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家用扫地机的设计【优秀环卫环保机械全套课程毕业设计含4张CAD图纸】

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家用清扫机器人的设计

家用扫地机的设计【优秀环卫环保机械全套课程毕业设计含4张CAD图纸】

【29页@正文9000字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

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家用清扫机器人装配图.dwg

底座.dwg

清扫机构 清扫轴.dwg

蜗杆.dwg

摘 要

【摘要】随着人们生活水平的提高,越来越多的人由于生活压力的增加而不愿过多的做一些家中的清洁工作,所以本设计是为了帮着人们从一些繁杂的家务事中解脱出来,去做相对更重要的事情。本次设计的是一款在一般家庭中能帮着清扫地面卫生的家用扫地机。本文主要是对家用扫地机的内部结构的设计,具体有行走机构、清扫机构、吸尘机构、垃圾存储机构的设计,通过对各种结构中的各种方案进行对比分析,从中选取一种最适合本次设计的结构,再对各个结构中的一些零件进行选择和校核,同时也对各部分机构进行了材料的选择,最终完成了本次设计。

【关键词】家用扫地机;清扫机构;吸尘机构

Abstract

【ABSTRACT】Enter since twenty-first Century, with the rapid development of science and technology gradually, intelligent robot has become a research topic. Among them, the intelligent robot service type is a hot topic in the research project. Therefore, summarizes several reasons of service robots appear: one is the rise in labor costs, many enterprises are unable to find suitable workers, therefore appeared different degree of labor shortage; two is the people's living standard improves, more and more people are willing to spend money to buy intelligent robot to help with housework at home; three is now more and more young people to live in the hard, have no time to care for the elderly, and the old man's demand for service robots and young people to take better care of them, which will give service robot very good market prospects. This design is to design a small, convenient. Intelligent household sweeper.

【KEYWORDS】Household sweeper; sweeping mechanism; suction mechanism

目 录

1 设计的目的和要求1

1.1 家用扫地机设计的目的1

1.2 家用扫地机的要求1

2 家用扫地机的机械设计3

2.1 机械结构的组成3

3 家用扫地机的总体设计5

3.1 家用扫地机的总体设计5

3.2 家用扫地机的行走机构设计5

3.3 家用扫地机的清扫机构设计8

3.4 家用扫地机的吸尘机构设计12

3.5 家用扫地机的垃圾存储机构设计12

4 设计参数的计算13

4.1 驱动轮上的电机的选择13

4.2 清扫机构中的电机的选择14

4.3 蜗轮蜗杆的选择计算15

4.3.1 选择蜗杆传动类型15

4.3.2 选择蜗杆蜗轮的材料15

4.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计15

4.3.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸16

4.3.5 校核齿根弯曲疲劳强度17

4.3.6 验算效率18

4.4 带传动设计18

4.4.1 V带的选择18

4.4.2 初选小带轮的基本直径19

4.4.3 确定V带的中心距a和基准长度19

4.4.4 验算小带轮上的包角19

4.4.5 计算V带的根数Z20

4.4.6 计算单根V带的初拉力的最小20

4.4.7 计算压力轴20

4.5 清扫轴的基本参数计算20

4.5.1 求轴上的功率P、转速n和转矩T21

4.5.2 初步确定轴的最小直径21

4.5.3 轴的结构设计21

4.6 蜗杆轴上的轴承校核21

4.6.1 蜗杆轴上承受的力22

4.6.2 查取参数23

4.6.3 计算滚动轴承的当量动载荷23

4.6.4 计算轴承寿命23

5 总结和展望24

5.1 总结24

5.2 展望25

参考文献27

致谢28

1 设计的目的和要求

1.1 家用扫地机设计的目的

随着人们的生活水平的提高,更多的人愿意花钱去买机器人来帮忙干繁重的家务,并且现在一般的地面没过几天就会在表面出现一层灰尘,这就要求人们时常地清理地面卫生,但如今的人们都在为了生活打拼,都没有太多的时间去清扫自己的家庭卫生,因此,本次课题的提出就是为了解决这样的问题来缓解人们的生活压力。

1.2 家用扫地机的要求

本文的目的是开发一种能大面积清扫,以充分满足大多数家庭的要求,但也需要方便、 实用的家用扫地机。使其能够完全替代传统的家庭人工清洗方法,能有更加舒适的家庭环境和生活。

本次课题主要是在想宽400mm左右,高100mm左右的空间里设计一款包括清扫机构,行走机构,吸尘机构,垃圾存储机构的智能家用扫地机。其中本次设计的重中之重是清扫机构。而且这些机构的布置也是一个难点。要考虑到安排的合理性,但也要考虑到清扫的全面性。

参考文献

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[16]  濮良贵,纪名刚. 机械设计[M].高等教育出版社,2006.

[17]  阎邦椿,机械设计手册 (第五版)[M]. 机械工业出版社,2009.


内容简介:
I 编号 : 本科毕业设计(论文) 题目:家用扫地机设计 Design of household cleaning machine 下属学院 理工学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 完成日期 2014 年 4 月 9 日 nts- II - 摘 要 【 摘要 】随着 人们生活水平的提高,越来越多的人由于生活压力的增加而不愿过多的做一些家中的清洁工作,所以本设计是为了帮着人们从一些繁杂的家务事中解脱出来,去做相对更重要的事情。本次设计的是一款在一般家庭中能帮着清扫地面卫生的家用扫地机。本文主要是对家用扫地机的内部结构的设计,具体有行走机构、清扫机构、吸尘机构、垃圾存储机构的设计,通过对各种结构中的各种方案进行对比分析,从中选取一种最适合本次设计的结构,再对各个结构中的一些零件进行选择和校核,同时也对各部分机构进行了材料的选择,最终完成了本次设计。 【 关键词 】 家用扫地机;清 扫机构;吸尘机构 nts III Abstract 【 ABSTRACT】 Enter since twenty-first Century, with the rapid development of science and technology gradually, intelligent robot has become a research topic. Among them, the intelligent robot service type is a hot topic in the research project. Therefore, summarizes several reasons of service robots appear: one is the rise in labor costs, many enterprises are unable to find suitable workers, therefore appeared different degree of labor shortage; two is the peoples living standard improves, more and more people are willing to spend money to buy intelligent robot to help with housework at home; three is now more and more young people to live in the hard, have no time to care for the elderly, and the old mans demand for service robots and young people to take better care of them, which will give service robot very good market prospects. This design is to design a small, convenient. Intelligent household sweeper. 【 KEYWORDS】 Household sweeper; sweeping mechanism; suction mechanism nts- IV - 目 录 1 设计的目的和要求 . 6 1.1 家用扫地机设计的目的 . 6 1.2 家用扫地机的要求 . 6 2 家用扫地机的机械设计 . 6 2.1 机械结构的组成 . 6 3 家用扫地机的总体设计 . 8 3.1 家用扫地机的总体设计 . 8 3.2 家用扫地机的行走机构设计 . 8 3.3 家用 扫地机的清扫机构设计 . 10 3.4 家用扫地机的吸尘机构设计 . 13 3.5 家用扫地机的垃圾存储机构设计 . 14 4 设计参数的计算 . 15 4.1 驱动轮上的电机的选择 . 15 4.2 清扫机构中的电机的选择 . 16 4.3 蜗轮蜗杆的选择计算 . 16 4.3.1 选择蜗杆传动类型 . 17 4.3.2 选择蜗杆蜗轮的材料 . 17 4.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 . 17 4.3.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸 . 18 4.3.5 校核齿根弯曲疲劳强度 . 19 4.3.6 验算效率 . 20 4.4 带传动设计 . 20 4.4.1 V 带的选择 . 20 4.4.2 初选小带轮的基本直径 . 20 4.4.3 确定 V 带的中心距 a 和基准长度 . 21 4.4.4 验算小带轮上的包角 1 . 21 4.4.5 计算 V 带的根数 Z . 22 4.4.6 计算单根 V 带的初拉力的最小min0F)(. 22 4.4.7 计算压力轴 . 22 4.5 清扫轴的基本参数计算 . 22 4.5.1 求轴上的功率 P、转速 n 和转矩 T . 22 4.5.2 初步确定轴的最小直径 . 23 4.5.3 轴的结构设计 . 23 4.6 蜗杆轴上的轴承校核 . 23 4.6.1 蜗杆轴上承受的力 . 23 4.6.2 查取参数 . 24 4.6.3 计算滚动轴承的当量动载荷 . 25 4.6.4 计算轴承寿命 . 25 5 总结和展望 . 25 5.1 总结 . 26 5.2 展望 . 27 nts V 参考文献 . 28 致谢 . 29 nts家用扫地机设计 - 6 - 1 设计的目的和要求 1.1 家用扫地机设计的目的 随着人们的生活水平的提高,更多的人愿意花钱 去买机器人来帮忙干繁重的家务,并且现在一般的地面没过几天就会在表面出现一层灰尘,这就要求人们时常地清理地面卫生,但如今的人们都在为了生活打拼,都没有太多的时间去清扫自己的家庭卫生,因此,本次课题的提出就是为了解决这样的问题来缓解人们的生活压力。 1.2 家用扫地机的要求 本文的目的是开发一种能大面积清扫,以充分满足大多数家庭的要求,但也需要方便、 实用的家用扫地机。使其能够完全替代传统的家庭人工清洗方法,能有更加舒适的家庭环境和生活。 本次课题主要是在想宽 400mm左右,高 100mm左右的空间里设计一款包括 清扫机构,行走机构,吸尘机构,垃圾存储机构的智能家用扫地机。其中本次设计的重中之重是清扫机构。而且这些机构的布置也是一个难点。要考虑到安排的合理性,但也要考虑到清扫的全面性。 2 家用扫地机的机械设计 2.1 机械结构的组成 本次设计主要目的是结构简单、灵活,控制方便,易于实现的半自动或全自动的家用扫地机。扫地机作为一个整体主要有两个部分组成,即机械部分和控制系统。机械部分包括扫地机的整体外壳、两个驱动轮和一个万向轮。扫地机的整体外观类似于如图 2-1 所示 图 2-1 家用扫地机 此次设计的家用扫地机 的结构主要有以下几部分: nts- 7 - ( 1)两个驱动轮和驱动电机。这个部分主要是能确保扫地机能够在地面上移动。两个驱动轮和前面的万向轮形成一个三点成面的形状,来执行扫地机的移动。 ( 2)清扫结构。两个电机带动的清扫刷分别进行顺逆时针旋转,这样就可以将灰尘清扫到吸尘口处达到清扫目的; ( 3)吸尘结构。由风扇产生强大的吸力,灰尘被吸入垃圾存储室中; ( 4)垃圾存储机构。通过吸尘机构的风扇的吸力将垃圾存放在垃圾存储机构中。 图 2-2 家用扫地机的机械结构示意图 nts家用扫地机设计 - 8 - 3 家用扫地机的总体设计 3.1 家用扫地机的总 体设计 此次设计的家用扫地机包括清扫机构、行走机构、吸尘机构、垃圾存储机构,其中最重要的结构是清扫机构。通过查阅相关资料,起初想把扫地机的外形设计为长方形,这样便于各种机构的放置。但后来在设计的时候发现长方形有很多不便之处,当碰到有棱角的家具时,家用扫地机就很难旋转躲开这些棱角,而圆形的外形就比较容易避开这些有棱角的家具。考虑到这些于是就将家用扫地机的外形定为圆形,其外形大体如图 3-1: 图 3-1 家用扫地机的外形示意图 3.2 家用扫地机的行走机构设计 行走机构是其他机构的载体,如图 3-2 所示,移动 机器人的行走机构按照结构可以分为轮式、履带式和步行式等。轮式和履带式的结构更适合在条件好的地面上行走,而步行的结构则更适合在条件较差的路面行走。而本课题研制的家用扫地机的工作环境在室内,所以可以采用轮式或者履带式结构,但履带式结构所占的空间太大,因此采用轮式移动机构较为适合。 nts- 9 - 图 3-3 轮式、履带式和步行式移动机器人 通过查阅相关资料得知轮式移动机器人具有三轮、四轮和六轮的结构形式,而家用扫地机若采用三轮结构则相对来说设计比较简单,同时也能满足这次体积不宜过大的要求,而且在产品中应用范围也比较广泛;而 四轮结构虽然有好的稳定性和不错的承载能力,但结构相对复杂,设计也比较麻烦,最主要的是没有这么大的空间去容纳;六轮结构与四轮结构差不多,都有很好的承载能力和稳定性,但还是因为其结构的体积大而不能采用。在本课题中,家用扫地机的重量不是很大,工作环境一般只在室内,地面条件也比较好,一般三点就能确定一个平面,而且理论上也是稳定的,所以采用三轮结构比较合适。 三轮转向机构的实现方式通常有两种: ( 1)三轮铰轴转向式:如图 3-4所示,转向轮装在转向铰轴上,若轮 1作为铰轴转向轮,通过电机来控制铰轴带动轮 1转动,轮 2和轮 3作为从动轮,这样就可以控制家用扫地机的转向。若轮 1不作为驱动轮,那可以选择轮 2或者轮 3作为驱动轮。 图 3-4 三轮铰轴转向式 ( 2)差速转向式:将两个电机分别装在后面的两个驱动轮上,通过调节电机转速来控制两个驱动轮的速度来实现家用扫地机的转向。 家用扫地机若采用铰轴转向式虽然控制实现起来简单,但要清扫的地方不是很容易控制,很容易造成一些地方忽略清扫;差速转向式控制相对复杂但清扫的更仔细。考虑到家用扫地机是在家庭中使用,将会面对着各种家具和地面情况,所以为了更好地适应家庭地面环境,所 以需要精度高点。因此采用差速转向式更能提高家用扫地机的性能。行走机构示意图如图 3-5所示: nts家用扫地机设计 - 10 - 图 3-5 行走机构示意图 按照上述的行走机构的示意图,家用扫地机采用两个直流电机独自带动左右两轮的差速转动方式,可以实现家用扫地机的前进、左转右转、后退和调头等功能,而且可以运动到任何地方。 3.3 家用 扫地机的清扫机构设计 清扫机构是这次家用扫地机机构设计中的重中之重,这直接关系到家用扫地机结构的总体布局、寿命和实用性,因此清扫机构要设计的相对合理可行。 在清扫机构的传动方式的设计过程中主要提出了五种方 案: ( 1) 电机通过减速器带动直齿轮 1转动,直齿轮 1带动与之相配对的直齿轮 2,然后连接直齿轮 2的轴直接带动清洁刷子进行清扫: nts- 11 - 图 3-6 方案一示意图 ( 2) 电机通过减速器带动斜齿轮 1转动,斜齿轮 1带动与之相配对的斜齿轮 2,然后连接斜齿轮 2的轴直接带动清洁刷子进行清扫: 图 3-7 方案二示意图 ( 3) 电机通过减速器带动锥齿轮 1转动,锥齿轮 1带动与之相配对的锥齿轮 2,然后连接锥齿轮 2的轴直接带动清洁刷子进行清扫: 图 3-8 方案三示意图 ( 4) 电机通过联轴器,联轴器连接蜗杆,然后蜗杆带动两个蜗轮旋转,蜗轮上的轴直接带动刷 子进行清扫: nts家用扫地机设计 - 12 - 图 3-9 方案四示意图 ( 5) 电机通过联轴器与蜗杆连接,蜗杆带动两个涡轮旋转,涡轮上的皮带轮通过皮带带动另一个皮带轮旋转,另一个皮带轮的轴接刷子进行清扫: 图 3-10 方案五示意图 由于设计的家用扫地机的工作环境是在一般家庭的室内地面,所以要求其高度不能太高,自己设计了大概 100mm高度,这样能满足大部分的室内环境,而在其宽度和高度有限nts- 13 - 的范围内要很好的放置行走机构、清扫机构、吸尘机构和垃圾存储机构,同时还要放下电池等一些辅助功能的装置,因此要求所设计的机构都不宜过大。方案一虽然便于安装,但传动 不够平稳,而且直齿轮所占的面积非常大,这样就不能把全部的机构放下了,因此放弃了这种方案;方案二中的斜齿轮和方案一的情况一样,但稳定性好了很多,并且占的空间很大,所以也舍弃了这种方案;方案三中的锥齿轮传动没有斜齿轮的传动来的平稳,同时锥齿轮所占的空间也是相当大的,而这次设计的家用扫地机的体积本身就不大,而且还要放置其他结构,因此出于对家用扫地机的总体布局的考虑,又放弃了方案三;方案四中电机通过联轴器带动蜗杆传动,再有蜗杆带动两端的蜗轮转动,由蜗轮上的轴直接带动刷子进行清扫。为了能够使扫地机在家里的各种角落里都 能刷到,同时它再清扫的过程中没有工作盲区。起初打算是用两个直径都为 200mm的刷子来进行清扫,但是这样的话就需要蜗轮蜗杆之间的距离为 100mm,而在这种距离情况下,设计的蜗轮蜗杆的尺寸就会很大,这样在总体的布局下虽然可以放得下,但是会加重了扫地机的总质量,这样就会比较耗电,寿命就不会很长了,而且传动效率也不是很高了,因而这种方案就不是很合理;方案五是电机通过联轴器连接蜗杆,蜗杆带动蜗轮,蜗轮通过皮带带动两边的皮带轮转动,另一边的皮带轮上的轴带动刷子进行房间的清扫,这种设计的好处在于能缩短蜗轮蜗杆的中心距,同 时还能减轻扫地机的总质量,也有利于其他的结构的放置,因而方案五是最合适的,所以这个方案就作为这次设计的清扫机构。 3.4 家用扫地机的吸尘机构设计 吸尘机构的设计是想将风扇固定在垃圾存储室的上表面,然后在风扇外面套一个薄壁空腔,在薄壁空腔上面开一个圆孔,这样就可以将风扇产生的热量和几个电机产生热量一起散发到空气当中。再将薄壁空腔固定在垃圾存储室的上表面,在其上壁的下表面上固定一个过滤网来过滤灰尘。其工作过程是通过风扇转动形成的吸力来吸引由刷子清扫引起的灰尘,未过滤的空气通过过滤网将灰尘阻挡在了垃圾存储室内, 而过滤了之后的干净空气则通过薄壁空腔上方的圆孔排到大气当中去,这样就实现了吸尘的目的了。其大体结构如下图: nts家用扫地机设计 - 14 - 图 3-11 吸尘机构示意图 3.5 家用扫地机的垃圾存储机构设计 此次设计的主要方案是通过刷子将垃圾清扫到吸尘口,因为吸尘口的面积最小,吸力最强。当被吸进来的垃圾通过风扇的风力吸进垃圾存储室内时,由于空间的突然变大,吸力就会瞬间变小,于是垃圾由于其自身的重力而停留在了垃圾存储室内。当垃圾堆满存储室后,只要将垃圾存储室拉出就可以倒出垃圾,使扫地机可以继续的工作。又因为此次设计的家用扫地机的 工作环境是在室内,因此一般都是一些小型的垃圾,所以设计的垃圾存储室也不需要太大的空间,这完全符合我们的设计要求,故采用这样的方案作为家用扫地机的垃圾存储室。 最终设计的家用扫地机的总体布局如图 3-12所示: nts- 15 - 图 3-12 家用扫地机的总布局示意图 4 设计参数的计算 4.1 驱动轮上的电机的选择 ( 1)初步估计扫地机的重量为 10 千克, g 取 9.8N/kg,所以 NG 988.910 ,此次的机身有两个驱动轮和一个万向轮支撑着,所以分配到每个轮子上 的力 NF 7.32398 因为其轮子的材质是橡胶,那按其在良好的路面上进行清扫工作,所以取 1 , 1.0 ,则:滚动摩擦阻力 mNFM f 0327.07.321 滑动摩擦力 NFf 27.31.07.32 由前面的扫地机的总体结构布置发现家用扫地机的底盘应该要高于地面 10mm左右,因此因此轮子的直径 D为 90mm,则 mmDR 4521 ,所以轮子在行走时所受到的阻力矩: nts家用扫地机设计 - 16 - mNMRfT fw 180.00327.0045.027.3 ( 2)工作时要求的功率: wwww nTP 9550,其中 mNT w 180.0 m i n/2.10690 10005.060100060 rDn w 取 8.0w ,所以 WP w 50.28.09550 10002.106180.0 电机需要的输出功率: wdPP , 其中 8047.099.099.097.0 32321 1 为弹性联轴器传动效率; 2 为轴承传动效率; 3 为齿轮啮合的攒动效率。 所以电机所需的输出功率 WPP wd 11.38047.05.2 ( 3)电机的选择 考虑到家用扫地机的两个驱动轮上的电机是要通过差速才能实现其转弯的功能,所以这电机必须具备调速的功能,再由上述计算所得的电机输出功率,通过在网上查到型号为 YCJT-6-1 的电机符合我们所设计的要求,输出功率是 6W,调速范围是 90r/min1350r/min,已经完全满足我们的要求了,而且在满足要求的同时 ,其安装尺寸也是很小的,在总体布局下能安装的下,所以选取此型号作为行走机构的电机。 4.2 清扫机构中电机的选择 考虑到家用扫地机的工作环境是在室内,因此没有太大的垃圾需要处理,所以也就不需要刷子的旋转速度过大,估计在在 3m/s4m/s 的速度就可以实现清扫了,同时也可以将垃圾扫进垃圾存储室内了,而为了这次设计的相对简单点,于是将皮带轮的传动比定为 1:1,所以刷子的速度就是皮带轮的速度,也是蜗轮的转速,即 180r/min210r/min,通过蜗轮蜗杆之间的传动比可以知道蜗杆的转速大概在 2610r/min3045r/min 的范围之内。所以查阅相关资料得型号为 55SZ01 的电机满足要求,其具体参数为:转速 3000r/min,功率 12W,尺寸又可以满足我们的布局要求,所以决定它作为清扫机构的动力源。 4.3 蜗轮蜗杆的选择计算 nts- 17 - 此次设计的蜗轮蜗杆为清扫机构的输入部分,起到的作用不是减速作用,而是执行的作用,是整个设计中的重要组成部分。 4.3.1 选择蜗杆传动类型 根据 GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗杆( ZI) 4.3.2 选择蜗杆蜗轮的材料 由于蜗杆传动的功率并不是很大,于是选蜗杆的材料为 40Cr,表面淬火硬度 4550HRC,蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造。 4.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 根据蜗杆传动的设计准则,首先是按齿面接触疲劳强度来进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度是否满足要求。由文献 16中式( 11-12),传动中心距: 322 HE ZZKTa ( 1)确定作用在蜗轮上的转矩 T2 按 21 z ,估取效率 76824.099.097.08.0 1216222 /1055.955.9 in PnPT 式中 WP 12 , 76824.0 , min/30001 rn , 5.1412 i ,则 mmNin PnPT 52.4255.14/3000 76824.0121055.9/1055.955.9 61216222 ( 2) 确定载荷系数 K 此次设计的是小型的设备,所以工作载荷稳定,故取载荷分布不均系数 1K;由文献 16中表 11-5选取使用系数 15.1AK ;由于冲击不大,可取动载系数 05.1vK;则 21.105.1115.1 vA KKKK ( 3) 确定弹性影响系数 EZ 因选用的是铸锡磷青铜和钢蜗杆相配,故 21160 MPaZ E ; ( 4) 确定接触系数Znts家用扫地机设计 - 18 - 先假设蜗杆分度圆直径 1d 和传动中心距 a 的比值 35.01 ad,从文献 16中图 11-18可查得 9.2Z; ( 5) 确定许用接触应力 H 根据蜗轮的材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度 45HRC,可从文献 16中查得蜗轮的基 本许用应力 MPaH 268 , 应力循环次数 72 1072.330005.14300016060 hLjnN寿命系数 8486.01072.310877 HNK所以 M P aKHHNH 2272688486.0 ( 6) 计算中心距 mma 90.12227 9.216052.42521.132 初步选取蜗轮蜗杆中心距为 50mm,因 5.1412 i ,故从文献 16中表 11-2中取模数 mmm 8 ,蜗杆分度圆直径 mmd 4.221 。此时 448.050 4.221 ad,从文献 16中图 11-18查得接触系数 65.2 Z,因为 ZZ ,因此上述计算结果可用。 4.3.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸 ( 1)蜗杆 从文献 16中表 11-2可以查得蜗杆分度圆导程角 290710 , 因为11tan dPz a , 所以轴向齿 距 633.292290710t a n4.22t a n 11 zdP a; 直径系数 2.11q ; 齿顶圆直径 mmmhddaa 4.262124.22211 ; nts- 19 - 齿根圆直径 mmcmhddaf 4.182124.22211 ; 蜗杆轴向齿厚 mmmSa 14.321 ( 2) 蜗轮 蜗轮齿数 291212 izz ;变位系数 100.02 x ; 验算蜗轮蜗杆的传动比 5.142291212 zzi,传动比误差为 029 2929 ,是在允许范围内; 验算中心距 mmzqma 2.402 2 ; 蜗轮分度圆直径 mmmzd 5829222 ; 蜗轮喉圆直径 mmhddaa 6.612 222 ; 蜗轮齿根圆直径 mmhddff 6.532 222 ; 蜗轮咽喉母圆半径 mmdarag 2.1921 22 蜗轮齿宽 mmdBa 8.1975.0 1 4.3.5 校核齿根弯曲疲劳强 度 FFaF YYmdd KT 221253.1当量齿数 8.6413.10c o s29c o s 3322 zzv根据 100.02 x , 8.642 vz,从文献 16中图 11-19 中可以查得齿形系数325.22 FaY ; 螺旋角系数 928.0140 29071011401 Y许用弯曲应力 FNFF K 从文献 16中表 11-8 查得由 ZCuSn10P1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 MPaH 56 nts家用扫地机设计 - 20 - 寿命系数 669.01072.310976 FNK M P aF 470.37669.056 FF MP a 683.0928.0325.22584.22 52.42521.153.1 弯曲强度是满足要求的。 4.3.6 验算效率 v ta n ta n96.095.0 已知 13.10 ;vv farctan;vf与相对滑动速度sv有关 smndv s /62.413.10c o s100060 30004.2213.10c o s100060 11 从文献 16中表 11-18用插值法查得 02276.0vf、 3047.1v所以 84.03047.113.10t a n 13.10t a n96.095.0t a n t a n96.095.0 v 得到的值大于原先估计的值,因此不用重算。 4.4 带传动设计 4.4.1 V 带的选择 ( 1)传动比 1i ,小带轮转速 1-1 minr210n ( 2)确定计算功率, 由 文献 16表 8-7 可知 , 取 1.1AK ,WPK A 37.109.097.0121.1P dca ( 3)根据 m in/21037.101 rnwP ca 及查 文献 16图 8-1,可知此时皮带可以选择Y 型带。 4.4.2 初选小带轮的基本直径 nts- 21 - ( 1)查 文献 16表 8-6 和 P157 表 8-8,可得 mm48dmin1d 取小带轮基本直径 mm48d1d 取大带轮基本直径 mm481140idd1d2d ( 2)验算带速 smsmndv /5.0/100060 21048100060 11d 因为这个速度和刷子的速度相近,所以带 速合适。 4.4.3 确定 V带的中心距 a和基准长度 ( 1)根据 文献 16公式 8-20,初定中心距: )()( d21d0d21d dd2add7.0 )()( 48482a48487.0 0 mm180a6 7 .2 m m 0 初定中心距 mm2.67a0 ( 2)计算带所需的基准长度,参照 文献 16 mm79.290704)4848)4848(2702a4)()(2a2L20221210d0( dddddddd由 文献 16表 8-2,选带的基准长度 mm295Ld0 ( 3)计算实际中心距 mm3.692 79.290-2952.672-aa 0dd0 )( LL 圆整为 a =69mm。 4.4.4 验算小带轮上的包角 1 000d1d201 9018069 3.5748-48-180a 3.57d-d-180 )()( nts家用扫地机设计 - 22 - 4.4.5 计算 V带的根数 Z ( 1)计算单根 V 带的额定功率 rP 由 m inr210n mm48d1d1 和, 查 文献 17,得 4.46wP0 由 型带和和 Ym inr210n1i 11 ,查 文献 17,得 w0P0 查 文献 16得 1K a (包角 1801 ) 由基准长度 mm295Ld0 和 Y 型带,查 文献 17得 88.0K L 3 .9 2 w88.01046.4P 00r )()( LKKPP 计算带的根数 65.292.337.10rPcaPZ 圆整后取带根数为 3 根。 4.4.6 计算单根 V带的初拉力的最小min0F)(由 文献 16表 8-3 查得 Y 型带的单位长度质量 mkg0.02q NZKPK685.75.002.05.03101037.01-5.2500qvv-5.2500F22cam i n0)()()(应使带的实际初拉力min00F )( F4.4.7 计算压力轴 NFZ11.462180s in685.7322s in2F 1m i n00m i nP)()(4.5 清扫轴的基本参数计算 4.5.1 求轴上的功率 P、转速 n和转矩 T w41.9P , min/210 rn , mmNT 404 nts- 23 - 4.5.2 初步确定轴的最小直径 根据 文献 16表 15-3,由于最小直径处只受扭矩作用 ,取 97A0 ,根据 文献 16公式( 15-2)于是得 mm45.32100 . 0 0 9 4 197nPAd 3301 mm 圆整后轴最小直径 d=6mm 4.5.3 轴的结构设计 1、拟订轴上零件的装配方案 选用如下图所示装配方案 2、根据轴向定位的要求初步确定轴的各段直径和长度 mmd 10 mm39L mmd 17 mmL 9 mmd 19 mmL 14 mmd 21 mmL 18 mmd 17 mmL 20 轴的 II-III处套有轴承,故同时选取此处的轴承。因轴承受到的径向作用比轴向作用大,故选用深沟球轴承,由轴承产品目录中初步选取 626型号轴承,其尺寸为 d D T=6mm 19mm 6mm。 4.6 蜗杆轴上的轴承校核 本次设计计算主要针对蜗杆轴上的轴承的校核,选用 626 型深沟球轴承, 根据 文献 17查得 2340NC , 44.0e , 5.1Y 4.6.1 蜗杆轴上承受的力 nts家用扫地机设计 - 24 - WPP 894.997.085.012211 NNNdT51.0290710t a n81.2t a nFF04.1290710c o s20t a n81.2c o s20t a nFF122Ftatr11tmmNnPT 5.313000009894.095500009550000111受力分析图如下所示: ( 1)计算轴的水平支反力 NFFFNFFNHNHNH405.1405.181.2-405.181.2723672361t2t1 ( 2) 计算轴的竖直支反力 NFFFNdFFFNVNVaNV58.046.0-04.146.07221751.03604.1722361r2r1 N48.1FFF 2N V 12NH1r1 N52.1FFF 2N V 22NH2r2 4.6.2 查取参数 由 文献 16表 13-7得 :32 FrYFrF d nts- 25 - 所以 派生轴向力 NFdNFd51.049.021 由图: 49.002.151.051.0 12 FdFaFd 轴承 1压紧,轴承 2放松。 NFFdFa 02.1a21 NFFa 49.02d2 44.069.048.1 02.111 eFrFa44.032.052.149.022 eFrFa所以由 文献 16表 13-5 查得:0,11,56.02211 YX YX 4.6.3 计算深沟球轴承的当量动载荷 轴承运转中无 冲击载荷,按 文献 16表 13-6查得 2.10.1pf取中间值1.1pf ,滚动轴承当量动载荷 )( YFaXFrfP p 所以 NP 202.1)51.0104.156.0(1.11 NP 144.1)51.0004.11(1.12 4.6.4 计算轴承寿命 对于圆锥滚子轴承 3 )(6010 6 PCnL h 所以 hLh 1036 101.4)202.12340(300060 10 对于轴承这种 标准件,若在家用扫地机上长期工作,此轴承都可满足寿命。 5 总结和展望 nts家用扫地机设计 - 26 - 5.1 总结 本次主要设计的是家用扫地机的整体机械结构部分,而家用扫地机本身包括了多个功能模块,这些功能模块之间相辅相成,共同作用,才保证了家用扫地机的顺利工作。具体的工作过程如下: ( 1)首先可以使用家用扫地机的遥控器或者表面的手动模式来启动家用扫地机,让它开始进行清扫工作; ( 2)家用扫地机开始工作后,就可以使清扫机构进行清扫,同时吸尘机构也就开始吸尘。 ( 3)当家用扫地机开始工作后,传感器模块就开始不断的通过传 感器来收集家用扫地机的周边环境,然后将信息送回中央处理器来进行分析和决定行走路线。 ( 4)当碰到一些障碍物需要扫地机进行转向的时候。中央处理器就会控制行走机构中的电机的转速,使两电机有差速的时候实现转向。 ( 5)当垃圾存储室内的垃圾满时,家用扫地机就会自动报警,我们只要从后部抽出垃圾存储盒将垃圾倒掉之后就可以继续工作。 本次的设计在阅读了大量相关资料,并且与指导老师经过讨论后,选择制定了一个较为优秀的方案,并完成了设计题目中的要求。主要设计内容如下: 1、准备工作。设计前充分了解了一些关于家用扫 地机的概念和一些产品,以及家用扫地机的背景,并了解在设计家用扫地机过程中应注意的问题。 2、拟订设计方案。本次设计的主要是家用扫地机的机械结构部分,其中包括行走机构、清扫机构、吸尘机构和垃圾存储机构。其中清扫机构的设计是重点也是难点,要完全考虑到整个家用扫地机的空间,因为这次设计的是在室内工作的扫地机,其体积不能太大
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本文标题:家用扫地机的设计【优秀环卫环保机械全套课程毕业设计含4张CAD图纸】
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