智能拖地机机械结构设计（含CAD图纸、UG三维模型和文档资料）
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智能拖地机机械结构设计（含CAD图纸、UG三维模型和文档资料）,智能,拖地,机械,结构设计,CAD,图纸,UG,三维,模型,文档,资料
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编号： 毕业设计（论文）说明书题 目： 智能拖地机机械结构设计 院 （系）：专 业：学生姓名：学 号：指导教师： 职 称：题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 摘 要本毕业设计设计了一个小型手推式拖地机，适用于楼道走廊，家庭等场所。拖地机首先由动力装置，传动装置，拖地装置组成。动力装置通过带轮传动，使主轴旋转，通过安放在主轴上的锥齿轮改变方向，带动带轮传动，从而让拖地机前面两个拖地圆盘逆时针转动，进行拖地工作。其次，通过装在主轴一端的带轮带动轴旋转，安装在轴上的滚刷机构再次清理前面拖地圆盘工作过的地面，且把垃圾收集到后面的垃圾箱里。至此，完成所要求的功能和任务。本毕业设计中，通过图书馆，互联网查阅，搜集了大量的资料，对不同的设计结构方案进行了对比，分析并最终确定了一种比较理想的好的设计方案，然后根据已确定方案进行机构的设计计算，确定各个零部件尺寸和相应型号，对其进行校核以确保满足设计要求。设计的零部件相对的比较简单，实用，且方便制造，所以其成本较低，是一种比较经济实惠的小型手推式拖地机。关键词：拖地机；成本。AbstractThe graduation project designed a small hand-push mopping machine for the corridor , home and other places. Mopping machine is made of the power device, transmission device, and mopping device . Power device makes spindle rotated by changing the direction of the spindle is mounted on a bevel gear device and drive pulley, so that the front of the machines two mop devices rotate counterclockwise, drag to work. Then,though spindle make spindle start to rotate, brush mechanism is mounted on the shaft again clean worked ground and collect the rubbsh.So the graduation project completes the required functions and tasks. Through libraries, Internet access, the graduation design collect a lot of information and compares different design projects.Finally determine a ideal project.According to the projiet,I collect different sizes of component and the make sure to meet the design requirements. The graduation design is simple, practical, and easy to manufacture, so the cost is affordable.Keywords : mopping machine ; costs.IV目 录引言11 总体方案的设计31.1 方案设计的技术要求31.2 总体方案的确定32 相关零件的计算52.1 蓄电池的选择52.1.1池蓄电分类52.1.2选用蓄电池型号62.1.3蓄电池性能62.2 电动机的选择72.2.1电动机选择方法72.2.2电动机的种类和特性72.2.3齿轮减速电动机的选72.2.4齿轮减速电动机的分类和特点82.2.5齿轮减速电动机优点82.3电动机功率计算93 拖地机结构设计103.1 传动比分配103.2 带轮的结构设计103.2.1 电动机和轴之间带轮的设计计算103.2.2 轴轴之间带轮的设计133.2.3轴和轴之间带的设计计算（一）163.2.4 轴和轴之间带的设计计算（二）193.3 锥齿轮的设计计算223.3.1第一对直齿锥齿轮的设计计算223.3.2第二对直齿锥齿轮的设计计算263.4 主轴的设计计算293.4.1主轴的结构设计293.4.2主轴的校核303.4.3 键的选择333.4.4键的校核333.5轴承的设计计算343.5.1轴承的选择343.5.2轴承的校核343.5.2轴轴承校核353.5 车架的设计374 结论39谢 词41参考文献42第 43 页 共 44页桂林电子科技大学毕业设计（论文）说明书用纸引言拖地机是用来清理道路，走廊等场所的一种设备。按照用途不同可以分为家庭拖地机，道路拖地机等。目前，拖地机工作主要是靠人力自己完成，体力消耗大，效率低下，安全系数不高。由于先进的拖地车，造价高，费用大，维修更换零部件困难等原因，因此普遍使用拖地车有一定的难度和困难。为了解决人力自己拖地消耗力大，效率低下，安全性不高及维修更换的问题；拖地车费用高，难度大等问题提出了一种新型的小型手推式拖地机。本毕业设计所设计的新型拖地机工作效率高，适用于走廊，狭窄的小巷，街道，可供多方面的使用，在推行过程中方便快捷且环保。在目前快速发展的市场中，该产业的发展以大型拖地机械为主体，在清洁，拖地设备，机械产业中，除了大型拖地机械外，还应包括面对家庭等用户所使用的小型拖地机设备。目前，在国内，小型的拖地设备市场长期以来处于星轨空挡的状态之下，在国外，小型拖地机的使用已经很普遍了。在我国目前各方面发展状况下，一方面，对于人们平常拖地的方式，费力气，累，不符合人机和谐一致的原理；另一方面，拖地机的使用中有作用和效果的产品售价较高而不符合大多数家庭的经济承受状况。社会在急速的发展，人们对于生活方式便利性的要求也越来越高，传统的拖地方式必然且一定会发生改变。性能特点：（1）电动作业，无废气排放，保护环境；（2）体积小，转弯灵活，易于操作，适合大多数地方使用；（3）扫地拖地于一体，方便快捷，减少劳动力；（4）拖地效果好，先扫后托，干净清洁；（5）机械化作业效率高，机械所到之处一拖而净，而且避免人工操作缺陷；国内发展状况及发展趋势:当前在我们国家，拖地机的相关技术水平还是比较滞后的，处于相对低下的位置，尤其实在关键技术上，为尽快提高拖地机的相关技术，追赶上其他技术先进的国家，但是在这过程中不能污染环境，所以拖地机结构设计必须找到一个正确的发展方向。随着社会各方面进一步的发展，设计人员不再纯粹满足的拖地机这一种功能，还应更进一步强调多方面，多层次要求，现存的市场对于多方面的要求还是空白，所以急需相应的产品来满足人们的需求。近年来，国内外拖地机械发展较快。国内有许多厂家引进了国外先进拖地机工作装置，加工装置的生产技术，与国内相关技术相结合，大大提高了国产拖地机的技术性能。国内拖地机技术现状在二十世纪中期的时候，我国许多生产厂家便开始投入大量资金进行研究，由于刚开始研究，所以它的功能不是很完善，人机工程做的不是很好，市场上很难满足普通大众的需求，无人问津，卖不出去。过了一段时间后，国内相关科研机构，生产厂家，加大了拖地机的研发力度。擦地机的发展起步较晚，拖地机，机电一体化程度相对国外比较落后，80年代以后，国内拖地机采用国外先进技术在提高，如液压技术，电业操作等技术。而作为机电一体化技术的核心技术，计算机技术以及直接制约和影响技术反战的传感检测在国产拖地机上几乎没有应用，大大制约了国内拖地机的发展水平。国内拖地机的发展将是一个课题，针对国内拖地机的现状进行技术改造，针对不同的工作环境对拖地机进行相应的设计和改造，使其更加适应时代的发展和人们的需求。在之前的技术基础之上进行设计，将拖地机型变得简单轻便，外观更加美观，降低拖地机的重量，提高拖地机的使用寿命，减少噪声，降低成本，是拖地机更加人性化，人们使用更方便，拖地机是中国广阔的前景。设计的主要内容：本课题通过应用CAD软件技术对拖地机进行结构设计，使其能实现拖地等功能。为人们分担家务清洁琐事，创造整洁干净的生活及工作环境，提高人们的生活质量。另一方面是进一步提升专业技能，为踏上工作岗位做好准备。本课题的主要工作内容有以下几点：（1）收集关于拖地机产品的相关知识，了解现有关拖地机产品的结构、功能；（2）熟悉拖地机的工作原理及过程；（3）查阅相关资料，熟悉机械设计，机械设计基础，机械零件加工，工程力学，工程制图与毕业设计相关的学科内容知识；（4）熟练掌握计算机辅助设计软件；（5）对拖地机设计方案进行详细规划及分析，反复对方案进行论证，逐步进行修改及优化；（6）利用计算机及相关软件完成拖地机的结构设计；（7）利用计算机及相关软件完成拖地机相关机构的各种参数计算（功率的计算与电池电源的选用）和分析；（8）完成拖地机相关零件材料的选用及其工艺分析；毕业设计要求:本毕业设计课题需要掌握机械产品设计、机械设计基础、机械零件加工工艺、工程力学、工程制图等相关知识及计算机辅助设计技能。本课题需要提交的数据资料及要求主要有以下几点：（1）设计方案的规划及分析对比必须在毕业设计说明书中体现出来；（2）智能拖地机产品结构设计要合理，提交合理、完整的3D模型；（3）智能拖地机相关机构的各种参数计算和分析并提供结果；（4）零部件装配正确合理，并提供干涉分析结果； 1 总体方案的设计1.1 方案设计的技术要求:动力装置：传统的动力装置已经不符合当今时代的主流，即低碳，环保的主体，取而代之的是清洁，环保，无污染的装置，并且本本毕业设计中输出的功率不是特别大，因此，本毕业设计中选用蓄电池，满足设计技术和使用要求。传动装置：尽量多的运用大学所学过的知识，如机械设计，机械原理，机械制图等，故设计中传动装置选用齿轮，带轮，轴，轴承，键等零件，计算方便，真正学会用知识，学以致用。其他装置：设计的其他零部件要与以上所设计的装置合理的配合，正确的装配，以满足设计任务书所需要功能，并容易于制造，成本较低，且安全可靠。1.2 总体方案的确定:根据设计任务书要求和实际的工作条件，最终想到了三种设计方案，如下：方案一：通过电动机转动带动皮带，使轴转动，安装在轴上的锥齿轮改变方向，带动轴转动，通过装在轴上的带轮，带动小车前面的转动圆盘旋转，转动圆盘下面装有毛刷，从而达到对地面拖地的功能，且小车近似设计成对称结构，提高了效率。图1-1 方案一三维模型方案二：通过电动机转动带动皮带，使轴开始转动，安装在轴末端上的小带轮开始转动，通过皮带，使轴开始转动，轴上安装有滚动圆柱，上面带有毛刷，且接触面积比较大，拖地效率好。图1-2 方案二三维模型方案三：通过电动机转动带动皮带，使轴开始转动，安装在轴上下两对的锥齿轮改变传功方向，使轴开始转动，再通过装在轴上的带轮，带动小车前面的两个转动圆盘旋转，转动圆盘下面转动毛刷，进行拖地，且再通过安装在轴末端的小带轮转动，通过皮带，使轴开始转动，轴上安装有滚动圆柱，上面带有干净毛刷，对前面的滚动圆盘拖过的地面擦干，功能更加好。图1-3 方案三三维模型经分析方案一，方案二，方案三的优缺点，结合实际情况，综合考虑，选用方案三作为本毕业设计设计方案。2 相关零件的计算2.1 蓄电池的选择:2.1.1蓄电池分类：（1）铅酸蓄电池优点：铅酸电池最多。这个电池的价位很合理，被大多数人接受，且在全球我国是这种电池最大的生产者之一。其中含有污染的成分比较少，可回收性好，重复使用性好。 缺点：铅蓄电池不足之处在于它的重量和体积和其他蓄电池相比是比较大的。目前铅酸蓄电池基本上是浮动式电池的发展。浮充电池不适用于快速充电和放电电流，虽然花了很多精力和能量，提高生产相关的技术人员，并进入实际应用阶段，但是其使用寿命还是非常不理想的。 （2）锂离子电池 优点：在与上面所述电池同样的容量下，锂离子电池的重量是比较小，它的比容比镍氢电池提高了一个档次，这样满足各层次人们的需求，各个行业就都可以使用了。而且锂离子电池整个使用时间都是比比镍氢电池使用时间长。目前大多数手机生产商的手机电池几乎都是应用这类型的电池。 缺点：锂电池内阻比较大，动态使用问题有时会发生当电池完全放电的感情问题的汽车在尾车。锂离子电池是在电池放电状态爆炸，最重要的是，与手机电池单电池的使用，通过保护电路的匹配很好用的，基本上杜绝了电池爆炸的问题。但在拖地车上应用，必须要使用串连蓄电源组，而串连电源组的避危电路的复杂难度要远远超过一个电池的避危电路，并且其加工使用成本也相应的提高。到现在为止，一个较好的锂离子电池的避危电路的价格与锂离子电池自身价钱差不多。 （3）镍镉电池优点：镉镍电池电流特性优于镍氢电池的耐过充性能，比镍氢电池做好的，我们中国是镍镉电池生产国，有人提出镉污染的问题，我们中国仍然有一个很多的产品出口到欧洲镍镉电池及相关应用，欧洲在2006开始限制。根据中国中央电视台广播新闻，神舟五号是使用镍镉电池。这是因为其相对的高可靠性等优点，引用的电池仍然是这个品种的在航空航天设备应用。因此，拖地车在这方面的镉镍电池退出应用程序，是否有一些过早？但镉镍电池和充电器的成本费用明显低于镍金属氢化物电池，只要回收过程中做的好，电这种池应保留。（4）镍氢电池 优点：镍氢这种电池比是第一种所述的电池比容要上升一个高度，这种电池的使用时间也是比其他电池使用时间长，这其中各方面的特性也是比第一种电池的好。缺点：镍氢电池的应用，还存在一些实际的问题，比如：不小心让电池连续不间断的充电，就会导致电池内部发生变化，使得镍氢电池失效，不能正常的使用。因此，我们国家生产的电池，不仅要满足平常人们使用要求，还应注意安全性方面。但是这些问题却还没有让相关部门和厂商注意到。所以，镍氢的电池发展收到较大程度的制约。 （5）聚合物锂电池 优点：锂聚合物电池爆炸的杀伤力比锂离子电池小。 缺点：但是，也存在着一些危险性的可能，因此安全性也是和锂离子电池一样需要我们时刻注意。 （6）锌空电池 优点：大比容的锌空电池、在世界上以污染小，环保而著称。电池采用手动替换的方法，换下电池上的旧锌板，采用新的，这样更换一次锌板可用行驶于160公里到220公里。上海率先在全国开展了的锌空气电池的应用，许多热电网点被建立，开创了电动车用锌空气电池的应用先例。 缺点：到目前为止还没有在上海以外的地方进行相应的测试，和使用成本也是一个铅酸电池的数十倍。如果，更进一步扩大其应用的范围，可能进一步降低使用成本的可能。2.1.2选用蓄电池型号： 拖地机电池的应用需求过程中，质量使用相对较轻，可以充电和放电，对身体有害的气体绝对不能排除，且对环境无污染。因此，在这次毕业设计中，获取相关信息，用铅酸电池，选择类型：3-Q-90 ,有关的性能如下： 端电压4.5V ，启动容量22.5使用寿命为充放电1500 次 放电深度90% 外形尺寸：长宽高=130mm80mm80mm 此蓄电池的外形图如下：图2-1 蓄电池2.1.3蓄电池性能：（1）将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池；（2）安全，可靠，能量密度大；（3）污染，噪声小，不会对环境带来危害；（4）比能量，比功率大；（5）原材料易得，加工便宜；（6）可循环充电，使用的寿命较长；（7）输出的功率能满足设计要求；2.2 电动机的选择：2.2.1电动机选择方法：（1）电机参数：首先要明白的是电机的规格，绝缘，保护型的功能特性，额定电流，额定电压，额定电源频率等。这些内容可以让用户对保护装置的正确选择提供参考依据； （2）环境条件：环境温度，振动，主要指的是冷的，腐蚀，高温，高空，风度，电磁污染； （3）电机用途：主要根据设计内容，结构进行拖地机电动机的选择，如输出功率不是很大，体积，质量轻； （4）控制方式：手动控制模式，自动，遥控，局部控制，对生产线的控制重点，单独立操作等。（5）启动方式：直接，逆变器，星角，软启动，频敏变阻器； （6）其他方面：用户对现场生产监护管理的情况，非正常性停机对生产影响的严重程度等；2.2.2电动机的种类和特性：（1）按工作电源分类：可以分为直流电动机和交流电动机。 （2）按结构及工作原理分类：可分为直流电动机，交流电动机，异步电动机和同步电动机；在移动设备和配套相应的电池更经常使用的电机是直流电机和步进电机。直流电动机：直流电动机拥有调速机能优秀、起动简易、能够载重起动等长处，因此当前直流电动机的利用规模依然很广泛，尤其是在可控硅直流电源出现以后。步进电动机：电机停转的时候具有最大转矩，具有优良的停转和反转相应，较宽调速范围，可靠性高，很好的位置精度和运动的重复性。本次毕业设计的手推式拖地机的工作环境比较简单，控制简单，运行比较稳定，所以选择一个直流电机。2.2.3齿轮减速电动机的选择减速电动机是由减速机和电机（马达）组成的集成体，从而结合而成的机器才能叫减速电动机，这种集成体一般可以称之为齿轮马达或齿轮电动机。而减速电动机一般是由专业的减速电动机生产厂家进行集成拼装后成套的生产。电动机运用很广泛，可用于钢铁职业，机械职业等。减速电动机的运用，相对于其他的驱动部件来说，最大的好处是简化部件，节约了空间。图2-2 齿轮减速电动机2.2.4齿轮减速电动机的分类和特点：减速电动机首先可分为以下这几种种类：螺旋锥齿轮减速电机、大功率齿轮减速电机、YCJ系列齿轮减速电机、平行轴斜齿轮减速电机、同轴式斜齿轮减速电机等。减速电动机的特点首先具有以下的几点：（1）减速电动机是传动行业里的技术智慧结晶，具有很高的科技成分；（2）新型的齿轮减速电动机不仅节约空间，安全可靠，而且能承受一定的过载能力，功率能够满意客户的需求；（3）新型的齿轮减速电动机能量消耗低，性能优量；（4）新型的齿轮减速电动机震动小，噪音低，节能高，且选用了优质锻钢料，刚性铸造的铁箱体；（5）精细加工，包括定位精度，这一切构成了齿轮传动总成的齿轮减速电动机装配了各种类电动机，形成机电一体化，彻底包括了各类产物的运用；（6）减速电动机采用了模块化、系列化的设计，具有很广泛的适应性。而且同时可组合成其他多种电动机、装置方位和布局计划、可按实际需要挑选任意的转速和各种不同布局方式；2.2.5齿轮减速电动机优点：（1）减速电动机相结合国际技术要求制造，具有较高的科技含量；（2）节约空间，可靠性高，承受过载能力强，功率可以达到95KW以上；（3）能耗相对低，性能强，减速电动机效率可以高达95%以上；（4）节能高，振动小，噪音低，选用优质的钢材料，钢性铸铁箱体，齿轮表面经过高频的热处理；（5）经过精密机械加工，确保其定位的精度，这所有一切构成了齿轮传动组成的齿轮减速电动机相应配置了各类电动机，形成机电一体化，从而完全保证了产品使用的质量特征；（6）产品拥有了模块化、系列化设计的思想，具有广泛的适应性，一系列的产品有很多的电动机组合、安装位置和结构的方案，可按实际的需要从而选择任意转速和各种结构的形式；2.3电动机功率计算：拖地机拖地材料选择纤维布，设拖地圆盘受力约为：=60N，转速n1=60 r/min。滚筒毛刷受力约为： =120N，转速n2=60 r/min。拖地圆盘转矩： = =600.2=12 Nm所需要的功率：=75W拖地圆盘到锥齿轮间用带传动，设传动效率为90%。横放锥齿轮轴的功率为：= /=7590%=83.33W锥齿轮间的传递效率为95%竖放锥齿轮的功率为：= /=83.3395%=87.72W滚筒处的轴的转矩为： = =1200.3=36Nm滚筒处的功率为： =226.18W滚筒到主轴I用带传动，传递效率90% = / =226.1890%=251.31W电动机到轴用皮带传动，设传递效率为90%电动机的输出功率为： P=(2+)/ =(287.72+251.31) 90%=446.24W由于拖地机工作时速度为60 r/min，故选用12V500W低速齿轮电动机。3 拖地机结构设计3.1 传动比分配电动机轴到轴之间的总传动比为： 9分配各级传动比，设电动机到轴的传动比i=3轴到轴的传动比i=3电动机到拖地圆盘之间的总传动比：9电动机到轴的传动比由上面可得为：i=3锥齿轮在本设计中起转变方向的作用，故传动比设计为：i=1横放锥齿轮到拖地圆盘之间的传动比为：i=33.2 带轮的结构设计3.2.1电动机和轴之间带轮的设计计算（1）确定计算功率P表8-7查得工作情况系数=1=10.446kw=0.446kw（2）选择普通V带的带型根据=0.446kw 、=500r/min由表8-4a选用Z型。（3）确定带轮的基准直径并验算带速初选小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取=22 mm验算带速。按中式（8-13）验算带的速度：=0.19m/s计算大带轮的基准直径得i=3=322=66mm圆整化为=88mm。（4）确定V带的中心距a和基准长度初定中心距=245mm.计算所需的基准长度 663mm选带的基准长度=630mm计算实际中心距a230mm（5）验算小带轮上的包角（6）计算带的根数计算单根V带的额度功率。由=22mm和=500r/min，得：=0.09kw 根据=500r/min，=3和Z型带，得：=0.01kw。 查表8-5得：=0.92查表8-2得：=1.06于是，=()=(0.09+0.01) 0.921.06=0.9kw计V带的根数。Z= =0.5 由此可知，取1根即可。（7）计算单根V带的初拉力的最小值取Z带的单位长度质量=0.06kg/m，所以=231N应使带的实际初拉力。（8）计算压轴力压轴力的最小值为=2z=2231=411.2N表3-1 V带相关参数带型基准直径/mm带速v/m/s基准长度包角V带根数最小压轴力/NY22800.19230150o1411.2（9）带轮结构设计带轮的材料由于电动机的转速不是很高，故选用HT150型。带轮的结构形式V带轮由轮缘、轮辐、和轮毂组成。根据V带根数Z=1，小带轮基准直径=22，大带轮基准直径=80，小带轮选择实心式，大带轮选择腹板式。V带轮的轮槽V带轮的轮槽与所选用的V带的型号相对应；V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面的夹角发生变化。为了使V带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合，将V带轮轮槽的工作面的夹角做成小于40度，选择38度。V带轮的技术要求铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进行修补；转速高于极限转速的带轮要做静平衡，反之要做动平衡。表3-2 轮槽的截面尺寸槽型bdeminY8.52.07.0120.37385.5大带轮参数计算轮毂宽度： 由于 所以，查参考文献7表53得：取轮毂宽度为L=19mm 查，腹板厚度：所以，取S=C/=6mm轮毂孔径d及d1:查表153可知：若使用40Cr的轴，则孔径可取d=34mm，毂的公差带可选D10，d2=1.820mm=34.2mm，取d2=35mm，键的宽度b=8mm。查表810得；最小轮缘厚度min=5.5mm,取得轮缘的厚度为=5.5mm小带轮参数计算轮毂宽度： 由于 所以，查表53得：取轮毂宽度为L=19mm3.2.2轴轴之间带轮的设计计算（1）确定计算功率P由表8-7查得工作情况系数=1=10.226kw=0.226kw（2）选择普通V带的带型根据=0.226 kw 、=167r/min由表8-4a选用Z型（3）确定带轮的基准直径并验算带速初选小带轮的基准直径由页表8-6和表8-8，取=35mm验算带速按页式（8-13）验算带的速度：=m/s=0.31m/s计算大带轮的基准直径得i=3=335=105mm圆整为=100mm。（4）确定V带的中心距a和基准长度初定中心距=150mm.计算所需的基准长度 500mm由选带的基准长度=500mm计算实际中心距a150mm（5）验算小带轮上的包角（6）计算带的根数计算单根V带的额度功率。由=35mm和=167r/min，得：=0.36kw 根据=167r/min，=3和Z型带，得：=0.03kw 查表8-5得：=0.92查表8-2得：=1.06于是，=()=(0.36+0.03) 0.921.06=0.38kw 计V带的根数。= 由此可知，取1根即可。（7）计算单根V带的初拉力的最小值 由参考文献1表8-3得：Z带的单位长度质量=0.06kg/m，所以=30.5 应使带的实际初拉力。（8）计算压轴力压轴力的最小值为=2z=233=63.75N表3-3 V带相关参数带型基准直径/mm带速v/m/s基准长度包角V带根数最小压轴力/NZ351000.31150150o133（9）带轮结构设计大带轮的材料由于皮带的转速不是很高，故选用HT150型。带轮的结构形式V带轮由轮缘、轮辐、和轮毂组成。根据V带根数Z=1，小带轮基准直径=35，大带轮基准直径=100，小带轮选择实心式，大带轮选择腹板式。V带轮的轮槽V带轮的轮槽与所选用的V带的型号相对应；V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面的夹角发生变化。为了使V带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合，将V带轮轮槽的工作面的夹角做成小于40度，选择38度。V带轮的技术要求铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面 缺陷进行修补；转速高于极限转速的带轮要做静平衡，反之要做动平衡。表3-4 轮槽的截面尺寸槽型bdeminZ8.52.07.0120.37385.5大带轮参数计算轮毂宽度：由于所以，查参考文献7表53得：取轮毂宽度为L=19mm查，腹板厚度：所以，取S=C/=6mm轮毂孔径d及d1:查表153可知：若使用40Cr的轴，则孔径可取d=19mm，毂的公差带可选D10，d1=1.820mm=34.2mm，取d1=35mm，键的宽度b=6mm。查表810得；最小轮缘厚度min=5.5mm,取轮缘厚度取=5.5mm小带轮参数计算轮毂宽度：由于 所以，查表53得：取轮毂宽度为L=19mm3.2.3 轴和轴之间带的设计计算（一）（1）确定计算功率P由表8-7查得工作情况系数=1=10.083kw=0.083kw（2）选择普通V带的带型根据=0.083 kw 、=167r/min由表8-4a选用Z型（3）确定带轮的基准直径并验算带速初选小带轮的基准直径由表8-6和表8-8，取=36mm验算带速。按式（8-13）验算带的速度：=m/s=0.31 m/s计算大带轮的基准直径得i=3=336=102mm圆整为=100mm。（4）确定V带的中心距a和基准长度初定中心距=300mm计算所需的基准长度 800mm选带的基准长度=800mm计算实际中心距a300mm（5）验算小带轮上的包角（6）计算带的根数计算单根V带的额度功率由=36mm和=167r/min，得：=0.36kw 根据=167r/min，=3和Z型带，得：=0.03kw。 查由表8-5得：=0.92查由表8-2得：=1.06于是，=()=(0.36+0.03) 0.921.06=0.38kw计V带的根数z= 由此可知，取1根即可。（7）计算单根V带的初拉力的最小值取Z带的单位长度质量=0.06kg/m，所以=30.5 应使带的实际初拉力。（8）计算压轴力压轴力的最小值为=2z=233=63.75N所以表3-5 V带相关参数带型基准直径/mm带速v/m/s基准长度包角V带根数最小压轴力/NZ361000.31300150o163.75（9）带轮结构设计带轮的材料由于皮带的转速不是很高，故选用HT150型。带轮的结构形式V带轮由轮缘、轮辐、和轮毂组成。根据V带根数Z=1，小带轮基准直径=36，大带轮基准直径=100，小带轮选择实心式，大带轮选择腹板式。V带轮的轮槽V带轮的轮槽与所选用的V带的型号相对应；V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面的夹角发生变化。为了使V带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合，将V带轮轮槽的工作面的夹角做成小于40度，选择38度。V带轮的技术要求铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进行修补；转速高于极限转速的带轮要做静平衡，反之要做动平衡。表3-6 轮槽的截面尺寸槽型bdeminZ8.52.07.0120.37385.5大带轮参数计算轮毂宽度：由于所以，取：取轮毂宽度为L=19mm查由，腹板厚度：所以，取S=C/=6mm轮毂孔径d及d1:查由表153可知：若使用40Cr的轴，则孔径可取d=20mm，毂的公差带可选D10，d1=1.820mm=34.2mm，取d1=35mm，键的宽度b=6mm。查由表810得；最小轮缘厚度min=5.5mm,取轮缘厚度取=5.5mm小带轮的计算轮毂宽度：由于所以，查参考文献7表53得：取轮毂宽度为L=19mm3.2.4 轴和之间带的设计计算（二）（1）确定计算功率P由由表8-7查得工作情况系数=1=10.083kw=0.083kw（2）选择普通V带的带型 根据=0.083 kw 、=167r/min 由由表8-4a选用Z型（3）确定带轮的基准直径并验算带速初选小带轮的基准直径 由由表8-6和表8-8，取=36mm验算带速。按由式（8-13）验算带的速度：=m/s=0.31 m/s计算大带轮的基准直径得i=3=336=102mm圆整为=100mm。（4）确定V带的中心距a和基准长度初定中心距=300mm.计算所需的基准长度 800mm选带的基准长度=800mm计算实际中心距a300mm（5）验算小带轮上的包角（6）计算带的根数计算单根V带的额度功率。由=36mm和=167r/min，得：=0.36kw 根据=167r/min，=3和Z型带，得：=0.03kw 查表8-5得：=0.92查表8-2得：=1.06于是，=()=(0.36+0.03)0.921.06=0.38kw计V带的根数= 由此可知，取1根即可。（7）计算单根V带的初拉力的最小值 取Z带的单位长度质量=0.06kg/m，所以=30.5 应使带的实际初拉力。（8）计算压轴力压轴力的最小值为=2z=233=63.75N表3-7 V带相关参数带型基准直径/mm带速v/m/s基准长度包角V带根数最小压轴力/NZ361000.31300150o163.75（9）带轮结构设计带轮的材料由于皮带的转速不是很高，故选用HT150型。带轮的结构形式V带轮由轮缘、轮辐、和轮毂组成。根据V带根数Z=1，小带轮基准直径=36，大带轮基准直径=100，小带轮选择实心式，大带轮选择腹板式。V带轮的轮槽V带轮的轮槽与所选用的V带的型号相对应；V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面的夹角发生变化。为了使V带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合，将V带轮轮槽的工作面的夹角做成小于40度，选择38度。V带轮的技术要求铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进行修补；转速高于极限转速的带轮要做静平衡，反之要做动平衡。表3-8 轮槽的截面尺寸槽型bdeminZ8.52.07.0120.37385.5大带轮参数计算 轮毂宽度： 由于 所以，取得：取轮毂宽度为L=19mm 查，腹板厚度： 所以，取S=C/=6mm 轮毂孔径d及d1:查表153可知：若使用40Cr的轴，则孔径可取d=20mm，毂的公差带可选D10，d1=1.820mm=34.2mm，取d1=35mm，键的宽度b=6mm。查表810得；最小轮缘厚度min=5.5mm,取轮缘厚度取=5.5mm小带轮的计算轮毂宽度： 由于所以，查参考文献7表53得：取轮毂宽度为L=19mm图3-1 带轮三维结构3.3 锥齿轮的设计计算3.3.1第一对直齿锥齿轮的设计计算（一）：寿命为5年（每年按300天计算）传动功率：P锥=P3=0.0870.980.98=0.084kw锥齿轮用于转换方向: （1）选择齿轮材料和精度等级查表10-1选择齿轮材料为45号调质钢，大小齿轮都选择硬度为250HBS。等级为8级。选齿轮齿数：取Z锥1=Z锥2=17， 传动比：U=1，转速：n锥=167 r/min（2）按齿面接触疲劳强度设计由齿面接触疲劳强度设计公式d1t 进行计算。选载荷系数Kt=1.6计算小齿轮传递的转矩 T1=9.55106 =9.551060.084/30=26740Nmm表选取齿宽系数 确定弹性影响系数查表10-6得ZE=189.8 确定区域载荷系数标准直齿圆锥齿轮传动ZH=2.5由公式10-13计算应力循环次数。N1=60n1jLh=601671(283005)=2.4N2=60n2jLh=601671(283005)=2.4查图10-19曲线得接触疲劳强度寿命系数 KHN1=0.93 ， KHN2=0.93查图10-21d得接触疲劳强度极限应力Hlim1= 600MPa ， Hlim2=600MPa计算接触疲劳许用应力取失效率为1%，安全系数Sh=1.0.MPaMPa由接触强度计算小齿轮的分度圆直径d1t =83.2 mm材料的弹性影响系数锥齿轮传动的齿宽系数 直齿锥齿轮的载荷系数u 齿数比许用接触应力计算齿轮的圆周速度齿轮的使用系数载荷状况以均匀平稳为依据查表10-9得KA=1.0dm1=d1(1-0.5)=83.2(1-0.50.3)=70.72mm由图10-8查得KV=1.0取KHa=KFa=1.0取轴承系数=1.10所以可得 =1.51.10=1.65接触强度载荷系数 =1.01.01.01.65=1.65按实际的载荷系数校正分度圆直径84.5mm模数：m= =4.97取标准值m=6.5则计算相关的参数： d1=z1m=176.5=110.5mm d2=z2m=176.5=110.5mm 锥距：=110.5=78mm圆整并确定齿宽 圆整取b2=25 mm ，b1=25mm（3）校核齿根弯曲疲劳强度确定弯曲强度载荷系数 =1.01.01.01.65=1.65计算当量齿数：=24=24查表10-5得=2.65 =2.65=1.58 =1.58计算弯曲疲劳许用应力：由图得弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.83, KFN2=0.83取安全系数 SF=1.4由图（10-20c）FN1=440 MPa , FN2=440 MPa按脉动循环变应力确定许用弯曲应力-=MPa=260.86MPa=MPa=260.86MPa校核弯曲强度：根据弯曲强度条件公式进行校核： =75.2 =75.2满足弯曲强度，所选参数合适。大小锥齿轮各参数详情参见以下列表: 表3-9 锥齿轮参数名称代号参数小齿轮大齿轮分锥角齿顶高mm齿根高mm分度圆直径dmmmm齿顶圆直径mmmm齿根圆直径mmmm锥距RR=mm齿根角顶锥角根锥角顶隙c分度圆齿厚s当量齿数齿宽B，这里取B=253.3.2第二对直齿锥齿轮的设计计算寿命为5年（每年按300天计算）传动功率：P锥=P3=0.0870.980.98=0.084kw锥齿轮用于转换方向: （1）选择齿轮材料和精度等级查表10-1选择齿轮材料为45号调质钢，大小齿轮都选择硬度为250HBS。等级为8级。选齿轮齿数：取Z锥1=Z锥2=17， 传动比：i=1，转速：n锥=167 r/min（2）按齿面接触疲劳强度设计由齿面接触疲劳强度设计公式d1t 进行计算。选载荷系数Kt=1.6计算小齿轮传递的转矩 T1=9.55106 =9.551060.084/30=26740Nmm选取齿宽系数 确定弹性影响系数得ZE=189.8 确定区域载荷系数标准直齿圆锥齿轮传动ZH=2.5由公式10-13计算应力循环次数。N1=60n1jLh=601671(283005)=2.4N2=60n2jLh=601671(283005)=2.4查参图10-19曲线得接触疲劳强度寿命系数 KHN1=0.93 ， KHN2=0.93查图10-21d得接触疲劳强度极限应力Hlim1=600MPa，Hlim2=600MPa 计算接触疲劳许用应力取失效率为1%，安全系数Sh=1.0.MPaMPa由接触强度计算小齿轮的分度圆直径d1t =83.2 mm材料的弹性影响系数。锥齿轮传动的齿宽系数。 直齿锥齿轮的载荷系数。u 齿数比。 许用接触应力。计算齿轮的圆周速度齿轮的使用系数载荷状况以均匀平稳为依据查表10-9得KA=1.0dm1=d1(1-0.5)=83.2(1-0.50.3)=70.72mm由图10-8查得KV=1.0取KHa=KFa=1.0取得轴承系数=1.10所以由公式得 =1.51.10=1.65接触强度载荷系数 =1.01.01.01.65=1.65按实际的载荷系数校正分度圆直径84.5mm模数：m= =4.97取标准值m=6.5则计算相关的参数： d1=z1m=176.5=110.5mm d2=z2m=176.5=110.5mm 锥距：=110.5=78mm圆整并确定齿宽圆整取b2=25 mm ，b1=25mm（3）校核齿根弯曲疲劳强度确定弯曲强度载荷系数 =1.01.01.01.65=1.65计算当量齿数：=24=24查参考文献1表10-5得=2.65 =2.65=1.58 =1.58计算弯曲疲劳许用应力：由图得弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.83, KFN2=0.83取安全系数 SF=1.4由图（10-20c）FN1=440 MPa , FN2=440 MPa按脉动循环变应力确定许用弯曲应力-=MPa=260.86MPa=MPa=260.86MPa校核弯曲强度：根据弯曲强度条件公式进行校核： =75.2 =75.2满足弯曲强度，所选参数合适。大小锥齿轮各参数详情参见以下列表：表3-10 锥齿轮参数名称代号参数小齿轮大齿轮分锥角齿顶高mm齿根高mm分度圆直径dmmmm齿顶圆直径mmmm齿根圆直径mmmm锥距RR=mm齿根角顶锥角根锥角顶隙c分度圆齿厚s当量齿数齿宽B，这里取B=25图3-2 锥齿轮三维结构3.4 主轴的设计计算：3.4.1 主轴的结构设计：（1）材料的选择：选45钢调质处理，查表15-3取=110.（2）最小直径的确定： 初步选轴的最小直径为19mm。（3）采用如下图所示的装配方案：图3-1 主轴装配图（4）确定主轴的各段直径和长度 为了满足轴向定位要求，I-II轴段的右端须设计一轴肩进行定位，故II-III轴段的直径为23mm，长度为35mm，I-II轴的左端用轴端挡圈进行定位，取挡圈直径为28mm。使V带轮绕轴进行转动，为保证轴端挡圈只压到带轮上，故采用I-II轴直径19mm，长度为20mm。 选择滚动轴承。因为轴承同时受到轴向和径向的力的作用，所以所选轴承依据其工作情况而定，根据III IV轴段的直径为30mm，初选深沟球轴承6202，其基本尺寸为dDB=23，故III IV轴段的直径为23mm，长度为17mm。右端轴承用阶梯轴进行轴向定位，用端盖进行右端定位。 安装齿轮处的轴端VVI的直径为30mm，齿轮的左端用挡圈进行轴向定位，右端用一套筒进行定位，同时，套筒右端定位带轮。已知带轮的L=16mm，为了便于套筒端面可靠地压紧，此轴段应略短于轮毂宽度，故采用VIVII轴段的长度为15mm，直径为34mm。带轮的右端采用阶梯轴进行定位，故取VIIVIII轴段的长度20mm，直径为38mm为了满足右端齿轮轴向定位要求，采用阶梯轴形式，且右端齿轮的右边用挡圈进行定位。在和之间的轴承右端用轴承端盖进行定位。 带轮和直齿锥齿轮与轴的的定位采用平键链接，查机械手册可得：圆头平键的齿轮分别为： bb10b键槽用铣床加工，同时为了保证带轮，锥齿轮和轴有良好的对中性，故选择与轴的配合为H7/n6，圆锥滚子轴承与轴的配合采用过度配合，轴的尺寸公差为h6.图3-3 主轴三维结构装配图3.4.2 主轴的校核进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采用相应的计算方法，并恰当的选取其需用应力。对于仅仅承受扭矩的轴，应按扭转强度条件计算；对于只承受弯矩的轴，应按弯曲强度条件计算；对于既承受弯矩又承受扭矩的轴，应按弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。此外，对于顺势过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生过量的塑形变形。（1） 计算轴上的力和力矩，如下表：表3-11 力和力矩参数载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T（2）按弯扭合成应力校核轴的强度校核该轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取轴的抗弯截面系数： w= =4776.3式中： d-轴的直径 t-键槽深度 b-键槽宽度轴的计算应力：前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表15-1得。因此，故安全。图3-4 轴的载荷分析图图3-5 轴的载荷分析图3.4.3键的选择带轮和直齿锥齿轮与轴的的定位采用平键链接，查机械手册可得：圆头平键的齿轮分别为：bb10bb 键槽用铣床加工，同时为了保证带轮，锥齿轮和轴有良好的对中性，故选择与轴的配合为H7/n6，圆锥滚子轴承与轴的配合采用过度配合，轴的尺寸公差为h键的校核装在主轴上的部件，需用键进行周向定位和传递转矩。由前面相关计算和轴的计算，可知，各轴颈的直径，可选出键的bh，再根据轴颈和轮毂长度，参考L系列，选取键长L值。（1）单圆头普通平键，bhL=6614材料为钢，由表6-2查得许用挤压应力 MPa= =40 MPa 故满足强度要求。（2）单圆头普通平键，bhL=10814材料为钢，由表6-2查得许用挤压应力MPa= =19.8MPa 故满足强度要求。（3）单圆头普通平键，bhL=10812材料为钢，由表6-2查得许用挤压应力MPa = =19.3MPa 故满足强度要求。（4）单圆头普通平键，bhL=10814材料为钢，由表6-2查得许用挤压应力MPa= =19.8MPa 故满足强度要求。3.5 轴承的设计计算3.5.1轴承的选择轴支架轴承校核根据轴的直径，查文献3，可知：选择轴承代号6206的轴承，其尺寸为dDT=30mm62mm16mm 3.5.2轴轴承的校核（1）求两轴承所受的径向载荷和 由上表得：= =（2）求两轴承的计算轴向力和对于6205型轴承，查得e=0.36,Y=1.7。轴承派生轴向力，Y是对应的Y值。取=1.7=116.45N，=1.7 =125.12N（3）计算轴承当量动载荷因此， 对轴承1：X=0.4 Y=1.7 对轴承2：X=0.4 Y=1.7可查得fp=1.0 式中： -载荷系数（4）验算轴承寿命因为，所以按轴承2的受力大小验算 式中： n-轴承转速 C-额定动负荷预期使用寿命，所以：故所选轴承满足寿命要求。（5）滚动轴承的润滑 润滑方式的选择滚动轴承的润滑方式，通常根据速度因数dn值（d为轴承内径，n为轴承工作转速）来选择。因为dn均小于（23）105mmrmin-1，所以，选择脂润滑。 润滑剂的选择滚动轴承的润滑剂，取决于轴承类型、尺寸和运转条件。从使用角度，润滑脂具有使用方便，不宜泄漏等特点。故目前大部分滚动轴承用润滑脂润滑。查得，由于连续工作温度可能略高，但是工作环境较好，比较干燥，所以，选择钠基润滑脂（温度较高（120o）、环境干燥的轴承）润滑脂的选择要考虑轴承工作温度、dn界限值和使用环境，查文献7表1312，选择3号钠基润滑脂（轴承工作温度40o80o，dn80000 mmrmin-1,使用环境干燥）。3.5.2轴轴承校核（1）做出轴的弯矩图和扭矩图，如图所示：表3-12 轴的力和力矩参数载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T按弯扭合成应力校核轴的强度校核该轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查得。因此，故安全。根据轴的直径，可查得，可知：选择轴承代号6204的轴承，其尺寸为dDT=20mm47mm14mm（2）求两轴承所受的径向载荷和 由上表得：= =（3）求两轴承的计算轴向力和对于32905型轴承，查得e=0.32,Y=1.88。轴承派生轴向力，Y是对应的Y值。因为外加轴向载荷为0，且，所以=53.9N。（4）计算轴承当量动载荷因此， 对轴承1：X=1 Y=0 对轴承2：X=0.4 Y=1.88按查得fp=1.0 （5）验算轴承寿命因为，所以按轴承1的受力大小验算预期使用寿命，所以：故所选轴承满足寿命要求。（6）滚动轴承的润滑 润滑方式的选择滚动轴承的润滑方式，通常根据速度因数dn值（d为轴承内径，n为轴承工作转速）来选择。因为dn均小于（23）105mmrmin-1，所以，选择脂润滑。 润滑剂的选择滚动轴承的润滑剂，取决于轴承类型、尺寸和运转条件。从使用角度，润滑脂具有使用方便，不宜泄漏等特点。故目前大部分滚动轴承用润滑脂润滑。查得由于连续工作温度可能略高，但是工作环境较好，比较干燥，所以，选择钠基润滑脂（温度较高（120o）、环境干燥的轴承）润滑脂的选择要考虑轴承工作温度、dn界限值和使用环境，查表1312，选择3号钠基润滑脂（轴承工作温度40o80o，dn80000 mmrmin-1,使用环境干燥）。3.5 车架的设计车架是整个拖地小车的重要载体，其他一切零件必须安装在车架上，在车架上定位，装配，可以说，没有车架这个结构就没有小车。由于本毕业设计设计的拖地小车是面向走廊等一些较小的场所，所以要保证其尺寸不能太大，灵活，方便，快捷的特点。且要满足一下要求：（1） 质量尽可能的轻；（2） 车架表面耐磨；（3） 车架表面疲劳极限高；（4） 满足足够的刚度要求；（5） 生产容易；故设计的小车车架结构如图所示：图3-6 车架三维结构现在的车架都用了不同于最早的材料，种类很多，譬如现在很多车架都是用铝合金做的，最早的是钢做的，但是特别的重。简单地说，现在发展的趋势是追求质量轻，人们都正在寻找在相同强度和塑形条件下更轻的材料来作为车架及其零部件。铝合金车架的优点 （1）可以制作重量轻的车架 铝的比重有点轻但是不够硬，为了增强其强度把它制成合金并施予相应的热处理。热处理采用时效析出增强的放法，一般来说，在金属的内部形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时，会引起时效析出，若没有经过这个过程的车架，也会引起常温时效。也就是说把车架放置在房间内也会相应逐渐变强。 许多铝合金制车架是用6061T6材料来制造的。T6标志表示经过了热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2左右，或者1/5的程度。 另外，7005合金也是常用来制造车架，但是它在常温下也能进行足够的时效处理的材料。这种材料也可用Padded加工制成薄形料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量较低，因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是这种类型的。 （2）长时间使用外观不怎么变化 铝是很容易受到腐蚀的金属，在空气中几乎不存在没有被氧化的铝，放置在空气中的铝会马上被氧化而形成很薄的氧化膜。但是为什么不生锈呢？原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈，即在铝表面形成致密的氧化膜。该氧化膜几乎是无色的，因此外观上不容易发现铝变化(有时会发白)。 另一方面，用这种材料制造的车架时，用的次数越多，应力发生的次数也相应高，强度也显著发生变化。近些年来为了谋求质量轻，许多车架使用薄形料来制作(薄的程度已达到极限)。这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作车架的，到底长时间使用后强度变化将是如何的呢？Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有喷丸硬化加工(KET处理)的管道，这种加工的目的是延长疲劳极限的寿命。根据已经公开的数据，能提高140%。，KET处理是：疲劳破坏、是在金属表面上所发生的裂缝为起因，因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。 铝合金车架的缺点：（1） 铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道，或者改变形状如cross-over管、padded管等。 （2）需要进行热处理 需进行热处理，否则其强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力来购买热处理设备。尤其是6000系
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