电动开窗机设计

目录摘要IAbstractII第 1 章 电动开窗机的介绍- 1 -1.1 电动开窗机的构思- 1 -1.2 电动开窗机的使用- 3 -第 2 章 电动开窗机的设计- 4 -2.1 电机的选用- 4 -2.2 传动系统设计- 5 -2.2.1 带传动的设计- 5 -2.2.2 蜗轮蜗杆的设计- 8 -2.2.3 齿轮传动的设计- 10 -2.3 离合器的设计- 15 -2.4 直流电磁铁的设计- 16 -2.4.1 电磁铁设计主要参数及工作参数- 16 -2.4.2 工作制的选择- 16 -2.4.3 选择电磁铁的结构类型- 17 -2.4.4 电磁铁的初步计算- 18 - 20 -摘要本开窗机是面向普通家庭，为其提供电动开窗机，主要擦拭平开窗。本开窗机的优点主要是能够自行擦拭玻璃的外侧，不需要人站在窗台上擦拭，保证了人的安全；同时该开窗机不需要人的操纵，减少了人的体力劳动，其能够自行擦完整块玻璃，方便易操作，其价格便宜。该设计不但包括机械方面的知识，还包括控制方面的知识，拓展了视野，选择该项课题作毕业设计，最重要的是该毕业设计是一个小型的综合性产品，其涉及内容有电磁铁的设计，传感器的设计，传动系统设计。本开窗机的重点放在传动系统设计，这样既能增加知识面，又能够重点突出本专业的知识，达到事半功倍的目的。 关键词 开窗；电动；电磁离合；便捷AbstractThis brush window implement is for common family, offering auto brush window implement, mostly brush common window. The excellence of this implement can mostly brush the side of window, it is not necessary for people standing side of the window to brush, which guarantee safety; at the same time, this implement is auto ,reducing people physical force, it can brush the whole glass without human control, convenient and easy operating. It price is with reason. This design is not only including knowledge of mechanic but also containing knowledge of control, opening up eyeshot. Choosing this project as graduating design, which has some reason, that is, this project is a small integrate product, it contains electromagnetism design, sense organ design, and transmission design. The emphases of this project are transmission design, which is not only increase knowledge, but also brush up my specialty.This design is just a mechanical design, even as washing machine, only by eddy of the wheel can not wash clothing clean lily, mechanical motion must combine with chemistry in order to accomplish the task of washing clothing clean lily, that is, when you wash clothing, you had better append laundry powder. The same reason, this design is just a mechanical design; it should combine with the chemistry reagent. On the side, though this implement is for common family, it has ability of continuing development, which can make it face special company, for example, brushing the decorating glass outside the tower.Keyword: brushing window; auto; electromagnets clutch; convenient.第 1 章 电动开窗机的介绍1.1 电动开窗机的构思本开窗机是面向普通家庭，为其提供电动开窗机，主要擦拭平开窗。本开窗机的优点主要是能够自行擦拭玻璃的外侧，不需要人站在窗台上擦拭，保证了人的安全；同时该开窗机不需要人的操纵，减少了人的体力劳动，其能够自行擦完整块玻璃，方便易操作，其价格便宜。市场上流行的开窗机不是手动的，就是巨型吊车型，巨型吊车型主要是一个吊车机构，实际上还是人站在吊兜里开窗户，且该种类型造价昂贵，为专业物业公司所用；手动型其实就是小型的拖把。是否能开发一个面向普通家庭的全自动的开窗机，是本课题构思的出发点，因此本课题就以全自动为中心展开。电动开窗机的组成：电动开窗机是由机壳，传动系统，电磁铁装置，执行机构及横向移动机构，离合器及换向装置等组成。图中的绿色壳体即为机壳。机壳：起支撑传动系统，电磁铁装置及其他装置的作用，滑动轴承支架也是机壳的一部分。传动系统：采用三级降速，总传动比为128。第一级为带传动，其传动比为2。第二级为蜗轮蜗杆传动，传动比为32。第三级为齿轮传动，传动比为2。传动系统有传力及变速的功能，他将电机的14000r/min降为开窗机的0.3m/s。电磁铁装置：开窗机之所以能够贴在窗户上行走，就是由于窗户的两侧各有一个机壳，通过电磁铁装置将两个机壳紧紧的吸附于窗户上，产生正压力，又由于传动系统的履带与玻璃有摩擦，故履带与玻璃之间的摩擦力能够克服开窗机自身的重力，即式中 摩擦力 m 摩擦系数N电磁铁的吸引力 G为开窗机自重执行机构：直接擦拭窗户的装置，由滚轮及擦拭布组成，滚轮的旋转有电机直接驱动，其转速在5000r/min左右，没有经过任何变速，高速的旋转可将窗户擦得更干净。横向移动机构：执行机构实际上是横向移动机构的一部分，横向移动机构是由执行机构，执行压板， 凸轮机构等组成。当开窗机移动至窗户顶端时，电机带动凸轮旋转，从而使执行压板下压2mm，执行压板带动滚轮一起下移。实际上，当开窗机垂直移动时，传动系统的履带比套在滚轮的擦布更接近玻璃1mm，即电磁铁吸引力N是与玻璃与履带的正压力平衡的；当开窗机横向移动时，由于滚轮的下压，使得套在滚轮上的擦布比传动系统的履带更接近玻璃1mm，即电磁铁的吸引力N是与玻璃与擦布的正压力平衡的。换向机构是主要由5个齿轮组成的，由于外齿轮的啮合会使轴的旋转反向，故本开窗机采用5个外齿轮，利用3次外啮合使得电机的单向旋转转换为开窗机的上下双向移动。电磁离合器是通过对线圈通电断电来实现力的转换，进而带动离合板左右移动，离合板拨动离合器实现离合器齿轮的离合。1.2 电动开窗机的使用将开窗机放于窗户的左下角，离合器M1首先闭合，开窗机将向上移动，当移至最顶端时，离合器M1,M2均断开，同时凸轮旋转压下执行压板，此时开窗机将横向移动，当凸轮转过后，离合器M2闭合，致使开窗机下移，如此往复运动，开窗机将覆盖整个平面。第 2 章 电动开窗机的设计2.1 电机的选用 电机的资料是从网上搜索得到，由深圳市宜运丰电子有限公司网站中得到具体数据，选用其最大功率电机，详情请见图YRS-380SH其电压7.2v，空载转数为16400r/min,满载转数为n。=14000r/min，因此设计时选用转数14000r/min,满载转矩10.8N.mm，输出功率15.8w。2.2 传动系统设计轮子速度为v=0.3m/s其半径r=26mm因此其角速度为=v/r=11.538rad/s转数n=60*11.538/2*3.14=110.2 总传动比i=n。/n=127一级传动采用带传动，其传动比=2二级传动采用蜗轮蜗杆传动，其传动比=32三级传动采用齿轮传动，其传动比=22.2.1 带传动的设计现已知条件有：功率P=15.8w，电机转速=14000r/min蜗杆轴的转速=7000r/min，满载转矩10.8N.mm 短时工作制由于该设计不是中型机械类设计，故将查的数据缩小一半小带轮转矩=10.8mN.m 大带轮转矩=10.8*2*0.98 =21.168N.mm 表2-1 带传动的设计定V带的型号和直径计算功率P=1.2*0.0158=0.01896kw 为工况系数选带型号 由图11.15可知：选用Y型小带轮直径由表11.6可知：=10mm大带轮直径=（1-0.01）=20mm计算带长求=15mm求=5mm初取中心距a=30mm带长L=107.9mm基准长度由图11.4可知=120mm求中心距和包角中心距a=36mm小轮包角=163.3120求带根数带速=7.3m/s传动比=2带根数带根数应据公式计算，但由于电机转速过高，因此取z=1即可求轴上载荷张紧力=2.13N由表11.7知=0.95由表11.4知q=0.04轴上载荷=4.21N2.2.2 蜗轮蜗杆的设计表2-2 蜗轮蜗杆的设计初选值当量摩擦系数设=10m/s15m/s，查表13.6，取最大值=0.02 =1.0选值在图13.11的i=30的线上取点，查得=0.50 =（=1） 中心距计算蜗轮转矩=21.168*32*0.78=528.35N.mm使用系数查表12.9 =1.1转速系数=0.658弹性系数根据蜗轮副材料查表13.2 =147寿命系数=1.131.6接触系数由图13.12查出：=2.7接触疲劳极限查表13.2：=265接触疲劳最小安全系数=1.3中心距a=13.08mm取a=20mm传动基本尺寸蜗杆头数由图13.11查得=1蜗轮齿数=32模数=0.8751.0625 取标准值m=1蜗杆分度圆直径10mm 取标准值=9mm蜗轮分度圆直径=32mm蜗杆导程角=6.34蜗轮宽度=7.32mm蜗杆圆周速度=3.3m/s相对滑动速度=3.32m/s 当量摩擦系数由表13.6得=0.03 =与假设有出入，无须即做调整，以计算为准齿面接触疲劳强度验算许用接触应力=151.5MPa最大接触应力=106.9MPa151.5MPa合格轮齿弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳极限由表13.2查出=115MPa弯曲疲劳最小安全系数自取 =1.4许用弯曲疲劳应力=82.1MPa轮齿最大弯曲应力=4.89MPa82.1MPa合格2.2.3 齿轮传动的设计表2-3 齿轮传动的设计齿面接触疲劳强度计算1初步计算转矩528.35N.mm齿宽系数由表12.13，取=1.0接触疲劳极限由图12.17c得=710MPa =580MPa初步计算的许用接触应力=639MPa=522MPa值由表12.16得，=85初步计算小轮直径=12.13mm取=15mm初步尺宽=15mm2校核计算圆周速度=0.17m/s精度等级由表12.6得，选8级精度齿数和模数初取齿数=15；=30=1使用系数由表12.9，=1.00动载系数由图12.9，=1.05齿间载荷分配系数由表12.10，=70.45N=4.7N/mm100N/mm=1.56=0.9则=1.23齿向载荷分布系数由表12.11， =1.34载荷系数=1.73弹性系数由表12.12，节点区域系数由图12.16，=2.5接触最小安全系数由表12.14，=1.5总工作时间=10*300*8*0.22=4800h应力循环次数由表12.15，估计，则指数m=8.78=5.79原估计应力循环次数正确。=接触寿命系数由图12.18，许用接触应力=558.5MPa=483.3MPa验算=384.9MPa3.确定传动主要尺寸实际分度圆直径=15mm=30mm中心距=22.5mm齿宽=15mm，mm齿根弯曲疲劳强度计算重合度系数=0.73齿间载荷分配系数由表12.10，=1.37齿向载荷分布系数=2.7，由图12.14，=1.2载荷系数=1.73齿形系数由图12.21，=3.1，=2.52应力修正系数由图12.22，=1.5，=1.62弯曲疲劳极限由图12.23c，=600MPa，=450MPa弯曲最小安全系数由表12.14，=1.25应力循环系数由表12.15，估计，则指数m=49.91=弯曲寿命系数由图12.24，=0.95，=0.97尺寸系数由图12.25，=1.0许用弯曲应力=456MPa=349MPa验算=27.6MPa456MPa=24.2MPa349MPa2.3 离合器的设计离合器分三部分，有五个齿轮组成，其命名为liheqichilun1, liheqichilun2, liheqichilun3, liheqichilun4, liheqichilun5, liheqizhou等组成。其中，liheqichilun1, liheqichilun2, liheqichilun3同模数，同压力角，同齿数，其大小完全一样，而liheqichilun4,liheqichilun5同模数，齿数，压力角，大小完全一样。liheqichilun1, liheqichilun2, liheqichilun3的设计:取其齿数=15，模数m=1，压力角=20则分度圆直径=15mm， 齿顶圆直径=17mm 齿根圆直径=12.5mm基圆直径=14.095mm Liheqichilun4与liheqichilun5的设计:取其齿数=20，模数m=1，压力角=20则分度圆直径=20mm 齿顶圆直径=22mm 齿根圆直径=17.5mm基圆直径=18.794mm2.4 直流电磁铁的设计2.4.1 电磁铁设计主要参数及工作参数（1）额定工作行程 （2）额定工作行程下的电磁吸引力（3）机械反例特性 （4）电源电压及变化范围（5）动作时间及返回时间 （6）灵敏度（7）功率损耗 （8）容许温升2.4.2 工作制的选择 电磁铁工作制分为长时工作制、短时工作制、反复短时工作制；因为电磁铁用于开窗机，故选择反复短时工作制。2.4.3 选择电磁铁的结构类型根据经济重量指标选择，而经济重量指标是由结构因数决定，其定义如下 =式中：初始行程下的电磁力（N） 初始行程(cm)表2-4 各种恒磁势电磁铁值得合理范围电磁铁的结构类型值的合理范围1 衔铁为平板时的圆盘式电磁铁2 衔铁端部为平面状的有止座螺管式电磁铁3 拍合式电磁铁4 衔铁端部为圆锥状的有止座螺管式电磁铁 25 衔铁为阶梯状的螺管式电磁铁6 无止座螺管式电磁铁 93 9316.5 262.616.55 51.2 41.850.2初始行程=0.5(cm) 橡胶履带与玻璃的摩擦系数= 0.1 （该值随湿度的变化而变化，取最小值） 电动开窗机的自重大约G3kg*9.8=29.4N求电磁铁的反力 =294N =1.2*294=352.8N安全系数 =1.11.2 =11.88 选择拍合式电磁铁2.4.4 电磁铁的初步计算铁心的主要尺寸有：铁心柱截面积 或铁心柱直径 极冒截面积或极冒直径 铁心长度 轭铁截面积 衔铁截面积 铁心窗口面积 线圈的主要参数： 线圈高度 线圈厚度 线圈窗口面积 导线直径 线圈匝数N 线圈的激磁安匝数IN下面进行具体计算：（1）气隙磁通密度的选取： 查图表2-15的=f ()曲线 =0.2(T)（2）计算系数值和的选取 一般拍合式电磁铁结构可以取=1.01.6，可按表3-1有极冒的情况选取 =1.2 =1.6表2-5 拍合适电磁铁合理尺寸范围 系 数系 数 合 理 取 值 范 围直 流交 流无极冒有极冒=1.01.62.0 ==6.3 1.52.5=2.08.04.07.02.