小型走廊清扫机的设计

0小型走廊清扫机的设计摘要：这次论文设计的主要是用于走廊清扫的小型走廊清扫机。该小型走廊清扫机采用的工作方式为：利用清扫机前端两侧的两个盘形刷分别作顺时针和逆时针旋转，分别将刷子两侧的垃圾扫到中间，然后在通过位于清扫机中部的滚刷滚动将垃圾扫入垃圾箱内，从而实现其清扫地面的功能，此款小型清扫机结构简单，便于操作，可清扫各种垃圾，由于前段为盘形刷，可以很好的清扫墙角及各种角落内不易清扫的垃圾。在进行小型走廊清扫机的设计中，通过对各种各样的资料进行大量的查询以及多种种类的清扫机设备进行分析及比较，最终选择了本设计中比较理想的小型走廊清扫机的设计方案，然后根据已经确定的方案对清扫机进行具体结构的分析设定以及计算，使该设计变得完美可靠，通过计算以后确定各种零件的尺寸以及型号和清扫机的各种结构，在保证满足要求的情况下尽量的节约成本，由于该设备零件结构相对比较简单，而且容易制造，所以是一种比较理想而且经济实用的小型走廊清扫机。关键词：清扫机角落刷子便捷经济适用1ThedesignofthesmallcorridorcleaningmachineAbstract：Thispaperismainlydesignedforcorridorcleaningofsmallcorridorcleaningmachine.Theworkingmethodofthesmallcorridorisusedasthe:Usetwodiscbrushesonthefrontsideofthemachinetorotateclockwiseandcounterclockwise,Sweepthetrashtothemiddleofthebrush,Andthensweepthegarbageintothegarbagebinbyrollingtherollbrushinthemiddleofthecleaningmachine,Soastorealizethefunctionofcleaningtheground,Thissmallcleaningmachinestructureissimple,easytooperate,cancleanavarietyofgarbage,becauseofthefrontofthediscbrush,Themachinecanbeverygoodtocleanthecornerandallkindsofrubbishinthecornerisnoteasytoclean.Inthedesignofsmallcorridorcleaningmachine,Throughavarietyofinformationonalargenumberofinquiriesandavarietyofcleaningmachineequipmentanalysisandcomparison,Finallychosethisidealinthedesignofsmallcorridorcleaningmachinedesignscheme,Andthen,accordingtotheplanoftheprogram,theanalysisandcalculationofthespecificstructureofthecleaningmachine,Makethedesignperfectandreliable,aftercalculatingthesizeofvariouspartsandmodelsandcleaningmachinestructure,Inthecaseoftheguaranteetomeettherequirementsofthecircumstancesofthecostsavings,Asthestructureoftheequipmentisrelativelysimpleandeasytomanufacture,itisarelativelyidealandeconomicalandpracticalcompactcorridorcleaner.Keywords:Cleanthemachine,corner,brush,convenient,Economyisapplicable2目录1前言.21.1小型走廊清扫机设计目的及意义.21.2清扫设备的概述.31.2.1国外研究.31.2.2国内研究.31.2.3研究或解决问题的手段.41.3课题需完成的任务.51.3.1设计主要内容.51.3.2设计工作基本要求.52总体方案设计.52.1设计主要技术要求.52.2总体方案的确定.63动力装置的确定.103.1蓄电池的选择.103.2电动机的选择.114小型走廊清扫机的结构设计.144.1传动比的分配.144.2带轮的选择设计.154.2.1主轴带轮的设计计算.154.2.2I-轴带轮的设计计算.194.2.3轴的带轮设计.224.3主轴的设计计算.244.3.1主轴的结构设计.244.3.2轴的校核.254.3.3键的校核.284.4锥齿轮计算.294.4.1锥齿轮的计算.294.4.2锥齿轮校核计算.3434.5车架的设计计算.355结论.37参考文献.38致谢.3801前言1.1小型走廊清扫机设计目的及意义从上世纪60年代我国开始对大型路面清扫机进行研制开始，已经有几十年的历史，但是中小型清扫机的研发才刚刚起步。相对与发达国家，我国地面清扫机在各个方面都存在一定的差距。随着公共环境卫生、工厂清洁机械市场的项迅猛发展，2005年之后，国内地面清扫机开始呈现快速发展的态势。但与国外相比，国内还停留在市场的初级发展阶段。我国已逐步进入现代化社会，需要更加先进的清扫方式及设备。对于自动化的扫地机器，人们经常所见的便是马路上的扫地车，它能够对街道进行大面积的清扫，而且工作的效率比较高，节约人力物力，但是，相对于大面积的清扫，小面积区域的清扫还是主要沿用传统的扫地工具：扫帚，工作效率相对而言比较低，而且清扫效果不够理想，浪费人力物力资源。而工作效率高的省时省力的扫地车却因为其体积庞大，所以在一些小型区域例如：厂区、居住小区、机关、学校、医院、小街小巷、走廊等场所，却是英雄无用武之地。由此可见，为了现在社会的需求，开发一种成本较低、节约人力物力资源、适用于院落、小区、小巷、走廊等小区域场所且清扫效果良好的小型清扫设备已经迫在眉睫。目前，许多国家研制的清洁机器人应时而生。日本，美国，欧洲各大厂商竞相开发，有些产品甚至很超前。例如在国外，有些具有高效率吸尘机除尘功能的智能清洁机器人，已经被研发而出，这些机器人能够通过遥控进行工作，同时也能够自主运动，能转向躲避前方障碍物，具有较高的使用价值，可作为家居以及大型企业的地面清扫工具，帮助人们减轻劳动。在研制清洁机器人这方面，国内的起步晚而且研发步伐比较慢，但是随着国家的不断发展，城市化的进程不断加大以及经济的急剧发展，我国的许多中小型城市正在崛起，城市化的规模正在逐年扩大，各种现代化的厂区不断建成，机关、小区、医院等公共场所的机械化清扫已经成为一种必然，地面的清洁以及养护也已经越来越重要。在这种趋势下，小型清扫机设备由于它的实用性比较强、垃圾的清扫率较高、污染小、成本低、结构紧凑、操作简便、维修方便等特点而具有广泛的市场前景以及实用价值，它的出现以及使用，将大大减轻人们繁琐的家务劳动，节省宝贵的时间，从而提高人们的生活质量。11.2清扫设备的概述1.2.1国外研究国外清扫机已经发展了几十年，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。就目前情况来看，国外在清扫机器人的研究领域内已经完成了大量的工作并且取得了不小的成果，例如一些著名的公司如：西门子、松下、三星等都已经开发制造出智能的清扫机器人，大大方便人们的生活。1.2.2国内研究在我国国内，有许多科研机构以及一些高等院校也开始对小型清扫机进行研究工作，而且取得了一定的成就。哈尔滨工业大学于上世纪90年代开始致力于小型清扫机这方面的研究并且与香港中文大学合作，联合研制并且成功开发出了一种全方位移动的清扫机器人。但是由于一些技术上的问题以及经验的不足，虽然我国自行研制的清扫机在种类规格以及使用性能上已经能够基本满足国内需求，但是存在外形单一、功能不全、操作不便以及清扫效率低等问题1。我国正处在飞速发展阶段，正逐步进入现代化社会，落后陈旧的清扫设备及方式已经不能满足社会发展的需求以及清扫的需要，虽然大型清扫车工作效率高且节约人力物力。但是，相对于大面积的清扫所运用的大型扫地工具-扫地车而言，小面积区域的清扫仍然还是主要沿用传统的扫地工具：扫帚，工作效率相对而言比较低，而且清扫效果不够理想，浪费人力物力资源。而工作效率高且省事省力的庞然大物扫地车在小区、走廊等地却是英雄无用武之地。由此可见，为了现在社会的需求，开发一种成本较低、节约人力物力资源、适用于院落、小区、小巷、走廊等小区域场所且清扫效果良好的小型清扫设备已经迫在眉睫。1.2.3研究或解决问题的手段2本课题要求是设计一种简单，经济实用的走廊清扫机，其关键问题就在于如何很好的实现清扫功能。尤其是传动系统、整体结构、工作装置的设计。由于是一种新型产品，因此在设计过程中，不可避免的出现很多未解决的疑点难点，总结其难点有以下几点：a)本课题所涉及的设计任务主要解决两个问题1.完成总体方案设计。2.完成清扫机结构设计。3.完成基础零件的三维绘制，并建立三维模型。b)研究途径由于清扫机是最近十多年才出现的新型产品，所以结构以及扫地的功能还不太成熟，相关资料也难以查找。因此扫地功能的实现是设计工作的一个很大的难点。但与此同时在工作的时候也存在一些例如：工作时产生的二次扬尘、清扫时漏垃圾、噪音较大以及产品的可靠性等方面难以解决的问题。清扫范围的大小不仅与清扫机的各个部分的尺寸有关，并与他的总体设计结构形式有关。清扫机结构尺寸太小就会导致工作效率的降低而且会使清扫范围变小，从而难以满足清扫的要求。而结构尺寸过大则会增加负重以及转弯半径，使其在走廊中难以转弯。因此合理的选择机构的大小及机构布置极为重要且比较困难。c)具体实施步骤安排为了更好地了解所做题目，查阅已有文献资料是十分重要的，由于走廊清扫机的资料很少的。所以，在设计的过程中需要广泛的查取资料以及在网上浏览收集有用信息，并且借鉴一些清洁机器人的数据，这些对我的设计工作有着莫大的帮助。并且通过对一些文献以及资料的阅读，对设计提供了很大的帮助。与此同时，为了更好地对清扫机内部结构进行设计以及对齿轮、轴及其它重要部件在设计过程中确保其结构的准确性，又对机械设计等专业的课本进行必要及系统的复习。但是，由于清扫机是近年出现的新型产品，而且产品数量不多，一些关键技术受专利所限，因此一些核心技术不会公布在资料中，所以会根据自己的想象来进行设计，由于一些想法并不成熟，所以其中一些问题不能很好地解决。在今后的设计中，还要通过3实践，对其一步步进行修改。1.3课题需完成的任务1.3.1设计主要内容本次设计要求所设计出的小型走廊清扫机能胜任走廊等小区域场所的清扫工作，完成小型清扫机的整体方案设计，以及其结构组成，并对其结构进行必要的受力分析，使其更加合理。其主要设计内容为：1.走廊清扫机总体方案设计2.走廊清扫机的结构设计3.完成折合A0图纸三张，并用proe建立三维实体模型1.3.2设计工作基本要求1.结合本题目，在老师的指导下查阅资料，进行准备工作。2.根据所掌握资料以及设计要求，设计可行方案，写出开题报告。3.根据要求，进行受力分析等必要计算。4.与老师进行讨论，完成论文编写大纲。5.认真撰写论文，按时完成设计。2总体方案设计2.1设计主要技术要求驱动方式：采用汽油机或者电力驱动。汽油机适合院落、庭院等户外清扫作业；电瓶驱动由于噪音低，污染小，适用于室内清扫作业。每小时清扫面积不低于1000m2。垃圾容量不低于30L。42.2总体方案的确定由于工作的场合都是在室内或小型封闭空间，所以对环境要求比较高，因此动力装置都选为清洁环保的电驱动。最初设计了多种方案，经过综合考虑认为有三种方案最为有可能实现我们的课题要求，在此对这三种方案进行分析说明。方案一：图2.1方案一简图工作原理：清扫机机体l的前端设有电机2和电池，机体1的前下部为滚刷3，电机2通过皮带带动滚刷3。工作时，滚刷3扫起的垃圾直接进入垃圾箱6中；与此同时，清扫机的机体1后方的垃圾箱6前部设有导向斜面4，可以使垃圾沿斜面进入垃圾箱，而且垃圾斗7的下沿有小斜面5，防止垃圾撒漏，这些部件共同将垃圾倒入垃圾箱6中。5方案二：图2.2方案二简图工作原理：推着清扫机前进，电机通过传送带带动带轮2以及滚筒轴3，进一步带动毛刷滚筒3作逆时针转动；与此同时，主动轮通过传送带的传动将运动传递给带轮9，带轮9运动时齿轮10同时开始转动，并且带动齿轮6开始转动，齿轮6带动输送轮7转动，然后输送轮7使得传送带5开始顺时针转动。此时毛刷3逆时针转动，开始将垃圾刷到刮铲4上，再通过传送带5进行运输最后将垃圾倒入垃圾箱8中。6方案三：图2.3方案三简图工作原理：在推动清扫机前进的同时，电动机1开始转动同时带动带轮2转动，带轮2通过皮带将转动传递给带轮3，带轮3的转动使轴开始转动，轴上的锥齿轮4、9以及带轮7开始转动。锥齿轮4、9分别带动锥齿轮5、10开始转动，通过皮带将转动传递给清扫机前端的盘形刷，使两个盘形滚刷分别同时做顺时针以及逆时针转动，将垃圾扫到中间，同时带轮7将运动传递到带轮8，带轮8带动滚刷13做逆时针转动，将盘形刷扫到清扫机中部的垃圾通过滚刷13的滚动扫入清扫机尾部的垃圾箱内。方案对比：方案一：该方案结构简单且清扫机体积较小。适用于小面积的清扫工作，但由于垃圾箱容量比较小、进尘口小且此清扫机的电池容量不能够过大，所以不能够长7时间的进行清扫工作，并且不适合清扫体积较大的垃圾。方案二：该方案所设计的清扫机体积较大，能够清扫较大的垃圾杂物，同时垃圾箱容量大而且配备大容量的电池，能够长时间的进行工作，并且可以作为一些面积较大的区域的清扫工作，例如：厂区、院落以及小区等的清扫工具。但此方案的清扫机由于有传送带的存在，会导致此设备的尺寸比较大，所以不易于清扫细微轻小物质，例如灰尘等。而且清扫机两边存在清扫死角，不能够清扫墙角以及靠近障碍的地方。方案三：由于两侧增加了盘形刷，所以此方案弥补了前面两种方案的缺陷，可以清扫各种体积大小的垃圾，可方便的清扫墙角和靠近障碍物的地方。并且由于两侧的清扫刷可以大大提高清扫宽度，而且转弯半径不变。与此同时清扫机上配置了大容量的电池以及垃圾箱，大大提高了工作效率和清扫效果，可进行长时间的工作。除作为走廊清扫工具外，也可作为院落、厂区、小区等较大面积区域的清扫工具。该方案是一种理想的经济实用的走廊清扫机设计方案。因此综合考虑选择第三种方案作为最终设计方案。其实体外形如下图：图2.4清扫机外形图8由于每小时的清扫面积不低于1000m2，且垃圾箱的容量不小于30L，故清扫机的整体尺寸选为了便于不同身高的人使用，将手推杆采用可伸缩的杆来制造，以此适用于不同身高的人方便使用。3动力装置的确定3.1蓄电池的选择选用蓄电池型号清扫机所使用的蓄电池要求符合低碳环保的理念在使用过程中能够完全放电，没有害气体的排放，不能够污染环境，由此针对此设计选用铅蓄电池，型号为：6-QA-70A有关性能为：标准电压为12V其比能量达250wh/kg使用寿命为充放电1200次放电深度为75%外形尺寸为：长宽高=120mm70mm70mm重量约为：5kg此蓄电池外形图为：图3.1蓄电池此蓄电池的性能：（1）该电池为全密封阀控式（可维护）电动车专用蓄电池，该蓄电池设计为全密封9防泄露、安全可靠、自放电小、容量大、比能量高等优点。（2）污染少，噪声小。可减少排污达97%，甚至可做到零排污（3）节约能源，为普通蓄电池耗能的2/3（4）结构简单、控制方便，易于操作和维修（5）使用时间长，充电后每次可用15小时（6）功率要求足够大供，为清扫机提供每小时清扫面积不低于1000平方米的要求。（7）使用寿命长，一般可充电700次左右3.2电动机的选择（1）电动机类型和结构型式电动机类型和结构型式需要根据电源的种类、工作条件等和载荷特点例如大小、启动性能以及情况来选择。在小型走廊清扫机等移动的设备上与蓄电池配套所使用的电机大致有两种：直流电动机和步进电动机。直流电动机的优点：类型多、便于购买、接口简单，适用于大型机器。直流电动机的缺点：转速快需要齿轮减速器，电流较大，不易与车轮装配，控制复杂。步进电动机的优点：能够实现开环控制，可靠性高，速度控制精确，适合室内机器人的速度，接口简单。步进电动机的缺点:功率与自重比小能源利用率低，难以获得较大转矩，电流通常比较大，控制复杂，控制不当容易产生共振。清扫机大多数在室内环境下工作，因此要求噪音低、便于控制，运行平稳，所以选择直流电动机。（2）直流齿轮减速电动机的选择齿轮减速电机有时叫做齿轮马达或减速电机。它们通常由有刷电机以及转轴上带有减速器的直流电动机组成。如果一个电机看上去明显由两个不同的部分连接而10成，那么就可以认定它是齿轮减速电机。并且通过减小电机速度来增加旋转能力。因为直流电动机是从内部伸出两个相同的插头，所以齿轮减速电机与普通电机一样在使用上非常方便。与最后一级齿轮相连的是一根转轴。这个新转轴的末端伸出减速器的顶部，便于轮子和其他元件与其相接。这个伸出减速器的新转轴代替了伸出电动机的老转轴。当查看电动机时，如果转轴没有从中心伸出，那么这个电动机可能是齿轮减速电动机2。选择普通直流电动机的标准仍然适合用来选择齿轮减速直流电动机，包括检查电压，尺寸，重量以及RPM。在大转矩应用场合，常选用带有金属齿轮和金属减速器机架的行星轮减速器。塑料齿轮具有非常轻的质量，更适合低转矩，需要反应迅速的应用场合。本设计中选用金属齿轮的减速电机3。（3）电机功率的计算电动机的功率选择的合适与否，会直接影响电动机的工作以及经济性，当其容量小于工作要求的时候，不能保证电动机的正常工作或是电动机因长期过载而导致大量发热而过早损坏；而容量大与工作要求时，会导致电动机价格增高，能量不能够进行充分利用，经常处于不满载状态运行，导致其效率和功率因数都降低，从而增加电能消耗，造成极大浪费。电动机容量主要根据电动机运行的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。对于长期连续运转，载荷不变或变化很小，常温下工作的机械，只要所选电动机的额定功率Pm等于或大于所需电动机功率P0，即Pm=P0，电动机在工作时就不会过热，而不必校验发热和起动力矩3。清扫机清扫材料选用尼龙材料。本设计所设计的圆盘毛刷受力约为F=50N，转1速大概为n=60r/min.滚筒清扫所受到的力约为F=75N,转速为n=40r/min。1圆盘毛刷转矩T=FR=500.15=7.5Nm(3-1)1所需功率11P=48W(3-2)19501nT6.7圆盘毛刷到锥齿轮间用带传动，传递效率90%。横放锥齿轮III轴处的功率为：PIII=P/=4890%=54W（3-3）1齿轮间的传递效率为90%竖放齿轮处的功率P=PIII/=5490%=60W（3-4）竖1滚筒处II轴的转矩T=FR=750.25=18.75Nm（3-5）此处的功率P=78.5W（3-6）950nT47.18滚筒到主动轴I轴用带传动，传递效率为90%P=P/=78.590%=87.2W（3-7）电机到I轴之间用带传动，传递效率90%电机的输出功率P=(2P+P)/=(260+87.2)90%=230.2W（3-8）0竖1由于清扫机的工作时转速要求为60r/min，转速较低，根据这个原因选用12V250W齿轮减速电机，其输出转速为600r/min。4小型走廊清扫机的结构设计4.1传动比的分配电机与II轴之间的总传动比12i=15（4-1）n筒电406分配各级传动比设计由电机到I轴的传动比i=5；由I轴到III轴的传动比i=3。电机到圆盘毛刷的总传动比i=10（4-2）n刷电60齿轮间的传动比为i=2图4.1清扫机的内部结构图4.2带轮的选择设计4.2.1主轴带轮的设计计算1）确定计算功率计算功率Pca是根据传递功率P，并考虑到载荷性质以及每天运行时间长短等因13素影响所确定。P=KP=1230.2=230.2W(4-3)caA式中：P计算功率caK工况系数。经查表的工况系数表得K=1AAP所需传递的额定功率长2）计算传动比i=5（4-4）n电1206选择Z型V带3）查机械设计手册表12-1-11，取小带轮基准直径为d=50mm1d4）大带轮直径d=id=550=250mm（4-215）5）计算带速vv=1.57m/s（4-106电nd10654.36）6）初定中心距a00.7（d+d）a2（d+d）120120.7300a02300210a600取a=300mm7）计算基准长度Ld=2a+（d+d）+（4-02124a（d-21147）=2300+300+214.302=1096mm查机械设计手册表12-1-4，取基准长度Ld=1000mm8）实际中心距aaa+（4-8）020Ld300+196252取a=250mm9）小带轮包角=18057.3（4-9）1ad-12=18057.350=134.16120所以小带轮包角合理10）确定V带根数一般所用的单根V带可以传递的功率达75KW。此处，所传递的功率远远小于75KW，所以选用一根V带足以。11）单根V带的张紧力F=500(1)+mv（4-0k5.2zvPd210）15=500(1)+0.061.578.05257.102=29.46N式中：包角修正系数，查表机械设计手册12-1-21得=0.88kkmV带单位长度质量，kg/m。查表12-1-23得m=0.06kg/m12）作用在轴上的力FrF=2FZsin（4-r02111）=229.461sin68=54.24NF=F=81.35N(4-12)maxr23r13)带轮结构设计设计V带轮时应当满足的要求有：结构工艺性好；质量小；没有过大的铸造内应力；质量分布均匀，轮槽工作面要精加工，从而减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应当保持一定的精度，以减少载荷分布均匀4。16图4.2V带的截面形式参照机械设计手册12-712-10可知：基准宽度dd选为8.5；基准线上槽深hamin选为2.0；基准线下槽深选为hfmin为7.0；带轮宽B选为B=(Z-1)e2f；外径da=dd2ha；从而确定带轮的各部分尺寸。取小带轮孔径为d=20mm，基准直径为d=50mm，外径为d=53.2mm，轮宽为1daB=14mm，轮槽宽为b=8.5mm。因为基准直径d2.5d，所以小带轮采用实心结构。大带轮基准直径d=id=550=250mm(4-13)21d=d2（h+f+）aa=2542（2.0+7.0+5.5）=225mmd=（1.82）d=38mm1因为d-d100mm,所以大带轮采用孔板式。腹板厚S=10mmL=（1.52）21d=36轮宽B=20mm，S1.5S=15mm，S0.5S=7mm，d=132mm。轮槽宽12021db=8.5mm。d17图4.3I轴大带轮结构示意图4.2.2I-轴带轮的设计计算1）确定计算功率P=KP=178.5=78.5W（4-14）caA式中：P计算功率K工况系数。查工况系数表得K=1AP所需传递的额定功率长2）根据机械设计表8-6和8-11，选择Z型V带3）计算传动比i=3(4-15)n40124）由机械设计手册表12-1-11，取小带轮直径为d=56mm3d185）大带轮直径d=id=356=168mm(4-16)43取d=160mm46）计算带速vv=0.35m/s（4-1063nd10625.17）7）初定中心距0.7（d+d）a2（d+d）340340.7224a02224156.8a448取a=380mm08）计算基准长度Ld0Ld=2a+（d+d）+（4-0234a（d-23418）=2380+224+21.402=1119.5mm查机械设计手册12-1-4，取基准长度Ld=1120mm9）世纪中心距aaa+（4-020Ld19）380+25.1919380.25mm考虑到滚筒与带轮2之间有一定的间隙，所以取a=380mm10)小带轮包角=180-57.3（4-1ad-3420）=180-57.33802=163.2120所以小带轮包角合适11）确定V带根数此处带轮之间所传递的功率远远小于单根V带所传递的功率，所以这里仅用一根V带。12）单根V带的初张紧力F=500(-1)+mv（4-0k5.2zvPd221）=500(-1)+0.060.3595.0235.0162=130.53N式中：包角修正系数查表机械设计手册12-1-21得=0.95kkmV带单位长度质量，kg/m。查表12-1-23得m=0.06kg/m13）作用在轴上的力FrF=2FZsin（4-r02122）=21301sin81.6=257.2N20F=F=385.8Nmaxr23r14）带轮结构的设计参照机械设计手册12-712-10，设计小带轮孔径为d=20mm，可采用实心式。3轮宽为B=14mm，外径为d=60mm，轮槽宽为b=8.5mmad设计大带轮孔径d=25mm，因为d2.5d，所以采用腹板式。轮宽B=14mm，44d=d-2（h+f+）(4-2aa23)=1642（2.5+8.0+5.5）=132mmd=（1.82）d=38mm14.2.3轴的带轮设计1）确定计算功率P=KP=147=47W(4-24)caA式中：P计算功率K工况系数。查工况系数表得K=1AP所需传递的额定功率长2）确定传动比由总体传动比可确定传动比为i=1,选用Z型V带3）查机械设计手册表12-1-11得小带轮的基准直径d=106mmdd6=1061=1065d4）计算带速v=0.33m/s(4-25)1065nd1064.35）计算中心距a=456mm(4-26)246）计算基准长度Ld021Ld=2a+（d+d）+(4-02564a（d-2627)=2456+212214.3=1244.84mm查机械设计手册12-1-4，选择基准长度Ld=1250mm7）单根V带的初张紧力F=500(-1)+mv(4-28)0k5.2zvPd2=500(-1)+0.060.331.3.0472=107N式中：包角修正系数查表机械设计手册12-1-21得=1kkmV带单位长度质量，kg/m。查表12-1-23得m=0.06kg/m8)小带轮包角=180-57.3(4-29)1ad-56=180=180120所以小带轮包角合适9）计算压轴力FrF=2FZsin(4-30)r021=21071sin90=214NF=F=321Nmaxr23r10)带轮结构设计22两个带轮均采用腹板式结构设计V带轮时应当满足的要求有：结构工艺性好；质量小；没有过大的铸造内应力；质量分布均匀，轮槽工作面要精加工，从而减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应当保持一定的精度，以减少载荷分布均匀。4.3主轴的设计计算4.3.1主轴的结构设计1）主轴的材料选择45钢调制处理，初步计算其最小直径。取A=115，则：0dA=115=13.7mm（4-min03p3120.31）初步取d最小直径为20mm2）采用下图所示装配方案：图4.4主轴装配示意图3）确定轴的各段直径和长度为了满足轴向定位要求，I-II轴段右端须制造出一轴肩，故取II-III轴23段的直径为27，长度为25。I-II轴段的左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径为28。使带轮绕轴进行转动，为了保证轴端挡圈只压在带轮上，采用的I-II轴段的直径为20，长度为20；初步选择滚动轴承。因轴承同时受到径向力和轴向力的作用，所以选用轴承作为参照工作要求且根据III-轴段的直径为30，由轴承产品目录初步选取0基本游隙组标准精度级的圆锥滚子轴承32006型其尺寸为dDT=305513,所以选用III-IV轴段的直径为30，长度为22。右端轴承采用套筒进行轴向定位。查手册可得厚度为h=4,取IV-V轴段的直径为30。套筒右端用定位【4】。安装齿轮处的的轴V-VI段的直径为30且齿轮左端用挡圈定位。右端用一套筒定位，同时套筒右端定位带轮。已知带轮的轮毂宽度为25，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，所以此轴段应略短于轮毂宽度所以采用VI-轴段的长度为22。带轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d,取h=3.5,则轴环处的直径为42。轴环宽度b1.4h,取-轴段的长度为10。为了满足右端齿轮的轴向固定的要求，采用阶梯轴形式，选用-轴段的直径为35，长度为1935。右端的零部件结构的定位及轴径长度与左端的大致相同。带轮及齿轮与轴的轴向定位采用平键连接。按照齿轮与轴的直径由手册查表得平键截面尺寸分别为bhl=6614、bhl=8716、bhl=10816(GB/T1095-1979)。键槽采用铣槽加工，同时为了确保齿轮和轴的配合有良好的对中性，故选择轮毂与轴的配合为H7/n6.圆锥滚子轴承与轴的轴向定位是借过渡配合来保证，此处选轴的直径尺寸公差为h6。4.3.2轴的校核下面对主轴进行校核。根据设计的轴的尺寸和各处所传递的功率，计算轴上的力及力矩。表4.1轴的校核参数24载荷水平面H垂直面V支反力FF=85N,F=125N1N2NHF=217N,F=217N1N2NV弯矩MM=35.37NmHM=30.38NmV总弯矩M=46.62Nm1扭矩TT=20.8Nm轴的受力如图所示：FF2p2NHFFFF1NH1tp2t11.25Nm35.37Nm25.36NmMHFF1NV2NV25FF1r2r30.38Nm30.38NmMV11.25Nm46.62Nm39.57NmM16.2Nm20.8Nm4.6NmT图4.5主轴的受力示意按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）。轴的抗弯截面系数W=（4-32dtb)(232）=32514.352).(.02=3711mm式中：d轴的直径b键槽宽度26t键槽深度t=3.5mm=（4-caWTM22)(33）=371)2086.(42=13.01Mpa式中：轴的计算应力，MpcaaM轴所受的弯矩，NmmT轴所受的扭矩，Nmm取=0.6轴的材料选用45钢，其许用应力=60Mp1aca1所以该轴强度安全。4.3.3键的校核键的失效形式主要表现在工作面被压溃，一般只对挤压应力进行强度校核，由公式得：=（4-pkldT310234）式中：T传递的转矩，为20.8NMk键的工作长度，为14d轴的直径，为3527键、轴、连轴器轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，需用挤压应力pp=7080MPa，取其平均值75MPa,得：=49.52Mpp(4-35)p35)614(5.008.2a所以，键是安全的。4.4锥齿轮计算4.4.1锥齿轮的计算选用斜齿锥齿轮进行传动，走廊清扫机为一般机械转速不高，所以选用8级精度选择小锥齿轮的材料为42SiMn(调质硬度240270HBS),大锥齿轮的材料为42SiMn(调质硬度210240HBS)6。1)齿形角选用EN刀盘，则=202)大端端面模数根据强度与类比法确定m=43)齿数比由传动关系可知，齿数比=221nz4)确定齿数由机械设计手册表13-3-11和实际空间得z=17，z=z=217=34.因为z和z1211最好无公因数，取z=33，则实际传动比=2.06225)分锥角tan=0.4857=255423=645371357126)分度圆直径28d=mz=417=68mmd=mz=433=132mm127)锥距RR=77.82mm（4-1sin2d36）8)齿宽bb=()R=22mm4139)假想平面齿轮齿数ZcZ=36.68mm（4-c2sinz37）10)参考点锥距RpR=R0.415b=77.820.41522=68.69mm(4-38)11)小端锥距RiR=Rb=77.8222=55.82mm(4-39)i12)齿宽中点螺旋角m取=35，小齿轮右旋，大齿轮左旋。13）初定参考点螺旋角/p=0.914（+6）=0.914（35+6）=37.4735（4-/pm40）14)选择铣刀盘由机械设计手册图13-3-10，根据=37.5，R=68.69mm,查得标准刀盘半径/ppr=44mm，对应的螺旋角=40，由表13-3-19得Z=4b/pw2915)选择刀片型号由机械设计手册图13-1-11和表13-3-19，根据Z=38.91mm,=37.5,确定c/p选用EN4-44刀盘时用3号刀片r=1972mm.2216)参考点法向模数mpm=2=2=2.708（4-p2ZrRcp2491.387641）17)参考点实际螺旋角p=0.7670（4-pcRZm269.8137042）=3955p18）齿高hh=2.15m+0.35=2.152.708+0.35=6.17mm（4-p43）19)铣刀轴倾角由=7.13和=3955，查机械设计手册图13-3-12得=79hrb17.64pmax218所以=020）高变位系数x因为Z=1716，所以x=x=011221）齿顶高hah=(1+x)m=(1+0)2.708=2.708mm（4-1a1p44）30h=(1+x)m=(1+0)2.708=2.708mm2a2p22）齿根高hfh=hh=6.172.708=3.462mm（4-1f1a45）h=hh=6.172.708=3.462mm2f2a23)切向变位系数xtx=0.02（4-1t50-46）x=-x=-0.02(4-47)2t1t24）齿顶圆直径dad=d+2hcos=68+22.708cos255423=72.87mm(4-48)11d=d+2hcos=132+22.708cos64537=134.37mm2a2a225)外锥高AkA=Rcos-hsin(4-49)1k1a1=77.82cos2554232.708sin255423=68.816mmA=Rcos-hsin2k21a2=77.82cos645372.708sin64537=32.143mm26)安装距31按结构确定A=88mm,A=72mm1227)支承端距HH=AA=8868.82=19.18mm(4-50)11kH=AA=7232.14=39.86mm2228)大端螺旋角查机械设计手册图13-3-16，由=3955，=1.13,查得=4854pPR69.82729）弧齿厚ss=m(+x)=4(+0.02)=6.36mm(4-51)12costan1x1t24.3costan0s=ms=3.1446.36=6.2mm(4-52)1将以上数据列表如下：表4.2中央螺旋传动锥齿轮主要参数表项目主动齿轮从动齿轮齿数z=171z=332大端模数（mm）Me=4Me=4齿形角=20=20螺旋角及旋向=35（右）m=35（左）m分锥角=2554231=645372高度变位系数x=0x=0切向变位系数x=0.021tx=-0.022t32大端分度圆直径d=68mm1d=132mm2全齿高h=6.17mmh=6.17mm齿顶高h=2.708mm1ah=2.708mm2a齿根高h=3.462mmfh=3.462mmf参考点法向模数m=2.7081pm=2.7082p齿宽b=22mmb=22mm大端锥距R=77.82mm1R=77.82mm2小端锥距R=55.82mmiR=55.82mmi齿顶圆直径d=72.87mm1ad=134.37mm2a外锥高A=68.816mmkA=32.143mmk安装距A=88mm1A=72mm2支承端距H=19.18mmH=39.86mm大端螺旋角=48541=48542弧齿厚s=6.36mms=6.2mm4.4.2锥齿轮校核计算T=9550=9550=4.6Nm(4-53)1nP120.58F=135N(4-54)t1d2.641)齿根弯曲疲劳强度计算直齿锥齿轮的弯曲疲劳强度可以近似地按照平均分度圆处的当量圆柱齿轮进行33计算。=(4-55)F)5.01(RSaFtbmYK式中：K载荷系数K=KKKK(4-56)AV查机械设计教材表10-2得使用系数K=1；查机械设计教材图10-8得动载系数K=1.15；V查机械设计教材表10-3得齿间载荷分布系数K=1.1；查机械设计教材表10-4得齿向载荷分布系数K=1.1。K=KKKK==1.39AV齿形系数查机械设计教材表10-5得=2.97FaYFaY应力校正系数查机械设计教材表10-5得=1.52SS锥齿轮传动的齿宽系数取=0.33RR=11.53MpF)3.051(422973.a查机械设计教材图1020（C）得=400MpFaF所以齿根弯曲疲劳强度足够，能保证安全2）齿面接触疲劳强度计算=5Z(4-57)HEudKTRR312)5.0(34式中：Z弹性影响系数查机械设计教材表10-6，Z=188MpEEa锥齿轮传动的齿宽系数取=0.33RRu传动比u=2=5188=5.94MpH268)5.031(.04932a查机械设计教材图10-21（d），=525MpHa所以齿接触疲劳强度足够，能确保安全4.5车架的设计计算车架是构成整个清扫机的重要组成部件，清扫机的各个方面的性能都直接或间接的被车架所影响，影响着清扫机的操纵性、稳定性以及其他性能。车架的材料、尺寸、结构决定了清扫机的整体性能。车架结构设计如下图所示：35图4.6车架结构设计图车架的前后支撑选用Q235冷拔无缝矩形钢管2520无缝矩形钢管。车架