33-2-手推式自动洗地机的设计（全套含CAD图纸）【含三维SW】
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本科毕业论文（设计） 手推式自动洗地机的设计 学 院小三号黑体居中（下同）专 业学 号学生姓名指导教师提交日期年 月 日手推式自动洗地机的设计摘 要目前，各式各样的手推式自动洗地机越来越多应用于人们的生活中，从事着与人们生活息息相关的服务工作，极大地提高和改善了人们的生活质量。随着现代化社会加速推进，人们生活水平大幅提高，一个多功能洗地机或许将是你最好不过的贴心朋友！该车可用于家庭、办公室及一些小型娱乐场所用来清洗小体积垃圾，如烟蒂，瓜子皮，纸屑等。本文主要介绍了目前国内外清洗手推式自动洗地机的研究现状以及手推式自动洗地机的结构设计和程序设计。总体来说，手推式自动洗地机的研究已经很深入了但还是存在不足。清洗手推式自动洗地机结构主要包括行走结构、清洗结构。关键词：手推式自动洗地机；运动原理；结构设计 IVAbstractCurrently, a wide range of push-type automatic washing machines used in more and more peoples lives, in the lives of people and services, greatly enhance and improve the quality of life of people. With the modernization of society accelerating, peoples living standards greatly improved, a multi-function washing machine will probably be your best, but a close friend! The car can be used for home, office and some small entertainment for cleaning small volume of waste, such as cigarette butts, melon leather, paper and the like. This paper describes the current domestic and international push hand washing automatic washing machine research status and push-type automatic washing machine structure design and programming. Overall, the research push automatic washing machine has been very thorough, but there is still a shortage. Wash hands push automatic washing machine structure includes walking structure, clean structure.Keywords: hand push automatic washing machine; the principle of movement; structural design目录本科毕业论文（设计）I手推式自动洗地机的设计I第1章 前言11.1 选题的研究现状11.2 国内外研讨现状31.3 研究的目的和意义61.4 设计的重点和难点7第2章 手推式洗地机总体方案设计82.1 手推式洗地机的总体方案82.2 手推式洗地机传动系统方案82.2 手推式洗地机清洗系统方案92.4 其它部分方案102.4.1材料选择102.4.2 轮的润滑问题112.4.3 轴承的润滑问题112.5 本章小结11第3章 手推式洗地机传动系统设计123.1 手推式洗地机电动机的选择123.2 直齿轮副的设计计算163.2.1 齿面接触疲劳强度计算183.2.2 齿根抗弯疲劳强度验算213.2.3 齿面静强度计算223.2.4 齿根（抗弯）静强度验算233.3 锥齿轮副的设计计算233.3.1 基础尺寸确定243.3.2 确定载荷系数K253.3.3 齿面接触疲劳强度计算263.3.4 齿根抗弯疲劳强度计算273.4 中心轴管的受力分析283.5 中心轴管的强度校核303.6 键的校核313.7 轴承的校核323.3 本章小结34第4章 手推式洗地机清洗系统设计354.1 清洗机器清洗部分设计374.1.1 盘刷设计374.1.2 滚刷设计394.1.3清洗部分所用弹簧的设计404.2 内空心轴设计474.3 清洗机主机滚轮的设计484.6 本章小结48结论49感谢50参考文献5151第1章 前言目前，各式各样的手推式自动洗地机 越来越多应用于人们的生活中，从事着与人们生活息息相关的服务工作，极大地提高和改善了人们的生活质量。室内智能洗地机器人就是在这种背景下诞生的一种家庭服务机器。 随着现代化社会加速推进，人们生活水平大幅提高，但工作压力也越来越大，下班回来不想再干繁重的家务，此时，一个多功能垃圾洗地机 或许将是你最好不过的贴心朋友！该车可用于家庭、办公室及一些小型娱乐场所用来清洗小体积垃圾，如烟蒂，瓜子皮，纸屑等。当我们工作一整天之后，拖着疲惫的身体回到家中却看到地上满是垃圾，这会让我们感到更加的疲累，不过只要家里有了清洁手推式自动洗地机，这种情况就不会发生。当我们外出工作的时候，手推式自动洗地机就可以把家里打扫的干干净净，当我们回到家里的时候就会有一种伤心悦目的感觉，全身的疲惫都会一扫而空。本次的论文就是关于手推式自动洗地机的设计。1.1 选题的研究现状1. 自从1904年英国人发明了第一台洗地机，至今为止洗地机的发展历史已有近百年。而后日本、美国、德国、英国等国家就开始了洗地机的批量生产。目前，国外先进的洗地机都在不断地提高智能水平。国外洗地机 现状：国外洗地机 由于有几十年的发展史，加之基础零部件可靠性高，因此都有一个共同的特点，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。目前，国外在洗地机 器人的研究领域完成了许多工作，取得了一定成果，如日立、松下、三星等世界著名公司都已开发出智能吸尘机器人。国内洗地机 现状：在国内，各大科研机构和高等院校也都开始自动洗地机 的研究。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，与香港中文大学合作，联合研制开发出一种全方位移动洗地机 器人。浙江大学于1999年初对智能机器人进行研究，两年后便成功研制出国内第一个具有初步智能的自主吸尘机器人。虽然我国研制出的洗地机 在品种规格上和使用性能上已基本能满足国内各种需求，但是国产产品存在外形单调、功能单一、操作不方便、清洗效率低等问题。德国 Kaercher 公司生产的RC3000是世界上第一台能够自主完成家庭地面打扫工作的清洁手推式自动洗地机1，如图1-1 所示，这款手推式自动洗地机的内部装有芯片控制系统以及光电传感器，一旦手推式自动洗地机在清洗过程中检测到杂物的存在，它就可以随机的改变行进的方向，继续进行打扫，一直到打扫工作彻底完成。当电源电压不足时，它会自主地返回充电站进行充电。在这款手推式自动洗地机的内部一共设置了四种清洁程序，手推式自动洗地机会根据环境的不同来选择最合适的程序进行打扫。在手推式自动洗地机的内部装有光敏传感器，当手推式自动洗地机打扫到距离楼梯或者台阶的边缘很近的时候，传感器就可以检测到楼梯和台阶的存在，然后手推式自动洗地机就会自动远离，这就避免了手推式自动洗地机可能发生的跌落以及因跌落造成的损伤。跟着经济的开展和社会进步，大家对生计质量的需要愈来愈高，交通快捷也越来越变成社会开展的迫切需要，高等级公路以空前的速度开展，路途的打扫和保洁也越来越遭到有关部分的注重，多年来构成的人工打扫的格式明显已不习惯中国高等级公路开展的客观需要，人工打扫粉尘飞扬，严峻影响清洗工人的身体安康，也不可避免的形成环境的二次污染：公路车辆的高速行进对清洗工人的生命安全形成潜在要挟，这就需要我有必要敏捷开展清扫机械，只要这样才干满意敏捷开展的高等级公路的客观需要，使大家日子在洁净安康的环境中，这也是人类二十一世纪高品质日子的必定需要。因而对中国打扫车概略和开发机型的讨论有着十分重要的含义从20世纪60时代中国研制出产路面打扫机械开端（指大型打扫机的研制），已有40多年的出产前史，可是中小型打扫机的研制开发则刚刚起步。有关于发达国家，中国地上打扫机在出售规划、技术水平、打扫作用等方面都存在必定的距离。跟着公共环境卫生、工厂清洗机械商场的迅猛开展，2005年之后，国内地上打扫机开端出现疾速开展的态势。但与国外比较，国内还停留在商场的初级开展期间。中国已逐渐进入现代化社会，陈腐、落后的打扫办法及设备，已不能满意社会进步的需要。关于自动化洗地用具，大家常见的是马路上的洗地车，它能进行大面积大街打扫、作业功率高，并且节省人力。可是，小面积区域的打扫东西还首要沿袭传统手艺洗地东西：扫帚，作业功率低、打扫作用不行抱负、糟蹋人力资源。而作业功率高的省时省力的庞然大物洗地车在比方厂区、居住小区、机关、校园、医院、小街冷巷、走廊等场所，确是英雄无用武之地。跟着现代日子节奏的加速及居住面积的增大，家居地上的打扫作业也越来越深重，严峻搅扰了大家的日子。因而急需开发一种本钱低、节省人力物力、打扫作用杰出的习惯院子、小区、冷巷、走廊等小区域场所的小型打扫设备。1.2 国内外研讨现状国内打扫车的开展阅历进程如下；第一期间，20世纪60时代，中国研制出纯扫式打扫车，因纯扫式打扫车有功用差、质量差、外观差，打扫作用差等缺点，加之又受限于其时中国的体系和其时城市环卫部分的经济状况，故只要少量大城市运用纯扫式打扫车。直至20世纪80时代末，建造部长沙建造机械研讨院规划出中国第一台吸扫式打扫车。它以其纯扫式打扫车无可比拼的优势，进入中国的大中城市。如今，在中国打扫车商场中，吸扫式打扫车占有率为95%以上。第二期间，20世纪晚期，是中国打扫车开展最快的期间，打扫车的运用不但从大中城市扩展到小城市，高速公路，并且不少企业、居民小区也选用打扫车进行路面打扫。商场需要的敏捷胀大，各种类型和各种标准的吸扫式打扫车不断涌现。当前，中国打扫车大都为2t8t汽车底盘改装，这种打扫车转场速度快，合适于大面积、远距离打扫，常用于城市主干道、城乡结合部、高速公路的路面打扫作业。这些年，跟着打扫车商场的扩展，对打扫车的用户需要也在发生变化，中小全液压打扫车选用单台发动机传动，油耗低；行进无级变速，打扫作用好，打扫功率高；驾驶室视界好等长处，备受用户喜爱，格外对错城市大街和非公路打扫车用户。不少打扫车出产公司也开?了专用底盘的中小型全液压打扫车，多种标准的中小型全液压打扫车投放了商场。第三期间，2000年之后，国内路面打扫商场开端出现疾速开展的态势。长沙中标公司、天津洗地王公司等专业出产厂家，均获得了较好的开展势头。随之而来三一重工股份有限公司等其它公司也开端进路面打扫车的研制和出产，并取得了较好的开展。当前，国产路面打扫车的种类标准、运用功用已能根本满意国内的需要，商品标准从2t到8t。与国外比较，大型商品所占份额不大，商品种类较少，量也较低。当前，许多国家研制的清洗机器人应时而生。日本，美国，欧洲各大厂商竞相开发，有些商品乃至很超前。例如，有一种具有高效吸尘除灰功用的清洗机器人，可遥控也可自主运作，能转向，逃避障碍物，有很高的有用价值，可对家居、厂矿公司等地上进行清洗，协助大家从冗杂的劳作中解放出来。在国外清洗设备的拥有率和洗衣机简直适当，乃至要高（有共用洗衣房，专业洗衣店的原因）。在这方面，国内的研制脚步较慢，可是跟着国家城市化的进程不断加大和经济的开展，许多新式的中小城市正在兴起，城市化规划不断扩展，现代化的工厂不断建成，机关、小区、医院、校园和公共场不断建造机械化打扫现已变成一种必定，地上的清洗维护及工厂清洗出产现已越来越重要。劳作力本钱的不断提高，打扫设备的商场前景日渐看好。手推式自动洗地机本身的扁平结构，极大地方便了手推式自动洗地机的清洗，一些我们平常不容易打扫的地方，对手推式自动洗地机而言，却可以很轻松地完成，如图1-2.图 1-1 RC3000 和充电站 图 1-2 RC3000 清洗工作图 “三叶虫”诞生于英国，这是一款问世较早但功能强大的吸尘器，如图1-3所示。它内部装有超声波探测器，可以迅捷地探测到障碍物的存在并绕开能够自由穿梭清洗，同时可以自主的设计出最优行走路线；这款手推式自动洗地机能够分三个档位来工作：正常、快速和点清理；当手推式自动洗地机的垃圾盒被垃圾充满之后，手推式自动洗地机就会发出警报；如果用户有些地方不需 “三叶虫”打扫，只要贴上特制的磁带就能够限制手推式自动洗地机的打扫范围。“三叶虫”的电源是可充电的，电量充满之后手推式自动洗地机大概可以持续工作1个小时。图1-3 伊莱克斯的“三叶虫”2002年9月清洁手推式自动洗地机“Roomba”在美国面世，它的重量大约是2千克，直径30英寸2。这款手推式自动洗地机拥有高度的自主工作能力，它体积较小，因此能够轻松地把房间内各个角落的垃圾打扫干净。当 “Roomba”进行打扫的时候，动作不会太快但是打扫的效果却很好，在主人外出之前，可以设定手推式自动洗地机进行自主工作，当打扫完成之后，手推式自动洗地机就会自主切断电源，进入待机状态，如图1-4所示：图1-4 美国“Roomba”清洗手推式自动洗地机国内现状：1999 年初，浙江大学机械电子研究所开始进行智能吸尘手推式自动洗地机的研究，两年后设计成功国内第一个具有初步智能的自主吸尘手推式自动洗地机，与苏州TEK 公司合作研发，到2003 年系统在自主能力和工作效率上都有了显著提高1。手推式自动洗地机工作之前，需要先进行环境探测，从而决定清洗时间；然后，计算出效率高的清洁路径；在打扫完成之后，手推式自动洗地机就会自动返回充电站充电。不过因为系统在进行升级，所以并没有产品进入市场。之后国内推出了手推式自动洗地机KV8，这款手推式自动洗地机防跌落，可以自主清洗，同时价格便宜。但是这款手推式自动洗地机没有充电站，只能靠人工进行充电。国内众多品牌清洁手推式自动洗地机中，科沃斯手推式自动洗地机是比较出名的。市场上平均卖出3台清洗手推式自动洗地机，当中有2台就是科沃斯的。科沃斯清洁手推式自动洗地机利用涡轮增压系统提高手推式自动洗地机的清洗动力，从而使得手推式自动洗地机打扫房间的质量得到保障。这款手推式自动洗地机能够自主选择最佳清洁模式；具有防碰撞，防跌落的设计；预约定时，自动充电，让智慧清洁有始有终。图1-5 科沃斯洗地手推式自动洗地机1.3 研究的目的和意义 如今社会的发展越来越迅速，生活节奏也越来越快，人们身上的压力也越来越大，所以很少有人会在工作一天后还愿意打扫自己的房间。这就使得清洁手推式自动洗地机有了广大的市场。但是现在市场上存在的手推式自动洗地机质量好的一般价格也比较昂贵，希望通过这次设计，可以降低手推式自动洗地机的生产成本，使得手推式自动洗地机能够进入更多人的生活当中。1.4 设计的重点和难点本文主要是对 的结构进行设计和材料的计算。关于清洁手推式自动洗地机清洗机构的设计是本次设计当中的重点，本文需要介绍手推式自动洗地机的各种功能以及实现该功能的原理。 第2章 手推式洗地机总体方案设计2.1 手推式洗地机的总体方案根据手推式洗地机清洗作业的要求，机器人首先必须具备清洗作业功能和控制功能，此外手推式洗地机还必须在地面进行吸附和移动。主机主要由箱体，支撑架，防护罩，刷子，电机，齿轮传动系统等组成。使刷子压紧，产生一定的清洗压力，通过电机带动刷子转动，达到清洗的目的。 主机有一悬吊支撑架，其外侧与悬吊系统相连，可调吸附系统安装在悬吊支撑架背后，吸附系统可通过调节螺旋浆转速控制清洗力，悬吊支撑架通过一圆导轨和箱体（其上安装两盘两滚）相连，所有的清洗装置均安装在该箱体上，清洗系统由固定在悬吊支撑架上的步进电机通过齿轮传动系统执行以90为单位的转动动作以实现横洗和纵洗的转换。箱体上有两个圆盘形清洗刷，盘刷底部都有十二个清洗液喷射孔，另有两圆柱形滚刷，在其行走前方有清水喷射孔，并安装一软质刮水板，以使清洗过的部位快速风干并避免留下来的清洗液腐蚀地面。箱体上还有一电机通过锥形齿轮将转动传到其中一个盘型清洗刷上，再通过齿轮传动系统将转动传递给另一盘刷，所以两盘刷转动方向相反，可以达到更好的清洗效果，圆柱形滚刷是由电机尾部的轴通过V带驱动的。在悬吊支撑架上有防护罩，防止清洗液四溅。2.2 手推式洗地机传动系统方案 通过电动机带动一对锥齿轮实现换向，然后通过齿轮啮合传递给另外一组毛刷机构。2.2 手推式洗地机清洗系统方案根据以上提出的技术性能及要求，初步确定清洗方案如下：第一种：结构简图如图2.1：由于受到地面地面材料的影响较大，一般情况下，每两块瓷砖之间都有45毫米的缝隙，密封不可靠。 图2.1 结构一 图2.2 结构二第二种：结构简图如图2.2：这种方案采用了风压式压紧，盘滚组合式清洗，清洗效率高，可靠性高，可以采用。但由于中间传动的需要，结构不对称,风扇的中心与刷子的中心不重合，清洗压力不均匀，中心不稳定，容易引起震动问题。但可以考虑配重问题。第三种：结构简图如图2.3：图2.3 结构三这种方案吸取了第二种方案的优点，传动的改变，使振动的问题减小，机体尺寸减小。2.4 其它部分方案2.4.1材料选择根据课题要求，总体重量越轻越好，由于使用清洗液，耐腐蚀性能也要好而且此产品是轻载荷，故材料首先选用铝合金材料及非金属材料。整个及其涉及到齿轮减速器的地方，齿轮的材料经过筛选与比较采用聚甲醛（均聚），见金属机械加工工艺人员手册P.244。本机的各个传动轴均采用硬质合金LY11。螺旋桨材料选用尼龙66 (聚己二酰己二胺)。机架的材料采用铝合金。其他机件的选择根据通常材料在重量最轻原则下进行确定。2.4.2 轮的润滑问题由于齿轮的材料已确定为聚甲醛，据机械工程手册（第二版）2-369，其工作要求少润滑或无润滑，。故不考虑齿轮的润滑问题。2.4.3 轴承的润滑问题大空心轴的转速较低为400r/min,鼓起润滑方式应为脂润滑，润滑脂为钙机润滑脂。注：以上润滑脂的选择见非标准设备设计手册P.582。2.5 本章小结本章确定了设计手推式洗地机的总体方案。根据作业环境，对机器人从清洗系统、爬壁系统和控制系统三大方面进行设计，选型和参数的确定。最后请教导师对设计的方案进行校正，以确定设计的可行性和稳定性。第3章 手推式洗地机传动系统设计3.1 手推式洗地机电动机的选择为电力拖动系统进行合适的电机选择。才能保证系统可靠工作和经济地运行。下文简要介绍电机选择的一般内容。电机选择的主要包括如下内容。 1.类型的选择选择哪种电机类型,一方面要根据生产机械对电机的机械特性、起动性能、调速性能、制动方法、过载能力等方面的要求;另一方面，还要从节省初期投资、减少运行费用等经济方面综合分析。在对起动、阅速等性能没有特殊要求的前提下，优先选用三相异步笼型电机。2. 功率的选择选择电机的翻定功率时，应使所选的电机额定功率等于或梢大于生产机械所需要的功率.既不能过载.也不能长期轻载。可采用类比法、统计法、实验法、计算法等确定。3.电压的选择 交流电机额定电压应选择和供电电网的电压一致.井结合电机顺定功率考虑。直流电机的额定电压也要与电源电压相配合，常用110 V或220 V。大功率直流电机可提高到600 - 800 V共至1000V。当采用晶闸管整流装置供电时，可选用专门为其配套设计的直流电机.其电压有功率等级160 V (Z3型),180 V,340 V(Z2型)及440 V (Z2 ,Z3型)。 4.转速的选择 根据生产机械的转速和传动方式.通过经济技术比较后确定电机的额定转速。额定功率相同的电动机额定转速越高，则电动机体积、重夏和造价越低，一般飞轮矩GD也越小，因此选用高速电动机较为经济。但生产机械速度一定.电动机转速越高.则传动机构传动比越大，机构越复杂.传动损耗越大。因此.要综合考虑上面诸因术后才能确定电机的额定转速。 5.外形结构的选择 电机常用的外形结构有开启式、防护式、封闭式、密封式、防爆式。开启式电机定子两侧和端盖上开有很大的通风孔。它散热好、价格便宜，但容易进灰尘、水滴和铁渭等杂物.只能在清洁干燥的环境中使用;防护式电机的机座下面有通风口。它散热好、能防止水滴、沙粒和铁屑等杂物溅人或落人电动机内，但不能防止潮气和灰尘浸人.适用于比较干燥、没有腐蚀性和爆炸性气体的环境;封闭式电机的机座和端盖完全封闭.它又分自冷式、自扇冷式、他扇冷式、竹道通风式及密封式等。前四可用在潮湿、多腐蚀性灰尘、易受风雨浸蚀等环境中，第五种可浸在液体中使用.如潜水泵等;防爆式电机在封闭式基础上制成隔爆形式，机壳有足够强度.适用于易燃易爆气体的场所.如矿并、油库、煤气站等。选择电机的外形结构时，应选择合适的防护形式. 6.安装形式的电机选择 目前生产的电机的安装形式主要有:B3(卧式安装，机座带底脚.端盖上无凸缘)B5(卧式安装，机座不带底脚.端盖上有凸缘)B35(卧式安装.机座带底脚.端盖上有凸缘)V1(立式安装.机座不带底脚，端盖上有凸缘)。 每种又分单轴伸出和双轴伸出两种。应根据电动机在生产机械中的安装方式选择电动机的安装形式。一般情况选用卧式，立式价格较高，只用于简化传动装置又必须垂直运转时，如立式深井泵等。 7.工作制的电机选择 根据生产机械要求.选样工作制与实际工作方式相当的电机比较经济。 8.型号的电机选择根据上述各项的结果，选择电机的型号和生产厂家。考虑到该机构工作所需功率不大，初步采用估算的方法，拟采用Y90L-4电动机。查机械设计课程设计手册得：选择，其铭牌如下表2-1：表2-1 Y系列三相异步电动机电动机型号额定功率 KW满载转速 r/min堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩质量 KgY90L-41.5同步转速1500 r/min,4级14402.22.227 （a）（b） 图2-3 电动机的安装及外形尺寸示意图表2-2 电动机的安装技术参数中心高/mm外型尺寸/mm L（AC/2+AD）HD 底脚安装尺寸AB地脚螺栓 孔直径K轴伸尺寸DE 装键部位尺寸FGD90515 345 315216 1781238 8010 433.2 直齿轮副的设计计算电动机驱动的闭式直齿圆柱齿轮传动，标称功率P=1.5kW,小齿轮转速n1=1500r/min，传动比i=4.1许有4%的误差,长时工作，预期寿命五年，每年按200天计。工作有轻微冲击，齿轮对称布置。（1） 选材料确定初步参数 依据参考文献5表5-5选材料小齿轮：40Cr调质，平均取齿面硬度为260HBS大齿轮：45钢调质，平均取齿面硬度为230HBS（2） 初选齿数 取小齿轮齿数为=32，则大齿轮齿数为：园整，为使u为除不尽的数取 =129（3） 齿数比验算传动比误差，100%=1.7%允许（4） 选择齿宽系数d和传动精度等级 查参考文献5表5-8得齿宽系数d=0.275初估小齿轮直径则齿宽齿轮圆周速度： ,查参考文献5表5-4可选择精度等级为7级,（5） 计算小齿轮转矩(5.1)定重合度系数、 (5.2)由公式(5.2)定重合度 =1.88-3.2（1/32+1/129）=1.755分别由机械设计手册(第5版)中公式得=0.865=0.25+（6） 确定载荷系数、 (5.3)1) 使用系数 由参考文献6表10-2查表，取=1.352) 动载系数 由参考文献6图10-8可查得，=1.143) 齿向载荷分布系数,由参考文献6图10-4可取=1.294) 齿间载荷分配系数、根据条件查参考文献6表10-3得 =1/ Y=1/0.677=1.485) 载荷系数 、 由公式(5.3)可算得3.2.1 齿面接触疲劳强度计算（1） 确定许用应力1) 总工作时间：2) 应力循环次数N、N由参考文献6公式(10-13)及参考文献6表10-18可计算查得：3) 寿命系数、 由机械设计手册(第5版)图8.2-17取=1 =14) 接触疲劳极限 ： 由机械设计手册(第5版)图8.2-13取=630MPa，=490MPa5) 安全系数 ： 参照机械设计手册(第5版)照表8.2-13，取=16) 许用应力、：由机械设计手册(第5版)式(8.2-15)=（2） 弹性系数： 由机械设计手册(第5版)表8.2-11，取=190（3） 节点区域系数 ： 由机械设计手册(第5版)图8.2-12，取=2.5（4） 求所需小齿轮直径 由机械设计手册(第5版)式（8.2-11）=符合初估数值（5） 确定中心距、模数等主要几何参数1) 中心距a 初算中心距园整取中心距a =200mm2) 模数m 由中心距a及初选齿数、得按标准取m=2.5mm3) 分度圆直径、=m z=2.532=80mm=m =2.5129=322.5mm 取为=320mm4) 确定齿宽 取大齿轮齿宽=b=22mm,小齿轮齿宽=32mm3.2.2 齿根抗弯疲劳强度验算（1） 求许用弯曲应力 1) 应力循环次数 由以上计算可得 2) 寿命系数、 取= =1 3) 极限应力 、 由图9-21取：=220MPa =170MPa4) 尺寸系数 由机械设计手册(第5版)图8.2-26，取=15) 安全系数 参照机械设计手册(第5版)表8.2-13，取=1.56) 许用应力、 由机械设计手册(第5版)式(8.2-20)，许用弯曲应力：=（2） 齿形系数、 由机械设计手册(第5版)图9-19，取： =2.5=2.15（3） 应力修正系数、 由机械设计手册(第5版)图9-20，取：=1.63 =1.82（4）校核齿根抗弯曲疲劳强度 由机械设计手册(第5版)式（8.2-17），齿根弯曲应力 抗弯疲劳强度足够。3.2.3 齿面静强度计算(1) 确定许用接触应力：参照机械设计手册(第5版)表8.2-13，取静强度安全系数由机械设计手册(第5版)图8.2-17，取寿命系数于是由机械设计手册(第5版)式(8.2-21)，许用接触应力（大轮较低）(2) 校核齿面静强度 根据过载条件，由机械设计手册(第5版)式(8.2-21)，齿面最大接触应力齿面静强度足够。3.2.4 齿根（抗弯）静强度验算（1）确定许用弯曲应力 参照机械设计手册(第5版)表8.2-13，取静强度安全系数由机械设计手册(第5版)图8.2-25，取寿命系数于是由机械设计手册(第5版)式(8.2-22)，许用弯曲应力（2）求最大弯曲应力并校核强度 由机械设计手册(第5版)式(8.2-22)，最大弯曲应力 静强度满足要求。带动两个盘刷的齿轮对称布置3.3 锥齿轮副的设计计算根据机械工程设计手册第二版2-369，材料选择聚甲醛（均聚），参照机械工程手册第6卷3.3.1 基础尺寸确定由小锥齿轮所传递转距为,根据图2.4-14和图2.4-15选择小齿轮大端分度圆直径为，取大端模数。则齿数： 轴交角 分锥角 外锥距：齿宽系数取0.3，则齿宽： 取b=24mm齿顶高：齿根高：齿高：大端齿顶圆直径：(5.4)齿根角：齿顶角：顶锥角：根锥角：冠顶距：确定传动的精度等级初选平均切线速度由机械设计手册(第5版)Pg159 表8.2-5，选择传动等级为8级3.3.2 确定载荷系数K使用系数,由已知条件查表8.2-9，取动载荷系数,由图8.2-6，取齿向载荷分布系数,按小锥齿轮悬臂考虑取载荷系数3.3.3 齿面接触疲劳强度计算1 确定许用应力 寿命系数,由已知条件取安全系数,参照表8.2-13，取接触疲劳极限2 弹性系数3 节点区域系数 4 小齿轮所需大端分度圆直径,由机械设计手册(第5版)式(8.2-44) 5 验算速度平均直径： 平均线速度：6 确定模数m: 3.3.4 齿根抗弯疲劳强度计算（1） 确定许用弯曲应力 1) 寿命系数2) 安全系数3) 尺寸系数4) 极限应力,取5) 许用弯曲应力（2） 齿形系数, 1) 分锥角 2) 当量齿数: 3) 由机械设计手册(第5版)图8.2-19，取,4) 应力修正系数 由机械设计手册(第5版)图8.2-20 取，5) 校核齿根抗弯疲劳强度由机械设计手册(第5版)式8.2-46 (5.5) (5.6) (5.7)三式联立求得满足要求3.4 中心轴管的受力分析1 在水平平面的支反力，由,得为负值说明方向与假设方向相反。由,得2 在垂直平面内的支反力，由图可得3 做弯矩和转矩图1）齿轮的作用力在水平平面的弯矩图齿轮的作用力在垂直平面的弯矩图由于齿轮作用力在D截面做出的最大合成弯矩2) 做转矩图3.5 中心轴管的强度校核1）确定危险截面 根据轴的结构尺寸及弯矩图，转矩图，截面B处弯矩较大，且有轴承配合引起的引力集中；截面D处弯矩最大，且有齿轮配合引起的应力集中，故属于危险截面。现对D截面进行强度校核。2）安全系数校核计算 由于该减速器机轴转动，弯矩引起对称循环的应力，弯矩引起的为脉动循环的切应力。弯曲应力幅为：式中 W抗断面系数，由机械工业出版社出版的新版机械设计手册第三卷中的表19.3-15查得由于式对称循环弯曲应力，故平均应力根据机械工业出版社出版的新版机械设计手册第三卷中的式（19.3-2）式中45钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限，由机械工业出版社出版的新版机械设计手册第三卷中的表19.1-1查得=270MPa; 正应力有效应力集中系数，由机械工业出版社出版的新版机械设计手册第三卷中的表19.3-6，并根据配合查得 =2.62； 表面质量系数，轴经车削加工，按机械工业出版社出版的新版机械设计手册第三卷中的表19-3-8查得=0.92； 尺寸系数，由机械工业出版社出版的新版机械设计手册第三卷中的表19.3-11查得=0.81.切应力幅为：式中 W抗断面系数，由机械工业出版社出版的新版机械设计手册第三卷中的表19.3-15查得由于式对称循环弯曲应力，故平均应力式中 45钢扭转疲劳极限，由机械工业出版社出版的新版机械设计手册第三卷中的表19.1-1查得=155MPa; 切应力有效应力集中系数，由机械工业出版社出版的新版机械设计手册第三卷中的表19.3-6，并根据配合查得 =1.89； ，同正应力情况； 平均应力折算系数，由机械工业出版社出版的新版机械设计手册第三卷中的表19.3-13查得=0.21.轴D截面的安全系数由式（19.3-1）确定由机械工业出版社出版的新版机械设计手册第三卷中的表19.3-5可知，S=1.31.4，故SS，该轴D截面是安全的。同理可验证输出轴也符合强度要求。3.6 键的校核键和轴的材料都是钢，由【4】表6-2查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度，键与轮榖键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：3.7 轴承的校核、轴轴承的校核轴选用的是深沟球轴承6205，其基本额定负荷为19.5KN,所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。轴传递的转矩 受力 受力 根据图3.12受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:图3.12受力分析和受力图在水平面：在水平面： 因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，【4】表13-6查得载荷系数，取，则有： 轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命 故该轴承6205能满足要求。、其他轴的轴承校核同上，均符合3.3 本章小结本章对传动部件的直齿圆柱齿轮和锥齿轮进行强度校核，使之满足传动要求。由于材料有限，设计时采用的是45号钢以取代聚乙醛，方便材料的强度计算。第4章 手推式洗地机清洗系统设计在清洗机构的设计中想到了四种方案：(1) 电机带动斜齿轮1，斜齿轮1带动斜齿轮2，斜齿轮2带动斜齿轮3，斜齿轮上的轴连接滚刷，进而实现清洗；图3-6 清洗机构一Fig3-6 cleaning agencies 1(2) 电机带动锥齿轮1，锥齿轮1带动锥齿轮2，由锥齿轮2上的轴连接滚刷，进而实现清洗；图3-7 清洗机构二Fig3-7 cleaning agencies 2(3) 电机带动蜗杆，蜗杆两端接蜗轮，两个蜗轮的轴上分别接刷子，从而实现清洗；图3-8 清洗机构三Fig3-8 cleaning agencies 3(4) 电机带动蜗杆，蜗杆两端接蜗轮，两个蜗轮分别接皮带轮，皮带轮上的轴接刷子，从而实现清洗。图3-9 清洗机构四Fig3-9 cleaning agencies 4以上5种方案通过对比以及由设计的要求所限制，最终选择方案5为清洗机构。 4.1 清洗机器清洗部分设计假设清洗速度0.2m2/s。4.1.1 盘刷设计1）盘刷采用在塑料体上在塑料毛的盘刷，其具有一定的弹性和刚度，可保证一定的压紧力来清洗地面，同时若地面有一定高度的凸出物，塑料毛有一定的弹性可以退让，顺利通过。刷子半径214，有毛半径208，刷毛长度为50，盘刷与联刷体可通过螺栓来装配连接。2）联刷体采用联刷体的目的：1 使电机与盘刷连接起来;2 使盘刷具有可换性；3 可调节盘刷与地面的距离；联刷体保证与电机连接处的强度、材料应尽量轻，其结构如图4.1：图4.1 联刷体3）盘刷的工艺性根据资料可知：刷类的刷毛是用制毛器植上的，其基本原理如下：在壳体刚注塑完时，趁着壳体还为硬化，用机械方法把刷毛植进去。把一撮毛（约四至五根）折弯，在根部装上一韧性卡子，用专门植毛机把毛插入未硬化的壳体内，卡子插入后，待壳体凝固，便把刷毛固定下来，这样整个植毛工艺就完成了。根据上述原理，盘刷也可以采用这种方法制作，其技术要求：毛孔直径：2.5mm间距：5mm孔深：10 mm每孔刷毛密度：五根滚刷原理与上面相同4.1.2 滚刷设计采用在钢轴外面加套橡胶轴套，在橡胶轴上栽刷毛的方法做成，可通过调换橡胶套的方法调换滚刷，滚刷半径为106，有刷毛部分长度为940。滚刷结构如图4.2：图4.2 滚刷为了控制的方便，减轻主机的重量，应尽量减轻电机的数量，所以盘刷、滚刷共用一双输出轴电机，中间用齿轮和V带传动；从经济的角度考虑，采用普通的三相电机，带动两盘两滚共四个清洗刷。依据实际实验，取洗刷的压强为螺旋桨工作压力为20公斤力。四个角轮 分别承受3公斤力。盘滚刷均承受两公斤力刷毛与地面的摩擦系数为0.10.2，取=0.15对盘刷求积分转矩为 : 1) 洗力矩：盘刷：两个刷子的转矩：滚刷：所需总的清洗力矩：2) 初定盘刷转速：360r/min根据清洗力矩，型号为Y2-802-6，额定功率550W,转速900r/min,平键420，保持转矩为9.8N.m(查GBM)4.1.3清洗部分所用弹簧的设计圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载时的应力及变形圆柱螺旋弹簧受压或受拉时，弹簧丝的受力情况是完全一样的。现就下图所示的圆形截面弹簧丝的压缩弹簧承受轴向载荷P的情况进行分析。 由图(图中弹簧下部断去，末示出)可知，由于弹簧丝具有升角，故在通过弹簧轴线 的截面上，弹簧丝的截面A-A呈椭圆形，该截面上作用着力F及扭矩。因而在弹簧 丝的法向截面B-B上则作用有横向力Fcos、轴向力Fsin、弯矩M=Tsin及扭矩T= Tcos。 由于弹簧的螺旋升角一般取为=59，故sin0；cos1(下图)，则截面B-B上的应力(下图)可近似地取为式中C=D2/d 称为旋绕比(或弹簧指数)。为了使弹簧本身较为稳定，不致颤动和过软，C值不能太大；但为避免卷绕时弹簧丝受到强烈弯曲，C值又不应太小。C值的范围为416(表), 常用值为58。圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析常用旋绕比C值d(mm)0.20.40.4511.12.22.567161842C=D2/d714512510494846为了简化计算，通常在上式中取1+2C2C(因为当C=416时，2Cl，实质上即为略去了 p)，由于弹簧丝升角和曲率的影响，弹簧丝截面中的应力分布将如图c中的粗实线所示。由图可知，最大应力产生在弹簧丝截面内侧的m点。实践证明，弹簧的破坏也大多由这点开始。为了考虑弹簧丝的升角和曲率对弹簧丝中应力的影响，现引进一个补偿系数K(或称曲度系数)，则弹簧丝内侧的最大应力及强度条件可表示为 式中补偿系数K，对于圆截面弹簧丝可按下式计算：圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载后的轴向变形量可根据材料力学关于圆柱螺旋弹簧变形量的公式求得: 式中：n弹簧的有效圈数；G弹簧材料的切变模量，见前一节表。如以Pmax代替P则 最大轴向变形量为： 1) 对于压缩弹簧和无预应力的拉伸弹簧： 2）对于有预应力的拉伸弹簧： 拉伸弹簧的初拉力(或初应力)取决于材料、弹簧丝直径、弹簧旋绕比和加工方法。用不需淬火的弹簧钢丝制成的拉伸弹簧，均有一定的初拉力。如不需要初拉力时，各圈间应 有间隙。经淬火的弹簧，没有初拉力。当选取初拉力时，推荐初应力0值在下图的阴影区内选取。初拉力按下式计算： 使弹簧产生单位变形所需的载荷kp称为弹簧刚度，即 弹簧初应力的选择范围弹簧刚度是表征弹簧性能的主要参数之一。它表示使弹簧产生单位变形时所需的力，刚度愈大，需要的力愈大，则弹簧的弹力就愈大。但影响弹簧刚度的因素很多，由于kp与C的三次方成反比，即C值对kp的影响很大。所以，合理地选择C值就能控制弹簧的弹力。 另外，kp还和G、d、n有关。在调整弹簧刚度时，应综合考虑这些因素的影响。（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计 弹簧的静载荷是指载荷不随时间变化，或虽有变化但变化平稳，且总的重复次数不超过次的交变载荷或脉动载荷而言。在这些情况下，弹簧是按静载强度来设计的。 在设计时，通常是根据弹簧的最大载荷、最大变形、以及结构要求(例如安装空间对弹簧尺寸的限制)等来决定弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。 具体设计方法和步骤如下: 1) 根据工作情况及具体条件选定材料，并查取其机械性能数据。 2) 选择旋绕比C，通常可取C58(极限状态时不小于4或超过16)，并算出补偿系数 K值。 3) 根据安装空间初设弹簧中径D2，乃根据C值估取弹簧丝直径d，并查取弹簧丝的许用应力。 4) 试算弹簧丝直径d 必须注意，钢丝的许用应力决定于其B，而B是随着钢丝的直径变化的,又因是按估取的d值查得B的H计算得来的，所以此时试算所得的d 值，必须与原来估取的d值相比较，如果两者相等或很接近，即可按标准圆整为邻近的标准弹簧钢丝直径d，并按D2=Cd 以求出 ；如果两者相差较大，则应参考计算结果重估d值，再查其而计算，代入上式进行试算，直至满意后才能计算D2.计算出的D2，值也要按表进行圆整。 5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： 对于有预应力的拉伸弹簧 对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 6) 求出弹簧的尺寸D、D1、H0,并检查其是否符合安装要求等。如不符合，则应改选有关参数(例如C值)重新设计。 7) 验算稳定性。对于压缩弹簧，如其长度较大时，则受力后容易失去稳定性(如下图a)，这在工作中是不允许的。为了便于制造及避免失稳现象，建议一般压缩弹簧的长细比b=H0/D2按下列情况选取： 当两端固定时，取b5.3； 当一端固定，另一端自由转动时，取b3.7； 当两端自由转动时，取bFmax 式中：Fc稳定时的临界载荷； Cu不稳定系数，从下图中查得； Fmax弹簧的最大工作载荷。 如 FmaxFc时，要重新选取参数，改变b值，提高Fc值，使其大于Fmax值，以保证弹簧的稳定性。如条件受到限制而不能改变参数时，则应加装导杆(如上图b)或导套(如上图c)。导杆(导套)与弹簧间的间隙c值(直径差)按下表(导杆（导套）与弹簧间的间隙表)的规定选取。 不稳定系数线图 导杆（导套）与弹簧间的间隙中径D2/(mm)5510101818303050508080120120150间隙c/(mm)0.612345678) 进行弹簧的结构设计。如对拉伸弹簧确定其钩环类型等，并按表计算出全部有关尺寸。 1）弹簧的种类：采用圆柱螺旋压缩弹簧;2) 弹簧的材料：根据机械设计手册选用碳素弹簧钢；3）弹簧的设计计算1 根据机械设计手册取弹簧的工作圈数2 根据机械设计手册取弹簧丝直径：，允许极限负荷下的单圈变形：单圈刚度：弹簧节距：最大工作载荷：极限工作载荷：弹簧每圈展开长度：3 计算数据弹簧中径：弹簧内径：弹簧间隙：弹簧总展开长度：螺旋角：弹簧自由高度：允许极限负载时弹簧高度：弹簧旋向：左旋右旋均可4.2 内空心轴设计为了在盘刷中心喷清洗液，并使喷嘴不随盘刷转动，需在盘刷内用滚动轴承固定。空心轴的一端连接盘刷体，另一端与水管相连，在盘刷体转动时，空心轴固定不动，其结构如图4.3：图4.3 空心轴工作时清洗液从中间的孔流出，喷到地面上，几乎不受外力弯矩、扭矩，所以略去刚度、强度的计算。4.3 清洗机主机滚轮的设计当清洗机工作时，风机向后吹出强大的高速气流，把清洗机压向地面，与地面接触的盘刷和滚刷都为柔性件，太大的压力会使刷毛弯曲过多，损坏加剧，所以大部
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