自动墙壁清洗机设计

1、本科毕业设计（论文）通过答辩目录 TOC o 1-5 h z 1引言1 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 1.1清洗建筑表面的意义1 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 1.2目的和现实意义1 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 1. 3研究现状2 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 2方案评价与选择32.1高楼外墙清洁机的结构和工作3设置于顶楼的支撑突梁3支撑缆绳4乘载用挂笼4动作马达4升降结构5清洗

2、刷52.2方案评价与选择5 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 3运动学及结构方案的确定6 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 3.1运动学参数选定6 HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 3.2计算总传动比和分配各级传动比8 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 3.3计算传动装置运动和动力参数8 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 4传动零件的设计计算10 HYP

3、ERLINK l bookmark10 o Current Document 4.1第一级齿轮传动设计计算10初步计算10校核计算10 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 4.2第二级齿轮传动设计计算14421.初步计算14校核计算14确定传动主要尺寸16 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4.3画简图18初估轴径18初选联轴器19初选轴承19 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 5轴的校核计算20 HYPERLINK l bookmark28 o

4、Current Document 5.1高速轴受力分析20 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 5.2中间轴校核计算23本科毕业设计(论文)通过答辩节距：19/210/1811槽数 Z1/Z2:36/32转动惯量/（kgm人2）: 0.0067质量/kg:383.2计算总传动比和分配各级传动比传动装置的总传动比要求为i = m= 1430 =16.336 n 87.535式中：川一电动机满载转速,r/min.一般推荐展开式二级圆柱齿轮减速器高速级传动比i广(1.3 - 1.5)z 2，取七=4.782,；2 = 3.416。3. 3计算传动装置运

5、动和动力参数该传动装置从电动机到工作机有三轴,依次为I、【I、【II轴，则:3. 3. 1各轴转速=1430 r/minn 1430n =1.=299.038 r/minn L 4.782n n 1430知jn 二一-= 87.537 r/minIII Ji =/16.336式中：n 一为电动机满载转速,r/min；m1、 一分别为I、II、III轴转速,r/min; I 高速轴,III为低速轴.I 、 n III3. 3. 2各轴功率P = P/ , = 2.753x0.992 = 2.731WP =Pr r| =Pr|r| r| = 2.753x 0.992x 0.97x 0.99 = 2

6、.623KWn I齿球 d /齿球P =Prv =Pvv r| r| r| = 2.753 x 0.992 x 0.97 x 0.99 x 0.97 x 0.98 = 2.493W III II齿滚 d /齿球齿滚式中：P|一为电动机输出功率,KW;dPf P 七一分别为I、II、III轴输入功率,KW；1 、 11 1113. 3. 3各轴转矩I = 9.55 x 106 P fn = 9.55 x 106 x 2.731/1430 = 18238.50N mmTxx = 9.55x106 Pjnxx = 9.55x106 x2.623/299.038 = 83767.45N - mm本科毕

7、业设计（论文）通过答辩Tm = 9.55x106 Pjnm = 9.55x106 x 2.493/87.537 = 271978.147V mm本科毕业设计（论文）通过答辩4传动零件的设计计算4. 1第一级齿轮传动设计计算因传动无严格限制，生产批量小，故小齿轮用40Cr,调质处理，硬度241HB-286HB,平均取为 260HB;大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB-286HB,平均取为240HB.齿轮采用非对称支承结构安 装。计算步骤如下： 齿面接触强度计算4. 1. 1初步计算转矩 T , T =18238.50N - mm1 1齿宽系数中d，由表12.13,取中弓二。A值，由表12

8、. 16,估计& 13,取4 =88d接触疲劳极限，由图12.17c,得b =710MPqQs. 9 = 580MPaH hm 1 H hm 2初步计算的许用接触应力I。j：bJaO.9bs. | =0.9x710 = 639MPq cw 0.9c）= 0.9x580 = 522MPqHlH limlH 2H hm 2传动比i, i(= w) = 4.782初步计算小齿轮直径d , A d Ti = 38.1mm= 451 加用财u il初步齿宽b , b =w 1.0 x 45 = 45n?m4.1. 2校核计算n dn TOC o 1-5 h z 圆周速度U, u= _ 71x45x143

9、= 337 m.s 60 x100060 x1000f精度等级由表12.6,选用8级齿数Z、模数m和螺旋角0 :Z = 22, Z = iZ =105.24 ,取 Z =1051212d 45m = _L= 2.045455 ,由表 12. 3,取=2mmZ玄“m2P = arccos -= arccos 126,5n (和估计值接近)m2.045455本科毕业设计（论文）通过答辩使用系数由表12.9, K25 动载系数K,由图12.9, K-=l.18齿间载荷分配系数Kha气=斧= 2x1 写8.5。二。145r 1 1 11.88-3.21 + I icospZ z 2 J k)(1 1

10、)11.88 - 3.21+I22 105cosl265” = l.67宜h25 x 8106_= 22.52 1,取和=1故螺旋角系数Zg, Z广 Jcos。= Jcosl265 =0.99接触最小安全系数&而，由表12.14,得SHn.n= 1.05 (-般可靠)本科毕业设计（论文）通过答辩总工作时间弗4= 4x250 x16 = 16000/?应力循环次数nl :Nt= 6()y n t = 60 x1x1430 x16000 =1.3728x1()9 L1 hNL2 = N J i= 1.3728x109/4.782 = 2.8708x10s 接触寿命系数4,由图12. 18, ZNx

11、 = 0.97, Zn2 = 1.15 许用接触应力bj:b H lim N1 =655.90MPqHSH lim1.05| = =580 xl.15=635.24MPqsH lim1.05b Z 710 x0.97验算b =ZZZsZ jv +1 h eh W bd? 11 u2x 3.37x18238.50 4.782 +1n 4.78245x452=478.81Mpa YP120T26 _3.17厂产=匚67予(n0=27a 8前已求得妁以=1.74 Y Y 600 x0.89x1a =心u，=427.20MPF1 5厂.1.25r ming = biinJg = 450 x 0.94

12、xl = 338 F2 具.1.25F min验算本科毕业设计（论文）通过答辩。Y Y Y YFl bd m 松l al P1 n=1 竺竺三竺竺,x 2.67x1.52x0.70 x 0.9 = 83.36MPq a 45x45x2b = b 七2、2 = 83.36 x 欺=7840 L取=1,故螺旋角系数, Z广后=*OS133210” = 0.99接触最小安全系数5弘协，由表12.14,得min _ 1.。5 (一般可靠) 总工作时间?，=4x250 x16= 16000/1应力循环次数l :KaFi- 125 x 2326.87 =40.40 v 100N/mm b本科毕业设计（论文

13、）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩N = 60y /? t = 60 x1 x 299.038x16000 = 2.87x10sL/1n,=N Ji2 = 2.87 xl0s/5.416 =8.40 x107接触寿命系数图12. 18, Zn】 = 1.10,2庭=1.16许用接触应力b早z 710 xl.10b =Omm=743.81 MPaH Sh 临 1.05孔籍亍=光当=64。.76碎验算12KT 7 u +1=189.8x 2.44x 0.77 x 0.99=505.97 Mpa Y ,故七= 0.89P P12020Pmin3.83齿间载荷分配系数K /，个=匚同天=3.30a

14、 前已求得KFal.75v_w.，故 K = 1.75 Ya =12.8 , K r = 1.442.25 2.5齿向载荷分配系数膈，由图12. 14,载荷系数 K, K=KAKvKFaKF= 1.25x1.10 x1.75x1.44 = 3.47弯曲疲劳极限,由图 12. 23c,。Fiimi = 600MPQ , a Fiim2 = 450MPq 弯曲最小安全系数，由表12. 14, SFmin = 1.25应力循环次数 N N/ 2.87 x108, Ni2= 8.40 x107 弯曲寿命系数。，由图12. 24, L = % , %2 = *94. 25,上=1。Y 600 x 0.9

15、2 xl尺寸系数女,Ia =441.6MPqF， b y =4叫为.94 x 1 = 338.4omPq=验算F 哽 2N2F min1 C匚1 .ZDbY YYFl bdmn Fal & P= ：孕竺竺x 2.55x1.62 x 0.69 x 0.89 = 113.80MPa a 72x72x2.5j =b *a2%a2 _ 11 R m 2.19 xl.82 = i09.80MpQ = 0.44c = 0.44x 750 = 330MPa TOC o 1-5 h z -1bBt = 0.30c? = 0.30 x 750 = 225MPa-1B脉动循环疲劳极限 。=1.7b =1.7x33

16、0 = 561 MPaOb-1bt =1.6t = 1.6x 225 = 360MPa0-1等效系数V =2%= 2x330-561 =0 18。 b561Ob2t -t 2x225- 360 n t360o截面3-3上的应力水平面弯矩本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩Mxy=FR1xm+FaX ? + F x412 r372=-668.44x112 + 560.19x_t+871.11x 41 = 18982.93N mm2垂直面弯矩Mxz = Fxll2+F,、x41Hlc j=-1730.90 x110 + 2326.87 x 41 = -98459.13/V -

17、mm合成弯矩M =2+ Mxz2 = 100282.39 N - mm弯曲应力幅=(-18982.93 + (-98459.13 = 100272.39N mm b =b = g = 20027239 = 3,S3MPaW0A64弯曲平均应力扭转切应力扭转切应力幅和平均切应力7； _ 83767.45 t= -2- = - = 1.60MPaWT 0.2 x 643Tc =c = = 0.SO MPaa2应力集中系数有效应力集中系数因在此截面处，有轴径变化，过渡圆角半径r=lmm ， 由O /出6 5.7=5 / 6厂4击1.0 =2 利I b b = 75QMPq从附录表1中查出心=2.14

18、,卜 1.39o表面状态系数由附录5查出P = 0.86尺寸系数 由附录6查出=0.68,以=0.74安全系数 弯曲安全系数 设为无限寿命，An=1,由式16.5得Sok。1x330k n 小一=_土= 23.55藤 &阮-X 3,83本科毕业设计（论文）通过答辩扭转安全系数复合安全系数kx1x225S 疽 L+WmxPeT a T m 0.86x 0.74115.54SS 23.55 x115,54S =一必.552+115.542一=23.08经检验轴所用尺寸合格。轴承验算本科毕业设计（论文）通过答辩1引言1.1清洗建筑表面的意义随着人类社会的不断发展进步，城市规模不断扩大，城市建筑更加规

19、范，完美。千姿百态的各 式建筑，尤其是高层建筑外墙都用各种建筑材料进行装饰，如粘帖各色墙砖，瓷砖，马赛克，或涂 上涂料，但是，自然界的风吹雨打，日光辐射，尘埃污染，以及一些人为或偶然事故等原因，一段 时间过后，建筑表面都将不同程度地变得污浊灰暗，破旧不堪，在环境差的地区，污染或损坏还相 当严重。建筑表面就像人身上的外衣，要保持清洁，就需要经常清洗，整理。为此，世界发达国家 和地区，对保持建筑表面的清洁非常重视，并以法律的形式明确规定，每年必须定期清洗，否则将 受到处罚。近年来，我国各级政府部门的环境保护意识已发生了很大改变，国内一些大，中城市， 特别是旅游，开放城市，旅游景点，为保持建筑表面清

20、洁，也制定出台了相应的法规，全国范围的 卫生评比活动，把保持建筑表面清洁列为考核的重要指标之一，其中高层建筑的外墙，醒目，突出， 自然也就成为检查的重中之重。有信息表明，十五期间国家用于环境保护的投资将由九五期间国民生产总值的1.5%翻倍增加 至4%,同时还伴随以产业政策的优惠。所以，随着我国改革开放的不断深入，政府，公民的环保意 识的不断加强，建筑表面清洁问题必将引起各方面的高度重视，建筑清洗行业必然具有广泛的发展 前景，将产生巨大的经济效益和社会效益.建筑表面清洗主要包括外墙清洗和中央空调风管的清洗，目前外墙清洗是采用传统的“蜘蛛人”清 洗，这是以牺牲生命为代价的非人工作，部分城市颁布了建

21、筑表面清洗条例；由于非典事件，公共 卫生得到了高度的重视，特别是中央空调风管的清洗，最近有关中央空调的清洗条例很快出台；因 此对于建筑表面清洗提供一个完备的解决方案，必然打破一个传统的产业格局，改变了人们的工作 方式，用机器人清洗代替传统的人工清洗或无法清洗，是必然的发展趋势。1.2目的和现实意义洗墙机的功能主要在于清洗大楼窗户、外墙等外部结构，然而碍于在清洗大楼时清洗后废水的处理, 清洗的效果、效率等等，目前市面上尚无自动的大楼洗墙机。改革开放以来，随着我国经济的高速发展，高层式建筑如雨后春笋般的拔地而起。高楼外墙的外观 保养和清洁成为楼宇管理不可缺少的一部份。有需求就由市场，高楼外墙的清洁

22、必将成为一种经济效益 高，前景广阔的行业。在中国，这种行业正在逐渐兴趣。我国高墙清洁主要采取两种形式。3研究现状综观目前市面上可见的洗墙机，清洗方式主要还是以人工清洗为主，所以都是以挂笼垂降，再以人 工方式清洗墙面；然而垂挂以及挂笼的升降方式便较具变化。传统的是人手清洁，用绳把人系住和本科毕业设计（论文）通过答辩6高速轴轴承验算查手册7307c轴承主要性能参数如下：C = 328KN,C（ = 24.8K7V, N = 75000r / min（月旨润滑），e = 0.68寿命计算左边轴承径向力= J107.062 + 235.072 = 258.3CW右边轴承径向力Fra = 5 94.68

23、2 + 575.532 = 607.567V轴向力 FA = Fai = 173.80N，方向向左 附加轴向力 查表18. 4,可得Fi = 0.68Frl = 175.647V, Fs? = 0.68Fr2 = 413.14N 因Fs2+ Fr 41314 +173.80 F，s故左边轴承被压紧 轴承轴向力F = F + F = 413.14 + 173.80 =586.94Nci 1s 2AX, Y 值 Fa/F = 586.8.30 = 2-27 ，故 * = 0.41,7, = 0.87 rl*牌疽1%)7.56 = 68 *，故也=比=。冲击载荷系数考虑中等冲击查表18. .8得力=

24、1.2当量动载荷 + *匕)=1.2x(0.41x 258.30 + 0.87x586.94) = 739.85A P, = fd(X+ 七凡=1 .2 x (1 x 607.56 + 0) = 729.07N轴承寿命 因PP2,只计算轴承1的寿命16670 Cr 1667032800一L h =()3 = x ()3 = 1.02 xl06 /z 8年10 n P1 143()739.85故高速级轴承满足寿命要求。静载荷计算本科毕业设计（论文）通过答辩X、Y0 0查表 18. 12,得X. = 0.5,七)=0.38当量静载荷 TOC o 1-5 h z P =X F +Y FOrl 0 r

25、l 0 al=0.5x 258.30 + 0.38x 586.94 = 352.19 N 取大者P =P =258.30N|Orl rl)=0.5x 607.56 + 0.38x 413.14 = 460.77 N取大者F = 607.56N安全系数S正常使用角接触球轴承，查表18. 14,得s =1.50U计算额定静载荷C0,2 = SP,2 = 1.5x 607.56 = 911.34N（因Pm P。,f故只计算轴承2）许用转速验算载荷系数。载荷系数。-=登立 2= 0.023,查图 18.19,得/ =1 Cr3280011竺?_ = 0.022,查图 18.19,得/ = 1Cr2 3

26、280012载荷分布系数f 2F94乌1= *2二 = 2.27,查图 18.20,得/ =0.96 Frl 258.3021p 41 3 14上=兰扫.旦=0.68,查图18.20,彳射 =0.99 F . 607.5622r2许用转速 N N =lx0.96x 7500 = 7200r/minN, = 1 x 0.99x 7500 = 7425r/min均大于工作转速1430r/mino经检验该轴承合格。本科毕业设计（论文）通过答辩致谢本论文是在杨世平老师的悉心指导和热情关怀下完成的。在整个设计过程中，不仅在学业上得到 了老师细致、耐心的教导和讲解，使自己巩固、完善了所学知识，并且治学严谨

27、、塌实沉稳的学 风 给人以深厚影响，在我的学习、待物中产生了积极作用，也使得本次设计能够顺利完成。再此衷心感谢在这过程中帮助及指导过我的老师和同学，让我开阔了眼界，增加了学识。本科毕业设计（论文）通过答辩参考文献吴彦农.康志军.Solidworks2OO3实践教程.淮阴：淮阴工学院，2003叶伟昌.机械工程及自动化简明手册（上册）.北京：机械工业出版社，2001徐锦康.机械设计.北京：机械工业出版社，2001成大先.机械设计手册（第四版第4卷）.北京：化学工业出版社，2002葛常清.机械制图（第二版）.北京：中国建材工业出版社，2000朱敬.孙明，邵谦谦.AutoCAD2OO5.电子工业出版社

28、，2004董玉平.机械设计基础.机械工业出版社，2001曾正明.机械工程材料手册.北京：机械工业出版社，2003回周昌治.杨忠鉴，赵之渊，陈广凌.机械制造工艺学.重庆：重庆大学出版社，199910 曲宝章.黄光焯.机械加工工艺基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002张福润.徐鸿本，刘延林.机械制造基础（第二版）.武汉：华中科技大学出版社，2002徐锦康.机械设计.北京：高等教育出版社，2004宁汝新.赵汝嘉.CAD/CAM技术.北京：机械工业出版社，2003司徒忠.李璨.机械工程专业英语.武汉：武汉理工大学出版社，2001牛又奇.孙建国.新编Visual Basic程序设计教程.苏州：苏州

29、大学出版社，2001甘登岱.AutoCAD2OOO.航空工业出版社，2000夸克工作室.SolidWorks2OOi.科学出版社，2003吴权威.SolidWorks2OO3.科学出版社，2004甘永立.几何量公差与检测.上海科学技术出版社，2004本科毕W没计（论文）诵过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩定位，逐层清洁。这种方式人在半空吊来吊去的（好象攀崖运动员下ft时那样），劳动强度高，效率 低，因为主体是人，所以带有一定的危险性。现代的机器人清洁，现代科技的发展，机器人代替人手工作是必然的趋势，在国外和我国的一些清 洁公司已经采用了机器人来进行高楼外墙的清洁工作，但是这些机器人构造复杂，操

30、作复杂，功能繁多 （有些功能是很少用到或在某些场合不会用到），造成成本高（如果是一些由人工智能的机器人就更 加不用说了）和资源浪费的现象。针对这个问题，我们设计了一个操作简单，经济实用的高楼外墙清 洁机器。本科毕业设计(论文)通过答辩2方案评价与选择2.1高楼外墙清洁机的结构和工作现代高楼外墙自动清洗机的结构主要分为下面几种:2. 1.1设置于顶楼的支撑突梁以下为一些常见的支撑突梁：(1)固定式如图2. 1所示：(B) L型突梁(A) F型突梁(2)活动式:(2)活动式:设有活动滑轨，如图2.2为一种滑轨:图2.1固定式突梁图2. 2滑轨图2. 2滑轨滑轨式的作动情形如图2.3所示:滑轨式的作

31、动情形如图2.3所示:lype 70图2.3滑轨式的作动情形本科毕业设计（论文）通过答辩本科毕业设计（论文）通过答辩滑轨有多种形式如图2.4所示:A.水平式滑轨B.自走平台C.垂直式滑轨图2.4多种形式的滑轨直接将大型起降车设置于顶楼，方便随时清洗，亦有助施工维修，但成本高昂且占空间。2. 1. 2支撑缆绳缆绳能承受高度张力，目前专用缆绳就可达到需求。乘载用挂笼小型挂笼如图2.5所示:图2.5小型挂笼中型挂笼如图2.6所示:图2.6中型挂笼动作马达对于马达，一般来说有以下要求:高扭力、低转速。断电自动煞车。本科毕业设计（论文）通过答辩机械煞车装置。静定功能。2. 1.5升降结构对于升降的结构，

32、目前计划主要依现有一般市面上可见的机构加以改良，作为自动洗墙机的作动装置, 装在楼顶的步进电动机带动卷桶控制钢丝绳的收放，使的刷子部分的执行机构能在高墙上纵向移动。在 这里，选择卷扬机类似的机构，加以改进。2. 1. 6清洗刷考虑到刷子受到的摩擦力很小，刷子的转动动力由小电机提供，如图所示 刷子部分采用红外线测距。当墙上的玻璃窗等与墙的竖直距离不等时，刷子不能很好的 清洗玻璃等凹或凸出来的部分。所以从机器采用红外线测距，使刷子能更好的工作， 即使有突出的墙沿，也可以通过机器自己调节（线圈产生的磁场和弹簧力来调节） 刷子由一个独立的电动机带动。为了使机器在刷子往返运动中，不会使机构左右摇摆，所以采用一些辅助机构来减 少左右摇摆，如图所示，采用末端加有一个轮，此轮与墙接触。当机器向下运动时，轮 与墙之间是滚动摩擦，使机器向下运动时，可以使机器与墙之间保持一定的距离，从而 不会撞到墙或者玻璃，当墙左右摇晃时，这时，轮与墙之间产生滑动摩擦，对机器左右 摇摆有一定的抑制作用。还有一些辅助机构使得清洁机在墙上工作更加平稳。2方案评价与选择根据任务书的要求，结构简单，操作方便，投资小，成本低，安全可靠，工作效率 高，故选用，水平式滑轨，支撑缆绳，小型挂笼，升降机构采用类似卷扬机机构，