd50 1 查机械设计基础表 13-3 得： kwP6 . 1 0 ； 3min/3000 带 ，irnm，查表得：kwP17. 0 0 ； 由 86.148 1 查表得，包角修正系数95. 0 K 由mmLd710，与 V 带型号 A 型查表得： 99. 0 l K 综上数据，得 6 . 0 99. 095. 0)17. 06 . 1 ( 276. 02 . 1 z 取101z合适。 （8）计算预紧力 0 F （初拉力） ： 根据带型 A 型查机械设计基础表 13-1 得：mkgq/1 . 0 小型楼道清扫机设计 11 N qv kzv P F c 4 .82 44. 81 . 01 95. 0 5 . 2 44. 81 01. 6 500 1 5 . 2 500 2 2 0 （9）计算作用在轴上的压轴力 Q F ： N ZFFQ 201 2 86.148 sin4 .8212 2 sin2 1 0 其中 1 为小带轮的包角。 （10）V 带传动的主要参数整理并列表： 带型 带轮基准直径 (mm) 传动比 基准长度(mm) Z 50 1 d d 150 2 d d 3 710 中心距（mm） 根数 初拉力(N) 压轴力(N) 184 1 82.4 201 3.2.2 3.2.2 带轮结构的设计带轮结构的设计 （1）带轮的材料： 采用铸铁带轮（常用材料 HT200） （2）带轮的结构形式： V 带轮的结构形式与 V 带的基准直径有关。小带轮接电动机，mmdd50 1 较小，所以采用实心式结构带轮。 3.33.3 锥齿轮的设计锥齿轮的设计 3.3.1 3.3.1 选精度等级、材料和齿数选精度等级、材料和齿数 选用直齿锥齿轮传动。 速度不高，故选用 7 级精度 材料选择。由机械设计表 6.1 选取小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 小型楼道清扫机设计 12 280HBS， 大齿轮材料为 45钢 （调质） ， 硬度为240HBS， 二者材料硬度差为40HBS。 选小齿轮齿数 Z130，大齿轮齿数2i1 Z12.5 30=75，取 Z2=75。 3.3.2 3.3.2 按齿面接触强度设计按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算，即 u KTZ d RR H E t 2 1 2 3 1 5 . 01 92. 2 ）确定公式内的各计算数值 （）试选载荷系数3 . 1 t K （2）计算小齿轮传递的转矩 31 10055. 1 2 T TmmN （3）选取齿宽系数 3/1 R （4）知齿轮，查得节点区域系数5 . 2 H Z （4）由表 6.3 查得材料的弹性影响系数 2/1 8 .189 MPaZE （5）由图 6.14 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 MPa H 600 1lim ，大齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 550 2lim （6）由式 6.11 计算应力循环次数 9 h1 1016. 262300101100060nj60LN 71 2 1064. 8 i N N （7）由图 6.16 查得接触疲劳强度寿命系数 9 . 0 1 N Z 93. 0 2 N Z （8）计算接触疲劳强度许用应力 取失效概率为 1，安全系数为 S=1 MPaMPa S Z HN H 5406009 . 0 1lim1 1 MPaMPa S Z HN H 5 .51155093. 0 2lim2 2 小型楼道清扫机设计 13 MPaMPa HHH 75.5252/ )5 .511540(2/)( 21 ）计算 （）试算小齿轮分度圆直径 t d1，由计算公式得 mmd t 7 .29 5 . 2 3 1 5 . 01 3 1 10055. 13 . 1 75.525 8 .189 92. 2 2 3 2 3 1 （）计算圆周速度 sm nd v t /36. 4 106 144084.5714. 3 100060 4 11 （）模数及主要尺寸的确定 模数：99. 0 30 7 .29 1 1 z d m，取mmm1。 考虑到该齿轮为开式齿轮，模数齿轮模数应增加 1.251.5，取mmm5 . 1。 分度圆直径：mmzmd45305 . 1 11 mmzmd5 .112755 . 1 22 节锥角： 8 .21 75 30 2 1 1 arctg z z arctg 2 .6890 12 锥距：mmddR58.60 2 1 2 2 2 1 平均分度圆直径：mmdd Rm 25.38) 3 . 05 . 01 (45)5 . 01 ( 11 齿宽mmRb R 2058.6033. 0，取mmb20 3.33.3.3.3 校核齿根弯曲疲劳强度校核齿根弯曲疲劳强度 （1） 弯曲强度校核公式： YY mb KKKF F Rm VAtm F )5 . 01 (cos （2）确定各参数 平均分度圆处螺旋角0 m ，则1cos m 小型楼道清扫机设计 14 查得动载系数 V K1.15 齿向载荷分布系数12. 1 K 使用系数1 A K 故288. 1 KKKK VA （3）分度圆圆周 3 3 1 11 107 . 1 30) 3 1 5 . 01 (5 . 1 10055. 12 )5 . 01 ( 22 zm T d T F Rm t （4）齿轮系数 YF和应力修正系数 YS 949. 0 13 3 1 cos 22 1 u u 316. 0 13 1 1 1 cos 22 2 u 3 .25 cos 20 cos 11 1 1 z Ze 8 .227 cos 60 cos 22 2 2 z Ze 查表 6.4 得65. 2 1 F Y 23. 2 2 F Y 58. 1 1 S Y 76. 1 2 S Y （5）许用弯曲应力可由下式算得 srF XNF FP YS YY min lim 由机械设计图 6.15 可查出弯曲疲劳极限应力 小锥齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa FE 500 1 大锥齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa FE 380 2 查得寿命系数 0 . 1 21 NN YY 查得 85. 0 1 sr Y，88. 0 2 sr Y 查得安全系数是 25. 1 F S 故许用弯曲应力 MPa YS YY srF XNF FP 2 .490 85. 02 . 1 11500 1min 1lim 1 小型楼道清扫机设计 15 MPa YS YY srF XNF FP 8 .359 88. 02 . 1 11380 2min 2lim 2 YY mb KKKF F Rm VAtm F )5 . 01 (cos 1 3 1 7 .91 58. 165. 2 )33. 05 . 01 (10 . 332 12. 115. 11107 . 1 FP F MPa 2 1 2 12 1 .77 65. 2 23. 2 7 .91 FP F F FF MPa Y Y 因此满足齿根弯曲疲劳强度 3.33.3.4.4 验算验算 1）齿面接触强度验算 HE R VAtm H zz u u db KKKF 1 )5 . 01 ( 2 1 接触强度寿命系数1 N Z 最小安全系数1 . 1 min H S MPa S ZZ H WNH HP 545 1 . 1 11600 min lim 2 3 .465108 .1895 . 2 5 . 2 15 . 2 )33. 05 . 01 (104520 12. 115. 11107 . 1 1 )5 . 01 ( 3 2 6 3 2 1 H HE R VAtm H MPa zz u u db KKKF 因此齿面强度足够 圆锥齿轮参数数据整理如下： 名称 符号 公式 直齿圆锥小 齿轮 直齿圆锥大 齿轮 齿数 z z 30 75 模数 m m 1.5 传动比 i i 2.5 小型楼道清扫机设计 16 分度圆锥 度 i arctg 1 1 ， 12 -90 。 8 .21 2 .68 分度圆直 径 d mzd 45 112.5 齿顶高 a h mhh aa * 1.5 1.5 齿根高 f h mchh af )( * 1.8 1.8 齿全高 h fa hhh 3.3 3.3 齿顶圆直 径 a d 1 * 11 cos2mhdd aa ， 2 * 22 cos2mhdd aa 47.79 (大端) 113.61 （大端） 齿根圆直 径 f d 1 * 11 cos2mhdd ff 2 * 22 cos2mhdd ff 41.66 111.16 齿距 p mp 4.71 4.71 齿厚 s 2 m s 2.356 2.356 齿槽宽 e 2 m e 2.356 2.356 顶隙 c mcc * 0.3 0.3 锥距 R 2 2 2 1 2 1 ddR 60.58 60.58 齿顶角 a 21fa ， 12fa 55. 2 55. 2 齿根角 f Rharctg fff 21 55. 2 55. 2 齿顶圆锥 角 a 111aa ， 222aa 35.24 75.70 齿根圆锥 角 f 111ff ， 222ff 25.19 65.65 当量齿数 v z coszzv 21.54 134.64 齿宽 b Rb R 20 20 小型楼道清扫机设计 17 3.4 3.4 盘刷盘刷级级 V V 带传动的设计带传动的设计 3.4.1 V3.4.1 V 带的基本参数带的基本参数 （1）确定计算功率 c P ： 已知：wP11.107；min/400rnm； 查机械设计基础表 13-8 得工况系数：2 . 1 A K； 则：wkwPKP Ac 53.12811.1072 . 1 （2）选取 V 带型号： 根据 c P、 m n 查机械设计基础图 13-15 选用 Z 型 V 带, （3）确定大、小带轮的基准直径 d d 1）初选小带轮的基准直径：mmdd50 1 ； 2）计算大带轮基准直径： mmdid dd 10050202. 01 12 ）（ 带 ； 圆整取mmdd100 2 ，误差小于 5%，是允许的。 （4）验算带速： smsm nd v md /)25, 5(/44. 5 100060 40010014. 3 100060 1 带的速度合适。 （5）确定 V 带的基准长度和传动中心距： 1）中心距： 初选中心距mma400 2）基准长度： mm a dd ddaL dd ddd 1037 4004 )50100( )50100( 2 14. 3 4002 4 )( )( 2 2 2 0 2 12 2100 对于 Z 型带选用mmLd1000 小型楼道清扫机设计 18 3）实际中心距： mm LL aa dd 382 2 10371000 400 2 0 0 （6）验算主动轮上的包角 1 ： 由 a dd dd 3 .57 )(180 121 得 1205 .172 382 3 .57 )50100(180 1 主动轮上的包角合适。 （7）计算 V 带的根数z： L A r KKPP PK P P z c )( 00 min/400rnm，mmdd50 1 查机械设计基础表 13-3 得： kwP6 . 1 0 ； 3min/400 带 ，irnm，查表得：kwP17. 0 0 ； 由 5 .172 1 查表得，包角修正系数95. 0 K 由mmLd1000，与 V 带型号 A 型查表得： 99. 0 l K 综上数据，得82. 0 99. 095. 0)17. 06 . 1 ( 129. 02 . 1 z 取101z合适。 （8）计算预紧力 0 F （初拉力） ： 根据带型 A 型查机械设计基础表 13-1 得：mkgq/1 . 0 N qv kzv P F c 6 .35 44. 51 . 01 95. 0 5 . 2 44. 51 129. 0 500 1 5 . 2 500 2 2 0 （9）计算作用在轴上的压轴力 Q F ： 小型楼道清扫机设计 19 N ZFFQ 1 .63 2 5 .172 sin6 .3512 2 sin2 1 0 其中 1 为小带轮的包角。 （10）V 带传动的主要参数整理并列表： 带型 带轮基准直径 (mm) 传动比 基准长度(mm) z 50 1 d d 100 2 d d 3 1000 中心距（mm） 根数 初拉力(N) 压轴力(N) 382 1 35.6 63.1 3.4.2 3.4.2 带轮结构的设计带轮结构的设计 （1）带轮的材料： 采用铸铁带轮（常用材料 HT200） （2）带轮的结构形式： V 带轮的结构形式与 V 带的基准直径有关。小带轮接电动机，mmdd50 1 较小，所以采用实心式结构带轮。 3.5 3.5 滚刷滚刷 V V 带传动的设计带传动的设计 3.5.1 V3.5.1 V 带的基本参数带的基本参数 （1）确定计算功率 c P ： 已知：wP8 .209；min/1000rnm； 查机械设计基础表 13-8 得工况系数：2 . 1 A K； 则：wwPKP Ac 8 .2518 .2092 . 1 （2）选取 V 带型号： 根据 c P、 m n 查机械设计基础图 13-15 选用 A 型 V 带, 小型楼道清扫机设计 20 （3）确定大、小带轮的基准直径 d d 1）初选小带轮的基准直径：mmdd50 1 ； 2）计算大带轮基准直径： mmdid dd 5 .1665033. 3 12 带 ； 圆整取mmdd160 2 ，误差小于 5%，是允许的。 （4）验算带速： smsm nd v md /)25, 5(/2 . 5 100060 10005014. 3 100060 1 带的速度合适。 （5）确定 V 带的基准长度和传动中心距： 1）中心距： )(2)(7 . 0 21021dddd ddadd 初选中心距mma300 2）基准长度： mm a dd ddaL dd ddd 8 .939 3004 )50160( )16050( 2 14. 3 3002 4 )( )( 2 2 2 0 2 12 2100 对于 A 型带选用mmLd1000 3）实际中心距： mm LL aa dd 330 2 8 .9391000 300 2 0 0 （6）验算主动轮上的包角 1 ： 由 a dd dd 3 .57 )(180 121 得 1209 .160 330 3 .57 )50160(180 1 主动轮上的包角合适。 小型楼道清扫机设计 21 （7）计算 V 带的根数z： L A r KKPP PK P P z c )( 00 min/1000rnm，mmdd50 1 查机械设计基础表 13-3 得： kwP6 . 1 0 ； 2min/1000 带 ，irnm，查表得：kwP17. 0 0 ； 由 9 .160 1 查表得，包角修正系数95. 0 K 由mmLd1000，与 V 带型号 A 型查表得： 99. 0 l K 综上数据，得 69. 0 99. 095. 0)17. 06 . 1 ( 8 .2092 . 1 z 取101z合适。 （8）计算预紧力 0 F （初拉力） ： 根据带型 A 型查机械设计基础表 13-1 得：mkgq/1 . 0 N qv kzv P F c 3 .62 2 . 51 . 01 95. 0 5 . 2 2 . 51 251. 0 500 1 5 . 2 500 2 2 0 （9）计算作用在轴上的压轴力 Q F ： N ZFFQ 2 .109 2 9 .160 sin3 .6212 2 sin2 1 0 其中 1 为小带轮的包角。 （10）V 带传动的主要参数整理并列表： 带型 带轮基准直径 (mm) 传动比 基准长度(mm) 小型楼道清扫机设计 22 Z 50 1 d d 160 2 d d 2 1000 中心距（mm） 根数 初拉力(N) 压轴力(N) 330 1 62.3 109.2 3.5.2 3.5.2 带轮结构的设计带轮结构的设计 （1）带轮的材料： 采用铸铁带轮（常用材料 HT200） （2）带轮的结构形式： V 带轮的结构形式与 V 带的基准直径有关。小带轮接电动机，mmdd50 1 较小，所以采用实心式结构带轮。 3.6 3.6 滚刷滚刷设计设计 垃圾清扫机构采用卧式滚刷清扫机构， 它的主要功能是对路面垃圾起到清扫 和抛起的双重作用，使垃圾收集到垃圾箱。 3.63.6.1 .1 滚刷滚刷的结构设计的结构设计 采用滚刷轴，即把滚刷镶嵌在轴上，使其随着轴一起转动，那么接下来就是 对轴进行设计了。 3.6.2 3.6.2 滚刷滚刷轴的设计轴的设计 （1） 轴径的确定 依据轴上的载荷不是很大的实际情况。轴段直径的确定，通常根据轴所受扭 矩进行初步计算， 通过扭转强度计算， 初步确定轴的最小轴径 dmin， 取 dmin=20mm。 （2） 各轴段长度的确定 零件安装在轴上，要有准确的定位。为保证结构紧凑，轴的各段长度可根据 轴上个零件的宽度和按经验确定的各零件之间的距离来确定。 对于不允许轴向滑 动的零件，零件受力后不要改变其准确的位置，即定位要准确，固定要可靠。为 了保证定位可靠，与轮毂配合的轴段长度一般应比轮毂长度短 23mm。选择轴 端长度为 48mm。其左右两端均匀轴肩定位。滚刷轴的结果如图 6 所示。 小型楼道清扫机设计 23 按工作要求，轴上所支撑的零件主要有滚刷筒、滚动轴承，带轮。 （1）轴端 1 与轴承相连，故mmL141 mmd201 （2）轴段 2 起连接作用，根据实际需要，mmL562 mmd322 （3）轴段 3 与滚刷筒相连，故mmL653 mm