毕业设计（论文）-洒水式自动扫地机设计.doc

山东大学本科毕业设计（论文） 目录摘要1AbstractIII第一章 前言11.1 清扫设备的国内外现状以及未来的发展趋势11.2 清扫设备的分类概述31.3 论文研究的目的和意义41.4论文（设计）的要求5第二章 洒水式自动扫地机方案构思与总体设计62.1洒水式自动扫地机总体设计要求62.2总体设计方案的确定62.2.1清扫刷的确定62.2.2洒水装置的确定72.2.3减速箱箱体设计92.2.4车体的设计10第三章 动力源的选择123.1 动力源的选择要求123.2蓄电池的选择123.2电动机的选择133.2.1电动机的分类及各自的应用概述133.2.2根据计算的功率选择电动机14第四章 传动机构的设计164.1传动比的分配164.2带轮的选择计算164.3 齿轮的设计计算194.3.1 齿轮材料的选择194.3.2齿轮的设计204.3.3 齿轮的校核214.4轴的设计计算21第五章 总结和对未来的展望305.1全文工作总结305.2研究展望30致谢32参考文献33附录34 摘要 本文设计的是针对家庭、旅店、办公室等室内所用的自动扫地机。该扫地机由蓄电池、电动机、减速齿轮、传动带轮、滚筒刷、环形布条拖把、圆柱型海绵轴、垃圾箱、水槽及压水结构组成。首先，操作员在手动拉动清扫小车的同时，可以通过手指拉动连着压水结构的凸轮，使其产生压力，实现排水工作。其次，蓄电池传递电能给电动机，电动机再带动传动带轮，进而使减速齿轮转动，实现减速，再传递较小的速度给连通滚刷轴、环形拖地布条轴进而实现扫地与拖地的工作。最后，由圆柱型海绵轴实现二次拖地与吸水作用。本设计在研究过程中，查阅大量资料。最终设计出一种既能够扫地又能拖地的扫地机。在设计计算出各零部件的尺寸后，分别对它们进行了强度及可靠性校核，使其满足设计要求。同时，该扫地机各部件形状相对简单，因而易于制造，并且制造成本较低，所以是一种非常经济的室内专用扫地机。关键词：扫地机：洒水：滚刷： 强度校核Abstract What this article designed is an automatic sweeping machine which is used in indoor places, for example, houses, hotels and offices,etc. This machine consist of a storage battery, a motor, a couple of reduction gears, belt pulleys, a roller brush, a ring mop, a cylindrical sponge mop , a dustbin, a water box and pressure structures for draining away water. Firstly, the operator manually pulling the vehicle and at the same time pull the line by his fingers which is linked to the cam , through this way he can provide pressure and drain away water from the water box. Secondly, the batteries deliver power to the motor and the motor drive pulley then. After that, the pulley can drive the reduction gears which can make the roller brush and the ring mop rotate at a slower speed at the last. Finally, the cylindrical sponge mop can achieve a second work for mopping the floor as well as sopping up the water.In this design, this vehicle which can not only sweep the floor but also mop the floor was finally designed after looked up many materials. After calculated all dimensions for each component of this vehicle, I had also checked the strength and reliability respectively to guarantee that all of them can meet the design requirements. Meanwhile, because the components appearance of this vehicle are relatively simple, so they can be very easily manufactured and cost a little money. In a word, this sweeping machine is a very economical sweeper for indoor places.Key words: sweeping machine：drain away water: roller brush: strength check68第一章 前言1.1 清扫设备的国内外现状以及未来的发展趋势 随着社会的高度发展，人们对于生活方式便利性的要求也越来越高，像传统的“扫帚-簸箕”的清洁方式必然要发生改变。我们国家从上世纪60年代开始了大型清扫机的研制，已经过去了了50多年的发展。在市场而言，现今最主要的是吸尘器。吸尘器主要针对地毯和和不适合拖地的场合除去灰尘的使用需求，一般吸尘器的功率为400-1000W甚至更高，便携式吸尘器的功率一般为250W。它的主要缺点是要求发动机的功率强大因而售价高昂，其消费群体相对而言收入较高，这就导致了市场的狭隘性；然而传统的“扫帚-簸箕”清洁方式虽然价格费用低，但是有许多的不足，其主要缺点在于需要弯腰弓背的劳作，而且尘土飞扬，费力费时，工作环境较差，适应城市低收入群体和农村的家庭。整体而言，扫地机械在我国还处于产业新兴阶段，这类产品将拥有广阔的发展空间。 在国内而言，虽然我国的发展举世瞩目，但是环卫机械的普及，能够代替环卫工进行清扫的扫地机远远没有其它方面发展的快。目前我国的街道清扫工作绝大部分是由环卫工人拿着扫把完成。不可否认，一些大中城市出现了扫地车，但是那也只是进行大马路上的清扫，对于小型街道、社区公共场所等地方就无能为力了，并且很昂贵。在这种情况下，人们迫切需要一些轻便、快捷、小型、费用低廉的扫地机。它能够完成大型扫路车所不能完成的那部分工作。目前的情况是，大多数的扫地机均为外国进口，价格较高，但国内生产的又较少，而且质量比不上国外。在这么一种市场现状下，国内的各大科研机构和高等院校也都开始了自动扫地机的研究。我们知道，机械比较厉害的哈尔滨工业大学于20世纪90年代开始致力于这方面的研究，其与香港中文大学合作，联合研制开发出一种全方位移动的清扫机器人，并且由海尔公司制造出现实中的产品。这款机器人既可以对其进行遥控操作，也可以人工手动操作。同时也具有了智能型的电源管理功能，增加了运行时间，也提高了对移动动力资源的利用率。它的吸尘机构可以对吸尘腔路记性自主转换，提高了吸尘时的效率。同样，浙江大学也于1999年初开始对智能机器人进行研究，在两年后便研制出国内第一个具有初步智能的自主吸尘机器人。其它的一些大学，如华南理工大学、上海交通大学等也对清扫机器人相关的技术进行了研究。总之，虽然我国的清扫机器人研究取得了不少的进步，有的也已开始进行实物的开发应用，在品种规格上和使用性能上已基本满足国内的各种需求，但是国产产品在外形、工作效率、自主能力上还不是很理想，操作也不甚方便。 而在国际上，由于国外的清扫机已经有了几十年的发展史，加之基础零部件的可靠性高，因此都有一个共同的特点，可靠性相对与国内家产品要高。而且加上其先进的电子技术，有些还应用了有线和无线的遥控。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。20世纪80年代SANYO公司开始进行关于自主清扫机器人的研发工作，但由于当时的条件和技术水平，结果并不是很理想。后来，英国戴森公司于2001年初推出了一款智能吸尘器，它是世界上首次研发的全自动吸尘机器。美国专业机器人公司于2002年9月也生产了一种全自动吸尘器，它是马塞诸萨州电子机器人公司和麻省理工学院人工智能实验室联合开发的。该机器有自动感应装置，一旦遇到大型障碍物，其感应调节器就会抵住障碍物来防止机身受到损害，同时沿着障碍物继续清扫。日本也于2003年5月宣布成功研发出针对家庭的小型清扫机器人。这是一种可以在房间内自行行走并打扫卫生的自动行走机器人。具有40零米/秒的行走速度，10分钟内能够完成10平米的房间清扫工作。该机器人的主要特点是机身设计了一个最大能够自动伸出5零米左右的可动吸口，当机器人走到房间的角落时该自动吸口能自动伸出从而打扫角落，不留死角。从这些方面不难看出，国外的自动扫地机技术发展较早，而且技术比较成熟。 有以上两者的对比，不难看出。我们的扫地机的发展趋势主要在以下几个方面：首先，提高自主研发能力，更多的去提高清扫机械的工作灵敏度和可靠性。像国外的一些研究机构，花大力在科研方面，从而使得其清扫机械更多的能够实现自动化、智能化，进而减少人力成本和增加使用年限。其次，注重零部件的严格生产。国外的一些清扫机由于其严格的零件生产标准，从而能够实现完美的装配，实现最好的工作和尽可能的减少报废率。最后，从环保方面考虑，我们国家的自动扫地机要更加注重环境的保护，更少或者不要排放有毒有害的废气废液等。1.2 清扫设备的分类概述 清扫设备按照行走方式可以分为：手推式清扫车、自行式清扫车、驾驶式清扫车。按照作业方式可以分为：扫地式清扫车、吸扫式清扫车等。按照大小分类可以分为在马路、广场等地使用的大型清扫车和在室内如家庭、办公室宾馆使用的中小型扫地机。而本文研究的则是后者，适用于宾馆、办公室等室内用小型的自动扫地机。室内的清扫设备一般分为扫地机和自动清洁机器人两种。 （一）扫地机：扫地机 是一种清洁工具，分为普通型、电动型、机械性三种。 普通型最典型的是手推式扫地机，它是一种无动力纯手动的清扫设备。工作特点有：1）使用方便-只需人力手推着行走就可以实现垃圾的清扫和收集；2）体积较小-不仅易于搬运和存放，同时也利于人们的操作；3）省时省力-一个类似的扫地机能够代替四、五个人的工作量；4）无需任何动力-纯手动和机械配合，无需电力和其它燃油等；5）维护简单-无需更换电池等，扫地机本身可水洗。电动型是一种能够依靠电力而实现到扫、吸尘于一体的多功能清扫设备。非常适合与现代家庭、旅馆等室内环境使用。工作特点有：1）较高效率-因其依靠电力带动，可以实现多个滚刷的同时较高速度转动，从而清扫范围较广，同样时间工作效率更高；2）范围全面-多个方向的旋转滚刷，不仅能够清扫正前方的垃圾，也能清扫到一些边边角角的地方；3）工作时间长-使用大容量的蓄电池，一次充电就能够使用多次；4）垃圾盒可卸下-由于其垃圾盒并不是固定在扫地机上，所以每次垃圾盒装满垃圾后可以拿出倒掉，进而可以再次使用。机械型是一种机构比较复杂，常见的是大中型扫地车。工作特点有：1）工作效率很高-由于其清扫盘非常大，加上扫地车行进的速度一般比较快，所以工作效率非常高；2）清洁效果好-一般在马路上使用，不仅能够清除马路上常见的树叶纸屑等，还可以去除类似烟头等较小垃圾；3）清洁成本低-一般该类扫地车一次工作来量能够相当于10个人左右同样时间的工作量，不仅节省了清扫时间，还减少了成本。（二）自动清洁机器人：自动清洁机器人是一种从事清洁工作的自动清洁设备。由于它具有高度的自主性、自动化和智能化。所以它的构造会同时包含机械、电子、数控、计算机等多个学科的应用。它的工作特点有：1）自动化-不需或者很少需要人工的作用，基本上能够实现全自动的清洁工作；2）小巧轻便-由于工作元件基本上实现了数字化、集成化，所以该设备本身的体积会比较小，利于运输和存放；3）能够忍受恶劣工作环境-自动清洁机器能够到达任何区域进行清洁工作，特别是一些高辐射、高温、深水区等人类所不能到达的地方工作。按照工作环境的不同，自动清洁机器人可以分为地面清扫机器人、工业清扫机器人、水下清扫机器人、壁面清扫机器人、泳池清扫机器人等多种。1.3 论文研究的目的和意义本课题研究的目的是为了使人们在日常生活中可以有一种可以代替人工的清扫设备，这种设备同时具备了简单可靠、实用性高、价格低廉的特点。能够满足当今都市生活中家庭、旅馆和办公室等室内的使用。随着人们对生活质量和生活方式的更高要求，越来越多的酒店和家庭需要一种可以代替人工的更高效更省力的清扫方式。但是当今国内的自动扫地机主要针对的是大型道路上的清扫，并没有专门针对室内的中小型自动扫地机。因此，中小型的清扫机因其实用性强、清扫效率高、污染小、成本低、结构紧凑、操作简单、维修方便等特点具有广泛的市场前景和实用价值，它的出现和使用，将极大的减轻人们繁杂的家务劳动，节省宝贵的时间，提高人们的生活质量。其意义主要有以下几个方面：（1）这款自动扫地机将实现扫地、洒水、拖地集于一身的功能，它突破了一种扫地机只能实现单一功能的局限性，拥有广泛的使用前景。（2）该扫地机由3个部分组成，分别负责各自的功能，在各个功能互不影响的前提下，尽量使总的空间尽可能小，节省了空间，因而体积较小，方便生产，运输和使用。（3）与以往的大型扫地车相比，这种扫地机主要应用于旅店、家庭等室内，而非大马路上，因此所需的功率较低，材料费用较低，适合于现代的中等及以下收入群体，而当今中国占绝大多数的是这部分群体，因而前景非常可观。（4）自动洒水扫地车的，不仅具备一般扫除果皮、纸屑、烟头、果壳的功能，而且同时拥有洒水的功能，这就避免了可能出现的飞尘，改善了打扫时的工作环境，也为扫除地上类似牛奶渍等非固体的提供了解决的方法，因而功能上更加优异。1.4论文（设计）的要求 本课题的设计要求是能够设计出一款能够在人拉的时候能够自动扫地拖地的清扫设备。在完成总体设计和局部结构设计后，必须进行必要的校核，确定能够有效的工作。同时需要满足以下要求：（1）完成折合后的34张A0图纸（其中，装配图12张）；（2）说明书11.5万字；（3）外文翻译23万字符。 第二章 洒水式自动扫地机方案构思与总体设计2.1洒水式自动扫地机总体设计要求本课题设计的洒水式自动扫地机应该具有以下的功能：（1）驱动方式：电力驱动，即可以减少汽油柴油机工作时的噪声，又不产生废气废液，安全环保；（2）洒水功能：要求改清扫设备能够实现随时随地洒水的功能，当清扫区域有灰尘时，为了防止飞尘，能够及时洒水；而当清扫地毯类区域时，不能漏水；（3）扫地功能：作为清扫设备，该扫地机必须能够实现扫除和收集垃圾的功能；（4）拖地功能：因为前面会进行洒水，为了使扫地机经过的干净地面不留下水渍，必须对其进行拖地，以便于去除液体污渍和吸收水分的功能；（5）较高的效率：作为一款自动清扫机，必须比一般的人工清扫效率要高，达到既省时又省力的作用；（6）实用价廉：作为中低端家庭扫地的首选，价格不能过高，制造成本较低。2.2总体设计方案的确定2.2.1清扫刷的确定在市场上，清扫设备的清扫刷一般有两种：滚刷和盘刷。滚刷的工作原理是在室内平坦的地面上，通过滚刷的旋转运动，将地面上的垃圾抛入滚刷后面的垃圾盒中。与盘刷相比，它具有以下特点：（1）非工作面较大，因而与地面接触的,刷数目较少，从而减少了工作阻力；（2）室内对空气要求较高，因而不能出现飞尘，而滚刷能很好的达到要求；（3）不同于盘刷对转速有较高的要求，为了能够实现较低速度也能很好地工作，滚刷能够很好地满足；（4）滚刷扫地只是纯机械扫地，除了扫地这一功能外，没有附加的真空吸附部件，减少了能量的消耗，有利于对节能减排，于环境有益。根据以上的优点，所以我们最终选择了如图2.2.2所示滚筒刷。该滚筒刷的工作原理：在滚筒刷轴的左端，安装一带轮。该带轮由减速器的输出端上另一小带轮驱动。如下图2.2.1所示。图2.2.1上面的带轮是减速器一输出轴的带轮，该输出轴的运动由一对减速齿轮传递。同理，环形拖把的工作方式也是由减速器另一输出轴的同样大小的带轮带动，从而实现环形拖把的工作。 图2.2.1 滚刷的工作原理 图2.2.2 滚筒刷2.2.2洒水装置的确定为了防止我们打扫卫生时常见的飞尘，尽可能改善工作时的环境，所以这一款扫地机应该有专门的洒水装置。该洒水装置能够在扫地之前进行洒水，使地面湿润。经过查阅资料可知，现在市场上最常见的是一个水槽下面或者旁边开许多的小孔来实现小孔洒水。但是这种装置不能够随时控制开关，浪费水资源，还会使得一些地面水渍过多，反而不易清扫。所以，有必要设计一种能够人工控制的洒水装置，这种装置会水压将简单的流水变为压力喷水，可以将水打成极细小的水雾状。于是，我设计了一个圆柱型的水筒，安装在里面的活塞能够人工控制的向下压，从而在一个狭小的空间形成较大的水压，将水压向小孔处，从而形成水雾并且向一定的方向喷洒。同时，为了能够多次重复喷水，所以水筒中安装一个圆柱型弹簧，每次压下后均能回到原处。最终，洒水装置如图2.2.3示。工作原理如图2.2.4所示，当需要洒水的时候，由人工拉紧固定在凸轮上的细绳，在细绳来接你的受，会带动凸轮从最小圆开始逐渐向最大圆周处运动，从而对向下水筒有一个向下的压力，该压力会使在管道中的水推开出口处的塑料垫片，同时，水流会以一定的速度快速流向出口处，这样就会在经过出口处许多细小孔的时候形成水雾，从而实现洒水的功能。在每一次洒水完成之后，水筒中安装的弹簧会将水桶活塞还原到远了的状态，从而使凸轮也回到原来的位置。同时，水管中会再次从水槽中吸入一定的水，为下次的洒水做好准备。这样，便可实现多次的洒水功能的实现。如果在地毯类的地面进行扫地，则无需拉紧绳子，也不会进行洒水，这样，就实现了在任何时候都可以人工控制洒水与否的操作。 图2.2.3 洒水机构 图2.2.4 洒水机构工作原理图2.2.3减速箱箱体设计在本清洁设备中，由于为了节省费用。可以使一个电机带动两个旋转轴的运动，同时实现变速的要求，所以这里设计两对齿轮传动。这就意味着需要至少三根轴，其上分别放置相应的大小齿轮。我们常见的减速箱的箱体为了装配的方便，常常做成剖分式。但是，由于本设计的减速箱体积小，加上为了节省材料，并且不会经常性的拆卸，所以做成整体式。经过多次的实验验证，最终减速箱的成品如图2.2.5所示。工作原理如图2.2.6所示。该减速箱由两对齿轮、三根轴组成。运动从中间轴上的带轮进入，经过两对齿轮的啮合传动。运动从中间轴分别传递给两边的输出轴。左边的输出轴通过通过轴端一带轮带动与之相联系的滚刷轴上的另一带轮而使滚刷轴旋转，从而实现滚刷的工作。与此同时，经过中间轴的运动也会经过一对齿轮副而传递到右边的轴，同样，右边轴的轴端一带轮将其运动传递到与之相联系的环形拖把的轴端带轮，从而带动环形拖把的旋转，实现拖地与吸水的功能。 图2.2.5 减速箱箱体 图2.2.6 减速箱工作原理2.2.4车体的设计 车体是各部件安装的载体，在其上面需依次安装洒水机构、电动机、传动部分、蓄电池、扫地滚刷和拖地环形拖把。同时，为了节省不必要的空间，所以将其大小最终设计成长915mm、宽430mm、高240mm。同时，其上面可以安装所有以上所需零件。车体如下图示。 图2.2.4 车体第3章 动力源的选择3.1 动力源的选择要求 本课题设计的是一款噪音小、不排放任何废气废液的绿色环保价格低廉的适合于大多数中产家庭的自动扫地拖地机。所以在选择提供动力装置的时候，要满足以下的几个条件：（1） 在功率方面，电机的额定功率需大于自动扫地机的所需功率，最好为其两倍左右；（2） 在工作过程中，电机能够很快的达到额定转速，减少启动时间；（3） 工作过程中，不能够产生大的噪音和排放有毒有害的废液废气；（4） 最后，给电机提供电能的蓄电池必须满足一定的放电要求，还能够有一定的容量，能够实现一次充电，多次使用。3.2蓄电池的选择 因为蓄电池由以上的那些要求，所以综合考虑选择电动车常用的铅酸蓄电池。该电池在使用过程中能够完全放电，不排放有害气体，不污染环境。选用蓄电池型号为6DZM-12。有关的参数为：外形尺寸：260mmx200mmx200mm；标准电压：12V；容量：12AH；充电输入电压：AC220V 50HZ；一次冲入电量：36V12AH 0.5KWH ；充电时间：28小时；电池的主要特性为：（1） 在正常的操作中，电解液不会从外壳中泄露出；（2） 特殊的吸液隔板将酸保持在内，电池内部没有自由酸液，因此电池可放置在任意位置 ；（3） 电池内压超出正常水平后，电池会放出多余气体并自动重新密封，保证电池内没有多余气体 ；（4） 由于独一无二的气体复合系统使产生的气体转化成水，在使用电池的过程中不需要加水 ；（5） 采用了有抗腐蚀结构的铅钙合金栏板，电池可浮充使用10-15年 ；（6） 采用先进的生产工艺和严格的质量控制系统，电池的质量稳定，性能可靠。电压、容量和密封在线上进行100%检验 。最后，电池的外形如下图示。图3.2 铅酸蓄电池3.2电动机的选择3.2.1电动机的分类及各自的应用概述电动机按结构和工作原理划分，有直流电动机、异步电动机和同步电动机三种。1）其中同步电动机又可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。永磁同步电动机的应用场合主要在石化、化纤、纺织、机械、电子、玻璃、橡胶包装、印刷、造纸、印染和冶金的行业的调速传动设备上。磁阻同步电动机主要应用于工业生产、交通运输、国防、商业及家用电器和医疗设备等领域。磁滞同步电动机是一种精密的恒速驱动元件，它广泛应用于仪器仪表、工业自动化装置、陀螺导航系统和其它一些领域。2）异步电动机可分为感应电动机和交流换向电动机。感应电动机中的三相异步电动机主要制成大型电机，单相异步电动机因功率小而主要制成小型电机，罩极异步电动机主要应用在电风扇、吸尘器等小型家用电器中。而交流换向电动机中的单向串励电动机由于其广泛的转速和较大的启动扭矩而被广泛的用于电动工具、厨房用品和地板护理等领域。交直流两用电动机常见于洗衣机、吸尘器、排风扇等家用电器中。排斥电动机应用于单相供电和有随时调速和换向的场合。在本课题的研究中，由于该洒水式自动扫地机的功率较小，并且通过蓄电池供电，因此选用直流电动机。3.2.2根据计算的功率选择电动机电动机容量的选择对电动机的工作有着重要的影响。容量选择的不合适可能会导致无法正常工作或者是浪费资源。当容量小于工作要求的时候，不能保证正常的额工作或者会使电动机长期过载后发热较大而使用寿命减少。容量大的电机不仅价格昂贵，同时也不能处于正常工作的状态，它的工作效率和功率会减少，造成不必要的损失。对于长期连续运转，在和变化较小，并且在常温下工作的电动机，选择电动机容量时，只需额定的功率Pm等于或大于电动机所需的输出功率Po，电动机就不会过热。在选定电动机类型和同步转速的基础上，只需计算出所需电动机的功率即可确定其型号。（1） 工作机输入功率的计算 1)清扫机滚刷的材料选用尼龙材料。设计毛刷于普通地面砖的摩擦系数为=0.5，压力为100N，所以摩擦阻力为=50N，转速n=100r/min。又滚刷的直径为70cm，所以转速=dn=3.14x0.07x100/60=0.367m/s (3-1)所以滚刷所需的功率为 = (3-2)式中 -工作的阻力； -滚刷的线速度；计算得出 =kW=0.018kW=18w (3-3)2) 拖地部分选择普通棉布拖，与地面的摩擦系数=1（不会超过麻绳和木材的摩擦系数0.50.8），同样压力为100N，所以摩擦阻力为=100N，转速为100r/min。环形拖把的直径为70mm，所以转速 =dn=0.367m/s (3-4)同样可计算得出 =0.036kW=36w (3-5)(2) 电动机所需的输出功率计算 =（kW） (3-6)式中 -机械传动装置的总效率 = （3-7）查表可得，=0.95，=0.98，=0.95 =（kW）=0.06（kW）=60w （3-8）根据功率和转速的要求，所以可以选择12V 100W电机。输出转速为1200r/min。 第四章 传动机构的设计4.1传动比的分配电机选定后，按照电机的满载转速和滚刷、环形拖把的工作转速，可 计算出传动装置的总传动比 i= =12 （4-1） 分配各级传动比 使电机到I轴的传动比i=3; I轴到II轴（即齿轮间的传动比）的的传动比i=2； II轴到工作滚刷的传动比i=2；4.2带轮的选择计算（1） 第一对带轮的计算 定V带型号和带轮直径 工作情况系数 由表 查得=1.0 计算功率 1.0x0.1kW=0.1kW （4-2） =0.1kW 选带型号 由图 Z型 小带轮直径 由表 取=50mm 大带轮直径 =148.5mm (4-3) 选=150mm 大带轮转速 = （4-4） =396r/min 计算带长 求 = （4-5） =100mm 求 = = （4-6） =50mm 初取中心距 a=300mm 带长 L=+2a+=3.14x100+2x300+ =922.3mm （4-7） 基准长度 又图 =900mm 求中心距和包角 中心距 a= （4-8） =286.5 a=286.5mm 求带根数 带速 =3.14m/s (4-10) 传动比 i=3.03 (4-11) 带根数 由表 =0.14kW； 由表 =0.98； 由表 =1.03； 由表 =0.03kW Z= (4-12) = 取Z=1根（2） 2） 第一对带轮的计算 定V带型号和带轮直径 工作情况系数 由表 查得=1.0 计算功率 1.0x0.05kW=0.05kW （4-13） =0.05kW 选带型号 由图 Z型 小带轮直径 由表 取=50mm 大带轮直径 =99mm (4-14) 选=100mm 大带轮转速 = （4-15） =99r/min 计算带长 求 = （4-16） =75mm 求 = = （4-17） =25mm 初取中心距 a=200mm 带长 L=+2a+=3.14x75+2x200+ =638.63mm （4-18） 基准长度 又图 =630mm 求中心距和包角 中心距 a= （4-19） = a=195.63mm 求带根数 带速 =0.05m/s (4-21) 传动比 i=2.02 (4-22) 带根数 由表 =0.06kW； 由表 =0.99； 由表 =0.96； 由表 =0.01kW Z= (4-23) = 取Z=1根4.3 齿轮的设计计算4.3.1 齿轮材料的选择 在该设计课题中，由于齿轮传动时的功率很小，只有不到200W的功率。同时，又由于金属齿轮的重量较大，造价昂贵不说，同时也会增加该洒水车的重量，从而会增加人们使用该设备的困难性。所以，这里选择质量较轻的塑料齿轮。在齿轮的选材方面，常见的有一些几种。 （1）乙缩醛是一种广泛应用于汽车、模具、办公室等领域的重要的齿轮制造材料。在上世纪80年代起开始被用来制作齿轮。它的重要特点就是：较高的尺寸稳定性能、高的耐疲劳性能和能够承受90C以上的高温。（2）PBT聚酯是一种可以常用于齿轮结构中的塑料。它的特点是：可以制造出非常光滑的表面、最大的工作温度可达150C、造型良好。（3）聚酰胺材料是一种常用于涡轮传动设计和齿轮框架等领域的耐高温材料。未填充时运行温度可达150C，玻纤增强后的工作温度可达175C。（4）聚苯硫醚(PPS)常用于工作要求苛刻的领域、汽车业和其它应用终端等。它的特点是：尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学的温度可达250C。 根据以上的特点和应用范围，本课题中的齿轮选择乙缩醛材料。4.3.2齿轮的设计 转矩 =9.55x=9.55xx (4-24) =2268Nmm 齿轮所受圆周力 = （4-25）许用齿面接触应力 = （4-26） 式（4-26）中，= 50N/，=1，=1，=1.4。 得=35.7M小齿轮直径 / (4-27) 式 (4-27) 中，=2.0，= 30，=1.0， =1.0，u=2 得 27.26mm, 取=50mm 求齿宽b b= (4-28) =1.0x50 b=50mm 取=20 =i (4-29) =2x20=40 =40 求模数m m= (4-30) =2.5 m=2.5 求 =m (4-31) =2.5x40 =100mm 求中心距a a= (4-32) = a=75mm4.3.3 齿轮的校核 由于是塑料齿轮，所以计算方法有些差别，但还是沿用了金属齿轮的强度校核理论及计算公式。这些计算方法主要是根据材料的差异对金属齿轮的强度校核公式中某些系数进行简化或修正。比较有代表性的塑料齿轮强度计算方法有以下四种。尼曼&文特尔法、VDI2545标准法、KISSsoft软件基于VDI2545标准修正法；宝理“Duracon”法。 本文中使用尼曼&文特尔法对强度进行校核。由于计算齿轮的参数时已经使用了表面接触强度有关公式，所以这里的校核就不再包含接触强度校核。 齿根承载能力校核计算齿根应力 = (4-33) 式 (4-33)中，=1.0，=90.72N，b=50mm,=2.5,=4.0 可得=2.9M 而许用齿根应力= （4-34） 式（4-34）中，=80M，=2.0 可得=2.9M=40M 4.4轴的设计计算对轴I进行设计计算 设计轴长=57.5mm,=69.5mm，=103，=65mm。如下图示。小齿轮受力：转矩 =9.55xx=9.55x x=1205.8Nmm 圆周力 =N=48.2N 径向力 =tan=48.2x0.37N=17.84N 法向力 =N=51.3N画小齿轮轴受力图如下 计算支撑反力水平面反力 =67.9N =18.2N垂直面反力 = =42.3N =-6.7N画轴弯矩图 水平弯矩图 垂直弯矩图 合成弯矩图转矩图许用应力 许用应力值 =55.3M 查表 得=102.6M应力修正系数 a= a=0.54当量转矩 aT=0.54x2411.6=1302.3Nmm 当量弯矩 = = =11764.3Nmm当量弯矩图 齿根圆直径 =-2（）=50-2（1+0.25）x2.5=43.75mm轴径 d=12.87mm43.75mm所以满足设计要求 对轴II进行设计计算大齿轮受力：转矩 =9.55xx=9.55x x=2411.6Nmm 圆周力 =N=48.2N 径向力 =tan=48.2x0.37N=17.84N 法向力 =N=51.3N画大齿轮轴受力图如下 计算支撑反力水平面反力 =1914.6N =-396.8N垂直面反力 = =13.6N =-34.6N水平弯矩图垂直弯矩图合成弯矩图许用应力 许用应力值 =55.3M 查表 得=102.6M应力修正系数 a= a=0.54当量转矩 aT=0.54x2411.6=1302.3Nmm当量弯矩 = = =86607.2Nmm当量弯矩图齿根圆直径 =-2（）=100-2（1+0.25）x2.5=93.75mm轴径 d=25.1mm93.75mm所以满足设计要求 对轴III进行设计计算大齿轮受力：转矩 =9.55xx=9.55x x=2411.6Nmm 圆周力 =N=48.2N 径向力 =tan=48.2x0.37N=17.84N 法向力 =N=51.3N画大齿轮轴受力如下图 计算支撑反力水平面反力 =1900N =-382.2N垂直面反力 = =34.1N =