【《单电机垂直滚筒式公交清洗小车结构设计》11000字】

单电机垂直滚筒式公交清洗小车结构设计摘要城市公交行业影响了我国的经济发展，它对经济起到了助力推进的作用。一座好的城市，它的精神面貌一定也很好，一定可以吸收很多国内外来旅游的游客，人们在这座城市工作时心情也会很愉悦，那么公交车的卫生条件就可以影响一个城市的风貌，所以搞好公交车清洁是必要的也是必须的。据调查目前很多公司的公交车都采用人工和机器两种方式来对公交车进行清洁，人工清洁需要许多劳动力而且无法又快又好满足公交车规定的清洁标准，属于传统的清洁方式。然而我们一般使用车身擦拭机这种机器用来代替我们的传统人力劳动，这种方式虽然在一定程度上改善了人们的工作效率，但由于车身擦拭机前期需要投入的成本太高，而且其安装地点也要求相对很苛刻，且清洗时耗水较多，所以未来发展前景并不好。基于以上两种清洗方式的不足之处，我设计了一种基于电动平台的单电机垂直滚筒式公交清洗小车。在纸上画出我想象的小车模型图之后，我采用SOLIDWORKS2018软件照着我纸上画的图绘制出了小车的三维模型简图，以此图为根据进行公交清洗小车的设计说明。该公交清洗小车包括了四个模块：脚踏车模块；传动模块；升降平台模块；清洗模块。接着我对小车车体的尺寸，脚踏车的参数，升降及传动模块参数和清洗滚筒的参数进行设计和计算，然后对升降电机、滚筒电机的型号，升降机构、滚筒的锥齿轮副，升降丝杠以及水箱等主要零部件进行参数设计校核，选型以及材料比对，在设计完后用SW2018绘制出清洗小车的工程图。这次的清洗小车较上一代进行了升级，由四轮变为三轮，转弯更容易，占用空间小，对水箱的摆放位置进行了调整，使其更加合理，符合人体工程学原理，让驾驶者操作更加舒适。该设计避免了高耗水量，清洗方便，在未来的公交车清洗行业有着巨大的发展前景。关键词：公交车清洗，脚踏车，清洗小车，升降机构，清洗机构，垂直滚筒，传动机构目录摘要 1目录 4第1章绪论 71.1背景及理解 71.1.1设计背景 71.1.2对题目的理解 71.2公交车清洗方式的发展现状 71.3本文讨论的主要内容 81.3.1脚踏车模块 91.3.2传动模块 91.3.3升降平台模块 91.3.4清洗模块 91.4本章小结 10第2章脚踏车模块设计 112.1车底板 112.2车轮 122.2.1设计轴 122.2.2选择轴承 132.3挡泥板 142.4LED前照灯 142.5车架 152.6握把 162.6.1设计角度 162.6.2设计高度 162.6.3设计把手宽度 162.6.4设计把手长度 162.7操作台 172.8座椅 182.9链条及踏板部分 192.10本章小结 19第3章传动模块的设计 203.1锥齿轮副 203.2升降丝杠 223.2.1计算自锁条件 223.2.2升降丝杠尺寸选择 223.3不锈钢挡板 233.4锥齿轮防水罩 243.5本章小结 25第4章升降平台模块的设计 264.1升降电机 264.2升降平台 274.3电池 284.4本章小结 29第5章清洗模块的设计 305.1清洗装置 315.1.1滚筒与滚筒电机 315.1.2滚筒锥齿轮副 335.2喷水装置 335.2.1水箱 335.2.2水泵 345.2.3喷头 355.3本章小结 36公交清洗小车的3D模型示意图 37参考文献 39

第1章绪论1.1背景及理解1.1.1设计背景公交车作为一种公共出行方式，有着消费低，方便，安全等优点，已成为目前人们出行的主要交通方式之一。但随着近几年工业的快速发展，全球变暖、大气污染、雾霾等自然灾害越来越多，低碳环保成为了当今世界的主题之一，人们的环保意识也在逐步加强。公交车的数量越来越多，有越来越多的人使用公交车出行，公交车显然已经成为一个城市的形象大使。公交车的卫生情况可以说直接反应了一个城市的整体精神面貌，一辆卫生环境好的公交车会吸引很多市内出行人士、市外旅游人士以及中央政府官员，所以说搞好公交车的卫生对于城市的形象来说至关重要。干净的公交车环境也从侧面促进了城市的经济发展。公交车每天于城市内奔波，会在车外以及车内吸附许许多多的灰尘和污垢，为了让这个“形象大使”变得干干净净，公交车清洗变得尤为重要。1.1.2对题目的理解本题设是基于电动平台的单电机垂直滚筒式公交清洗小车的设计，对此，我的理解是电动平台用来驱动垂直滚筒进行清洗公交车，单电机用来驱动整个垂直滚筒机构的升降以达到对公交车外部无死角清洁，故而据此理解对公交清洗小车进行创新设计。1.2公交车清洗方式的发展现状公交清洗行业随着社会的发展越来越重要。行业发展初始是用的人工清洗的这种方式，方法很单一，只能通过人力来擦拭车身表面，清洗过程很麻烦，浪费了不少时间，效率很低。后来随着清洗机器的出现，公交清洗工作大大提高了效率，清洗机的操作形式是让人来操纵机器用以代替人工清洗。据了解当前社会我们还是使用传统的人工清洗和机器清洗两种方式。目前为止最传统也是最为普遍的清洗方式是人工清洗。人工清洗时每清洗一辆公交车大约需要五个人，且每人要工作6分钟左右。每一座城市都有若干条公交车线路，每一条线路都有若干台公交车，倘若每台公交车每天都需要清洗一次外部，不难推断出，每天城市都要消耗大量的人力物力资源。天气、公交车外部洁净程度、清洗人员的身体状态都影响着人工清洗的效率。正常天气暂且不说，要是遇到雷雨天气，公交车表面就会变得泥泞不堪，很难清洁，这大大降低了人工清洁的效率。这种人工清洗的方式工作效率低，而且需要大量的时间以及消耗更多的水资源。为了取代人工清洗，人们设计了“隧道式擦车机”。这种擦车机虽然大大提高了清洗效率，但也有不足之处。隧道式擦车机在工作时需要消耗大量的水，而且它需要安放在固定的位置和特定的场地，这要在小型公交枢纽安装它是不现实的。设备投入本身就很高，而且还需要后期的保养与清洁，这就大大增加了成本，使用范围不大，发展前景不佳。1.3本文讨论的主要内容根据现阶段公交清洗方式的利弊以及公交车清洗的紧急需要，我提出一种基于电动平台的单电机垂直滚筒公交清洗小车。此车不仅可以解决隧道式清洗机高耗水量的问题，还可以解决人工清洗效率低的问题。据可靠数据，平均人工清洗公交车需要7min左右，而此电动清洗小车只需4~6min；隧道式清洗机，虽然清洗用时只用3min左右，但是成本在20万元左右且耗水量多达200L左右，而本车耗水量大约为30L，比隧道式清洗机成本低而且耗水量少了将近七倍。数据相当可观，这足以说明这台基于电动平台的公交清洗小车的未来发展前景很大。本文设计的灵感来源于东北传统的交通工具——倒骑驴。所谓基于电动平台的单电机垂直滚筒公交清洗小车实际上是采用人力驱动小车，并且用电力驱动滚筒的升降及旋转来实现清洗公交车外部的目的。清洗小车的设计主要分为脚踏车模块、传动模块、升降平台模块以及清洗模块的设计。下面简单介绍各模块的设计步骤。1.3.1脚踏车模块脚踏车模块带动清洗机构来清洗公交车辆，清洗小车通过脚踏车模块来实现行进、倒车、转弯以及暂留，所以脚踏车模块是整个清洗机构的支撑。脚踏车模块主要包括车底板、两个前转向轮、一个后轮、挡泥板、LED前照灯、车架、握把、操作台、座椅和链条与踏板等部件，由人来控制小车的行进方向以及前进后退，先对车底板进行选择尺寸及选材，对握把进行长度校核，再一一设置模块的各个部分等等。1.3.2传动模块传动模块是将单个升降电机的动力传至升降丝杠，由升降丝杠上的与螺母焊接在一起的升降平台上下运动，从而带动升降平台上的清洗机构进行工作。传动模块由锥齿轮副、升降丝杠、不锈钢挡板以及锥齿轮防水罩构成，通过计算使升降丝杠实现自锁，然后以上四个部分再互相配合传动，以达到可以在某一位置停留清洗的效果。本文先进行锥齿轮副、升降丝杠的参数进行计算，再对不锈钢挡板和防水罩逐一进行尺寸校核。1.3.3升降平台模块该部分包括升降平台、升降电机和电池。在升降平台上焊接了一个与丝杠相配合的螺母，电池为电机提供电力，使电机开始输出功率，升降丝杠在电机通过锥齿轮副传动输出的转矩的带动下开始旋转，使得升降螺母跟着螺纹带动升降平台进行上下移动，实现清洗模块的升降清洗的工作过程。升降平台搭载滚筒电机，用螺丝把滚筒电机固定在平台上。该模块主要对升降电机以及电池的参数进行计算校核。1.3.4清洗模块作为整个清洗小车的核心机构，清洗模块用于完成对公交车的清洗工作。清洗模块包括有清洗装置（滚筒电机、滚筒、滚筒锥齿轮副）与喷水装置（水箱、喷头、增压泵、喷水软管）。滚筒电机固定在升降平台上，电机动力由电池提供并通过滚筒锥齿轮副传到滚筒轴上，从而使滚筒转动。水箱安装在车底板上，内含增压泵，增压泵将水流经喷水软管从喷头喷出，喷头将水喷洒在公交车和滚筒上，喷水过程与滚筒转动相协调，从而实现边清洗边喷水的工作过程。1.4本章小结本章对公交车清洗情况进行简要的分析，对比分析了人工清洗与机器清洗两种方式的优缺点，最后根据两大方式的不足之处提出本文的设计——基于电动平台的单电机垂直滚筒式公交清洗小车，并对小车的四大模块进行简要的描述、说明以及写作规划。小车的每个模块设计完成之后都会采用SW2018绘出模块的三维简图。

第2章脚踏车模块设计此次设计采用不同于之前的倒三轮设计，如图所示。可以看到前两轮为方向轮，后轮为驱动轮，清洗人员仅需坐在小车上踩踏板来使小车运动。清洗人员可以实现小车的前进、后退、刹车、转向等运动，由于小车是采用人力推动的方式行进而不是电池电动机驱动，所以可靠性上要好很多。图2-1脚踏车模块2.1车底板车底板主要起承载作用。车底板上安装握把、水箱、锥齿轮副、电池、LED灯等部件，采用厚度为10mm的不锈钢板。钢板长为1200mm，宽为800mm，重约76.8kg。其三维设计图如图2-2所示。图2-2车底板2.2车轮此设计基于《机械设计课程设计》。车轮上的辐条总重量约为2kg。2.2.1设计轴两个前轮由轴采用花键副的形式连接，轴承安装在靠近车轮处。车轮轴的选材要有足够的刚度和强度，因为车轮轴同时承受着扭矩和弯矩。再三考虑之下，首选材料为40Cr和45钢，接着对其进行热处理。40Cr与45钢的对比分析如表2-1所示：表2-145钢和Cr对比分析材料45钢40Cr分类碳素结构钢合金结构钢含C量（%）0.42-0.50.37-0.44抗拉强度610MPa1000MPa屈服强度360MPa800MPa价格低较高由于40Cr经过热处理后钢的淬透性提高，使得它自身强度、硬度以及耐磨性等力学性能都要高于45钢。故据此最终选择40Cr为轴材料。再对它进行调质处理。设定轴的直径为30mm，长度为660mm。由于要在轴上安装车轮需要周向固定，根据查表得知，键的长度应按照长度标准选为28mm轴与车轮采用花键副连接。2.2.2选择轴承本设计采用一个轴承与三个钢管配合来共同支撑车架。三维模型如图2-3所示：图2-3车轴应该要选取轴承的内径。基于轴径为30mm，采用深沟球轴承，选择6206-2RZ规格，外径62mm，内径30mm，宽度16mm，这样一来使得它与其他尺寸相同的轴承摩擦系数小，成本低且结构简单。在选择钢管宽度的时候，我选择以轴承宽度为依据，钢管选用4mm厚的空心矩形钢管，外尺寸60×40mm，钢管、轴承、车底板三者焊接在一起，轴与车架的垂直距离是185mm。钢管截面如图2-4所示：图2-4车架截面2.3挡泥板在小车进行清洗工作或正常行驶时，难免会有水或者灰尘溅到车底板、车架或车轴上，影响正常工作和小车的美观。所以我设计了采用不锈钢材料的挡泥板焊接在车底板的边缘处。前挡泥板与地面夹角为60°，相比垂直于地面这样设计减小了行驶阻力，两侧挡泥板垂直于地面。挡泥板的厚度为5mm，重量约为28kg。图2-5挡泥板2.4LED前照灯为了方便小车夜间行驶或夜间工作，我为小车添加了两个LED前照灯，分别安装在小车车底板上的前两边，材质选为塑料，由操作台上的按钮控制。图2-6LED前照灯2.5车架车架作为小车核心的支撑结构，有着不可替代的作用，它不仅承载着车底板，还连接着转向轴和车轴，非常关键，所以设计车架时要考虑到它的受力与外部环境的影响。车架需要在有水的环境下长时间工作，故很容易造成腐蚀和生锈，所以在选材时要选择带有防腐性能的材料，或者对车架进行镀金、喷漆等有防腐功能的操作，以保证车架的可靠性。根据本文设计的小车结构分析，选择不锈钢矩形管作为车架材料。由于矩形钢管有空心实心之分，且空心钢管不仅可以节约成本，而且比实心钢管更轻，拥有更好的抗弯抗扭的能力，所以本次设计采用空心矩形不锈钢管充当小车车架的材料。钢管型号尺寸同支撑车架钢管的一致，重量约为7.1kg，如图2-7所示。图2-7车架2.6握把设计握把我运用了人体工程学的原理，为了降低清洗小车的人工操纵疲劳，提高小车的工作效率，让工作人员轻松愉快的工作，达到人与清洗小车“人车合一”的最佳工作状态。整个握把采用空心不锈钢圆杆，用钢板焊接在车底板上，总重量约为6kg。图2-8握把2.6.1设计角度根据人体工程学原理，杆与地面的夹角呈75°时最为合理。2.6.2设计高度将手推杆设计成伸缩式的，其有效高度为90~110cm，无级调节高度，这样一来，无论男女都可以找到适合自己的高度，简单方便。2.6.3设计把手宽度根据人体工程学原理，把手的宽度为35mm时握起来最舒服，可以提高工作人员的工作效率。2.6.4设计把手长度根据人体工学原理中人的肩宽设计，把手长度应为400mm，此时最为舒适。2.7操作台要控制LED灯、升降平台、滚筒旋转和喷水装置，就要有按钮操作台，为了方便我将它安装在了握把上，用螺丝固定。如图2-9所示，从左至右的按钮一次对应：上升下降双开关、LED灯开关、滚筒开关和喷水泵开关。操作台的控制电路图如下图2-9所示，电路图从左至右的电器元件依次是水泵、滚筒电机、LED灯和升降电机。关于升降电机的运作原理：当两个开关将1-3、5-6节点连接时，电机正转；当两个开关将4-6、2-3节点连接时，电机反转。以此实现清洗平台的升降。图2-9操作台电路图图2-10操作台2.8座椅考虑到要减轻小车的重量，座椅采用塑料或树脂材料。座椅粘在横着的钢支撑架上，钢支撑架焊接在后部三角形车架上。座椅长400mm，宽300mm，靠背与地面夹角为75°，符合人体工程学。小车在夜间行驶工作时，为了避免被后方来车追尾或者剐蹭，我在座椅靠背后面安装了反光镜，用以提醒后方来车当心，作用相当于示廓灯。图2-11座椅2.9链条及踏板部分脚踏板部分，选用直径为140mm的大链轮与直径为70mm的小链轮，串上链条，通过踩脚踏板让大链轮转动，通过链条传动到小链轮上带动后轮转动，使小车获得向前的动力。图2-12链条及踏板2.10本章小结本章主要完成了对车底板的选材和尺寸选择，车底板选用1200×800×10mm的钢板。对车轮轴的设计，采用40Cr作为轴材料，轴径30mm，长度660mm；选择型号为6206-2RZ，外径62mm，内径30mm，宽16mm的轴承。车架选用空心矩形不锈钢为材料，外尺寸为60×40mm，壁厚4mm。把手与地面夹角呈75°，把手长400mm，宽35mm。又详细介绍了此模块各个部分的尺寸。

第3章传动模块的设计传动模块主要有四个部分构成：锥齿轮副、升降丝杠、不锈钢挡板及锥齿轮防水罩。这部分是由双向升降电机提供动力，由经一对锥齿轮副进行加速并转向，这就实现了整个升降电动机的动力传递。青岛真情巴士公交车一般高为3m左右，因为其车身较高，所以设计传动模块要求清洗机构能够达到足够的清洗高度，为了使清洗工作更加准确有效率，升降装置就要实现自锁，而自锁需要传动模块四个部分相互结合来实现。传动模块的三维设计图所图3-1所示图3-1传动模块3.1锥齿轮副动力由锥齿轮副传到升降丝杠，从而带动丝杠转动。经过计算，锥齿轮副传动比为2.375，传动效率为0.95。大齿轮模数m=3，齿数为38，通过平键与升降丝杠配合；小齿轮模数m=3，齿数16，与电机轴焊接。大锥齿轮两侧安装带有圆柱滚子轴承的铁块状基座，丝杠与两个轴承配合安装在基座上，这样做是为了使丝杠在保证安装紧固的前提下实现随大锥齿轮一起转动的效果。锥齿轮副配合三维模型图如图3-2和图3-3所示。图3-2锥齿轮副图3-3锥齿轮副上视3.2升降丝杠3.2.1计算自锁条件 λ<tan−1fυ λ=tan−1sπd fυ=fcos式中：λ—螺纹升角；一般的话，λ<5°时，该机构具有自锁功能。因为λ=3.6<tan3.2.2升降丝杠尺寸选择由于丝杠强度较高，故在设计中丝杠的受力则较小，因此将丝杠的直径定为30mm。在小车工作中，升降平台的速度要适中，如果过快，则清洗滚筒不能达到所需要的高度控制，如果过慢，则清洗滚筒不能迅速达到指定位置，所以速度适中有利于提高工作效率。丝杠材料选为45钢，其转速为90r/min，导程15mm，根据平台升降速度=导程×转速，故推出升降平台的升降速度为1350mm/min。青岛真情巴士的公交车高约为3000mm，离地高度约为400mm，所以丝杠的高度设计为2200mm。小车车底板离地面450mm，通过计算此清洗小车完全可以清洗到公交车外最低和最高的部分。丝杠上有效螺纹长度为2000mm，升降平台可以在此区间内随螺母上下移动，为了有效地避免在升降平台工作时，平台不会旋出丝杠外，在丝杠两端均不设有螺纹，下端非螺纹区长度150mm，上端非螺纹区长度为50mm，丝杠下端部分非螺纹区插入固定在底部的套筒中，整个丝杠重量大约12kg。图3-4丝杠3.3不锈钢挡板在丝杠旋转的同时，升降平台有时也会跟着旋转，这就影响了工作的效率，每旋转几次就要调整升降平台的位置，非常的麻烦，哪怕是实现了自锁，在没有约束的条件下也难免也会“错位”。应对这一不足之处，我设计了两个不锈钢材料的挡板，焊接在锥齿轮防水罩的两侧，在丝杠旋转时卡住升降平台的位置，以保证清洗滚筒永远在小车的外侧。不锈钢挡板厚度为10mm，高2150mm，宽度为50mm，重量大约17.2kg，如图3-5所示。图3-5挡板3.4锥齿轮防水罩小车在工作时，会掉落灰尘，而且喷水装置也会不小心将水喷洒在锥齿轮处，严重的时候后造成锥齿轮副的腐蚀，也可能造成升降电机的短路，大大降低了升降机构的工作效率。为此我设计了锥齿轮防水罩，在锥齿轮外部用200×150×150mm的防水罩包裹，既保护了锥齿轮副也保护了升降电机。图3-6防水罩3.5本章小结本章先对锥齿轮副的参数进行了设计计算，然后又对升降丝杠和不锈钢挡板以及锥齿轮防水罩的参数进行了计算以及描述。电机与丝杠之间采用锥齿轮副传动，电机输出的转矩经锥齿轮副将动力传递至丝杠，然后再经螺母传至升降平台上。

第4章升降平台模块的设计升降平台模块由升降电机、升降平台和电池三部分组成，电池提供的电能让升降电机产生动力，电机产生的动力（输出转矩）传到锥齿轮副，锥齿轮副将转矩传递到升降丝杠，升降丝杠使用螺纹带动与升降螺母焊接在一起的升降平台实现上下运动，带动清洗装置工作。本章设计升降电机和电池的参数以及升降平台的尺寸。图4-1升降平台模块4.1升降电机升降电机所提供的动力是整个升降平台的动力源，下面对升降电机进行参数计算，这一部分按照文献[1]参照完成。锥齿轮副的传动效率η1=0.95，大锥齿轮丝杠轴的转矩为T=8×104N⋅mm大锥齿轮丝杠轴的功率为： P1=Tn9.55将数据代入可得： P1=Tn9.55则电机的功率可以得出： P0=P1代入数据可得： P0=P1由于升降模块使用的是升降单丝杠机构，据此可以算出电机的总功率为： P总=P0表4-1升降模块电机的基本参数额定转速/额定转矩/额定功率/kW2140.590.0133图4-2升降电机4.2升降平台升降平台与螺母是焊接关系，升降电机通过锥齿轮副带动丝杠旋转时，丝杠上的螺纹会带动螺母，螺母带动升降平台实现往复运动，从而带动固定在平台上的滚筒电机也一起往复运动，达到使清洗滚筒能够上下运动的目的。考虑到安装滚筒电机和垂直清洗滚筒，升降平台的尺寸设定为200×200×20mm，材料为不锈钢，重量约为6.4kg，升降螺母内径30mm，厚度30mm，机构示意图如下。图4-3升降平台4.3电池整个传动和升降模块中电机的动力源就来源于安装在车底板中间的电池。由于本次设计选用的电机都是直流小转速型，所以就选用电池来驱动两个电机。但是目前电池的种类繁多，比较普遍的有锂电池和铅酸蓄电池两种，下面我们把两种电池进行对比：表4-2锂电池和铅酸蓄电池对比锂电池铅酸蓄电池1、价格较高1、价格低廉2、比能量高2、比能量低3、体积小，重量轻3、体积大，重量重4、对环境污染小4、含有有害物质铅通过表4-2可以看出，铅酸蓄电池除了价格低廉外，相比锂电池没有任何优势可言。而且锂电池使用寿命基本都是多于1000次的，正常使用的话基本三到五年才要更换，而反观铅酸蓄电池，寿命800次左右，使用个一两年就要换掉，从长远考虑的话使用铅酸蓄电池不划算。所以本次我采用锂电池作为两个电机的电源，这样一来不仅节省了小车空间，还减轻了车的重量。我选用60Ah，48V型号的锂电池，其尺寸为260×160×170mm，重约10kg，安装在车底板中部，合理的占用了空间，电池示意图如下。图4-4电池以上分析并未对两个电池的各个性能赋值并进行定量计算，仅仅对两种电池性能的优劣简单进行了定性分析。4.4本章小结本章主要对升降平台模块的功能进行了说明，并且设计了升降电机和电池的基本参数，也对升降平台的尺寸及重量进行了设定。

第5章清洗模块的设计清洗模块由清洗装置（滚筒电机、滚筒、滚筒锥齿轮副）与喷水装置（水箱、喷头、增压泵、喷水软管）组成。其中清洗装置安装在升降平台上，喷水装置安装在车底板上。清洗模块的工作原理是滚筒电机输出的动力传到滚筒锥齿轮副，由滚筒锥齿轮副带动滚筒轴使两个滚筒旋转，增压泵将水箱里的水经喷水软管从喷头喷出，把水喷洒在滚筒和公交车上，清洗装置和喷水装置同时工作，达到清洗的目的，整个过程由工作人员通过操作台控制。本版本是上一代的升级版，较上一代版本将喷水装置直接安装到了小车上，目的是为了方便携带，节约外部空间，减少成本。图5-1清洗模块5.1清洗装置5.1.1滚筒与滚筒电机在清洗小车工作时，不仅要考虑滚筒的重量，还要考虑包裹在滚筒上的清洗海绵的重量，为了让小车清洗更加轻便，滚筒的材料选用塑料，做成5mm厚的薄壁空心圆筒，直径设计为300mm，高度500mm。清洗海绵在完全吸水后，整个滚筒的质量由1.2kg变为2.2kg，滚筒转动接触到车窗玻璃时，会产生摩擦力，由于摩擦力的大小是不定值，所以我参考文献[1]摩擦阻力做了个初步假定，假设摩擦阻力为30N。经过计算滚筒的转速为150r/min，加速时间4s，参照文献[1]的公式进行如下计算：海绵完全吸水后，从开始启动到匀速转动由公式 JZβ=MZ JZ=12 β=dwdt （5β−滚筒角加速度代入数据得M滚筒完全吸水后的等速工况由于电机驱动滚筒旋转所需的力矩较小，而且整个滚筒加海绵的总质量又较轻，而且特别是在滚筒等速空转时，所需的力度比较小，因此我对此不会考虑，所以在海绵完全吸水后其阻力矩仍然可以视为35N。当滚筒正常旋转时，其空转时所需要的力度很小，小到可以忽略不计。所以当滚筒工作时，所需要的力矩就等于阻力对滚筒产生的阻力矩。所以滚筒工作时需要的最大M=10N·m。锥齿轮的传动比i=3.14，传动效率η=0.97。电机转速 n电=n⋅i （5 n电=150×3.14=471r/min （5电机转矩 T0=M阻 T0=9.7N⋅m （5电机功率 P0=T0 P0=0.478kW （5表5-1滚筒电机参数额定转矩/（N·mm）额定转速/（r·min）额定功率/kW9.74710.478图5-2滚筒与滚筒电机5.1.2滚筒锥齿轮副滚筒锥齿轮副参数和上述3.1参数一致，同样是模数m=3，大锥齿轮齿数38连接着上下两个滚筒，小锥齿轮齿数16通过键配合在滚筒电机轴上，这里的锥齿轮副负责将滚筒电机输出的转矩传递到滚筒轴，带动滚筒转动。考虑到清洗时水会溅到锥齿轮上，因此用壳体将整个滚筒锥齿轮副包裹起来。壳体选择铁皮制作，前部再粘一个软橡胶材质的挤压缓冲带。图5-3滚筒锥齿轮副5.2喷水装置5.2.1水箱选择水箱要考虑清洗小车的面积、承重能力还有清洗公交车需要的水量。清洗小车清洗一辆公交车大约需要用水30L，为了避免每清洗完一辆车就要重新向水箱内部注水，降低效率。本次我设计的机构为了提高清洗效率设定注满水可以一次清洗两辆公交车，故而水箱的容积初步定为60L。那么为了减轻整个机构的总重量，水箱则需选用塑料材质，一般水箱形状多采用方形和圆筒状居多，本次设计的水箱外形定为长方体结构，主要是因为脚踏车平台的车底板为长方形，若设置圆筒状的水箱在相同容积下圆柱水箱高度必然高于长方体水箱，其中心位置注定升高，这样一来就使得整个车身重心较高，稳定性下降较为严重，不利于整个清洗模块清洗的可靠性与清洗时的安全性。而长方体水箱尺寸依据其车底板的空间位置可以灵活设定，在清洗水量足够的前提下，可以适当降低整车的重心，使得它的安全性较高。综合考虑下来整个车底板的剩余空间尺寸，我将设定长方体水箱外部的尺寸为704×204×454mm，壁厚设定为4mm，故水箱内部尺寸为700×200×450mm，经计算后其有效容积为63L，满足两辆车的清洗水量。图5-4水箱5.2.2水泵我的设计选用的是微型直流水泵，型号为DC40H-1265，电压为12V，最大流量为360L/H(6L/min)，最大扬程为6.5m，进水口直径为11mm，出水口直径为8mm，功率为14.4w，重量为0.22kg，尺寸为84.543.861.8mm。水泵具有增压功能，能够将长方体水箱里的水通过水管输送到喷头上。图5-5水泵5.2.3喷头喷头上的喷嘴能够在保持水流具有良好动力性能的基础上把从水泵中输送过来的高压水流转变为低压水流。喷嘴在选取时要综合考虑压力、流量、覆盖面积、喷射角度、材质等因素，我设计的公交清洗小车在对公交车进行清洗时所需要用的水量不多，所以对所选喷头流量的要求并不高；喷水管是固定在滚筒旁的挡水板上的，所以它应具有一定的高度，喷嘴的安装位置往上靠，其相对应的出水口压力就越小，所选喷头的压力应满足上述要求；喷嘴在喷水时，要能够喷洒在滚筒以及公交车上，因此要求喷头的喷射角度要足够大；现在市面上大多数是采用不锈钢、黄铜和塑料材质制成，这三种材料都具有很好的防锈性能。喷嘴有很多种类，在选用时我考虑到公交车清洗的特点，就选择了实心锥形喷嘴，喷嘴的型