【落叶清扫机结构设计10000字（论文）】

落叶清扫机结构设计 2 2 3 3 4 5 6 6 2总体方案的设计 82.1设计主要技术要求 82.2总体方案的确定 83动力装置的确定 3.2电动机的选择 4清扫机的传动结构 4.1传动比的分配 4.2带轮的选择设计 4.2.1I轴带轮的设计计算 4.2.2I轴和Ⅱ轴带轮的设计计算 4.3.1主轴的结构设计 4.3.2轴的校核 4.3.3键的校核 完善我国的生产制造业，从1960年开始，我国开始逐渐研发一些简单的机械设备，大概是从60年代中后期研发路面清洁的机械，也就是路面清扫机器的研发与生产，同时也会对大型清扫机械的研制，从研发清扫机开始到现在以及将近50余年了，然而，以清扫机器人的需要也逐渐开始，从2006年以后，我国的清扫机器人也快速的发展，虽势机器慢慢的已经落后，跟不上时代的变迁和发要开发一种低成本投入，清洁效率较高的小型家用清扫机器人，不仅可以子啊家庭内部使用，还可以在小区，小巷等面积狭隘的地方使用。根据国外资料显示，大多数的国家都在进行清洗机器人的研发与生产制造，比如欧美，日本等发达国家都在研发制造，比如，此前在日本兴起一种可以自动清洁的吸尘器，这种吸尘器配备有人工智能，可以实现不需要任何人工参与，就可以实现清洁家居环境，可以实现避障功能，实现自动转弯功能，看还可以检查家居环境的哪一个地方出现脏物，需要去哪清除，并且这款清扫机不像传统的吸尘器一样，只能吸取一些很小的灰尘一类的东西，这款机器人可以清扫一些大型的纸片等物体，当然，被清扫的东西也不能太大，容易使清扫机卡住，不利于机器的维护和保养。根据一些国外的数据研究来看，国外的清洁设备拥有量比高内要高很多，因此，在技术研发这一块，我国还得继续发展，我国现阶段的技术研发不高，因此，我们在技术上的投入还应该大力投资。改革开放之后，我国的中小型城市逐步崛起，城市化规模不断的增加，工厂的数量不断增多，因此，在这些公共场所的清洁任务也将会增加很多，如果使用人力解决这些问题，那么人工成本将会是一笔不可小视的数目，所有，现阶段的清洁机器人迫切需要前进，当今时代，劳动力成本的快速提高，使得清扫机的发展前景不断变好。现代社会，环境污染的问题越来越成为人们关注的焦点，比如燃油车在现在已经被逐渐没落，新能源汽车的不断兴起，这也从侧面反映出人们在逐渐的进步，社会也在发展。根据现阶段的社会需求，政府大力提倡绿色能源的使用和发展。由于小型的清扫机器人的用处较大，适用性强，工作效率高，成本较低，设计的结构简单，所有小型的自动清扫机器人将会极大的提高人们的生活质量，所有以后，这种清扫机的发展前景异常广阔，而现在正处在一个快速发展的情况。1.2清扫设备的概述根据现在的清扫机械所适用的场合的大小，可以分别将清扫机器人划分为两大类，大型和小型清扫机，由于本课题研究的就是既适用于大面积的大型清扫机，还可以用于家用清洁机械。而现有的中小型清扫机主要使指叫用清扫机和吸尘器等一类清洁机器(1)清洁机器人：清洁机的发展已尽有很长一段时间了，这种机器人自发展以来清扫机器人都是用于各种场合的清扫机械。关于清扫机械的研究大概是从上世纪80年(2)扫地机：顾名思义，扫地机的主要任务清洁室或者室外，最广为人知的当属(1)提高工作可靠性而导致传动精度达不到标准要求，三是由于国内的机械设计结构需要有很强的设计底(2)研发多功能清扫机(3)多功能清扫机(4)设计满足需求本次毕业设计是要研发设计一种新型的清扫机，这种新型的清扫机械要力求经济性号、实用性强，操作简便，并且能够很高效的完成清扫工作。在设计这台清扫机时，要先设计清扫机的机械部分和动力源部分，因为机械传动部分时清扫机械设备的最基础的一部分，至于动力源的选择，要选择适配的电动机。由于清扫机的发展起步较晚，所有在设计传动部件的时候，肯定会出现各种各样的难点问题，但是，这都需要去慢慢克服和解决。由于清扫机械的发展年限非常短，清扫功能的设计不是很成熟，可以借鉴的中文资料相对较少，因此，在必要时，可以查阅图书馆资料和一些外文文献，尽可能的提高清扫机的使用性能。实现清扫功能的部件时最主要的部件之一，在设计清扫功能零部件时，要考虑一些缺点，比如扬尘问题，清扫不干净的问题，噪声污染很大等等；在设计动力传递部件时要考虑变速的问题，还有传递可靠性的问题，传动部分和机构的大小尺寸都是非常重要的，如果带着以上这些设计问题，再去设计整台机械，就会避免很多容易出的机械不合格问题。为了写出高质量论文说明书和设计出一种具有创新性的清扫机器人，需要大量的查阅图书资料和互联网资源，虽然关于清扫机的资料很少，但是，查阅一些相似的机械论文和期刊，可以高效的激发我们的创新能力，广泛的阅读文献资料，有利于设计出更加优异的机械设备，通过阅读一些相关的文献和学术论文，我们可以汲取一些文献中的灵感，激发创新思维和创新理念，从而设计出新型清扫机设备。在论文撰写之初，阅读了“清洁机器人概述理论”,“清扫机的先进思想和研究现状”等很多现阶段的学术期刊，这些论文当中提到很多先进的思想，对传动系统的描述及其创新，还有机械传动方式，驱动部件等资料。在后期的设计过程中，通过实践，逐渐的设计创新，解决一些未解决的问题，进行改进，就可以很好的设计出一台优异的清扫机器人。1.3课题需要完成的任务本次毕设要求能够完成落叶的清扫任务，工作环境定位在室外，清扫机的清理功能和传动部件要求要可靠性强，在清扫机的每个重要环节的零部件都要设计多种方案，便于后期拟定最终方案时选择优异方案；对于清扫机的传动部分，要进行计算和校核设计，还有壳体的设计和组成部分，必要时，可以采用一些有限元分析方法进行受力分析，从而使自动清扫机的稳定性更加合理。设计自动清扫机的主要内容有：(1)对落叶清扫机的整机外观结构进行设计：(2)对自动清扫机的传动原理进行设计；(3)设计并且校核自动清扫机设备的清洁功能；(4)完善清扫机的最佳方案组合。1.3.2设计工作基本要求①在设计之初，大量查阅图书、相关文献、学术论文等开阔设计思维和灵感；②按照任务书的参数和要求，结合文献资料，做出最佳的可行性方案和报告；③完成自动清扫机的主要部分进行相关研究，并且写出结论或者报告；④完成整台自动清扫机的大概设计流程；⑤查阅相关外文文献，丰富自己的关于自动清扫机的设计思路；⑥编撰说明书，完成装配图和主要零部件图；设计是为了练习实践自己大学以来所学习的知识，以及大学四年的学习给自己带来的实践能力，要保证设计的自动清扫机是自己努力的研究成果，能够按照预定的目标完成自己的毕业设计。2总体方案的设计2.1设计主要技术要求自动清扫机的驱动部件：内燃机或者是电动机驱动。如果使用汽油内燃机作为驱动部件，那么清扫机就比较适合在家庭后院或者是停车场，这些面积相对较小的室外使用，如果使用电动机配合电瓶使用，噪声和污染就会小很多，比较适合在室内使用，实现清扫作业。按照要求，所设计的清扫机器人每小时的作业面积要大于1000平方米，所设定的清洁垃圾存储箱不得小于30立方分米。2.2总体方案的确定根据文献资料的信息，按照不同的清扫机工作场合的要求，一般动力装置要求要尽可能的降低噪声和大气污染，因此，要尽可能的使用电瓶驱动。从主要零部件和主要传动装置入手，然后设计了三种可行性方案，分别论证如下：方案一：第一种设计方案的工作原理：在整台机械的外壳1的上面设置有安装电机2和动力源电池，在箱壳体下面设置有3号滚刷，电动机的动力通过传动原件传递到滚刷3上，在清扫机正常作业时，滚刷3的高速旋转产生的扬尘被之间带向垃圾存储箱6当中，然后壳体1的下底板上的垃圾存储箱的前面设置有导向斜面4,还有铲斗7,后面设计有一个导向斜面5,防止扬起的灰尘污染空气。方案二：对于清扫机的第二套设计方案的工作原理分析：如上图所示，推动的小车体向前进，驱动原件电动机通过传动系统，将扭矩输送给带轮2,和滚筒轴3,从而带动从动部件滚筒3运转，并且做逆时针的转动；动力还有一部分要通过带轮传递给带轮9和齿轮10,最后带动毛刷和刮铲4运行，从而顺利的将垃圾输送到垃圾存储箱7当中。方案三：关于第三种方案的运行原理：动力从原动件输出后，通过前进的传动系统，将推动小车的前进运行，电动机1上的扭矩将会通过输送皮带传递到带轮2,在推动清扫机做前进运动过程中，将电动机的动力通过联轴器传递给相应的轴和带轮7,在通过带传动，将动力分配给该轴上的锥齿轮，从而带动其他零部件运转，和锥齿轮4和9的传动运行。整个过程的运转都有机械传动部件完成，最终实现清扫机的清扫功能。方案对比：方案一：这种设计方案非常简单，在结构设计上，还有整机的体积角小，比较适合在室内使用，适合清扫一些小面积场所，但是，这种方案在设计时，垃圾箱设计的也偏小，不利于储存垃圾，需要频繁清理垃圾箱，还有一点就是，此设备的电源储备较低，续航能力较短，不适合清理较大的户外面积场所。方案二：这种清扫机的设计方案，时完全有能力清理较大的垃圾杂物，并且适用于户外的大面积场所，不仅如此，还配备较大的垃圾储存箱，和较大续航能力的电池设备，可以保证清扫机在户外较大面积的工作时有较长的续航能力，适合长时间的户外工作，也可以用在家庭后院、室内清洁等一些室内场所，还可以应用在工厂这种环境较为恶劣的地方。但是，却又唯一的不足之处，比如清扫机的清扫刷有各种死角，在正常各种时，3.1蓄电池的选择1、关于自动清扫机设备的蓄能设备的选择：自动清扫机在正常工作时，要保证电池可以持续放电，不能中断，影响清扫机的工作效率，使用电池，对于使用内燃机，不仅环保，而且噪音较小。根据市面上的蓄电池的充放电次数和放电功率进行蓄电池型号的选择，型号为：2、有关性能为：标准电压为12V,其比能量达250W·h/kg;使用寿命为充放电1200次，放电深度为75%;关于蓄电瓶的相关外形尺寸为：长×宽×高=120mm×70mm×70mm;电瓶的质量约为：5kg;3、外观图为：4、此蓄电池的性能：①这种电池最好使用专用的动力电池，类似于汽车上的铅酸电池，安全可靠，自放电功能强弱，能效比较高。②尽可能的要节约能源响应国家和社会的号召，使用清洁能源。③设计结构简便，方便维修，便于操作。④选择续航能力强，使用时间长的动力电池，保证每次充完电后可以连续工作15小时不得低于每小时清扫1000平方米的要求。3.2电动机的选择2、电机功率的计算发热量的大小等一些主要因素来确定电动机的装机容量，对于一直运行的电动机，即所需功率：n₁一滚筒清扫刷的转速，取n=60横放锥齿轮的功率为：η一齿轮间的传递效率，取η=90%。竖放齿轮处的功率：η一齿轮间的传递效率，取η=90%。滚筒处Ⅱ轴的转矩：根据上述计算数据，可知震动清扫机在正常工作时的转动速度为60r/min,选择的4清扫机的传动结构4.1传动比的分配电机到Ⅱ轴之间的总传动比：n一卷筒的转速，取n=40r/min;代入得：分配各级传动比：设计有电机到I轴的传动比i=5;由I轴到Ⅲ轴的传动比i=3;齿轮间的传动比为电机到圆盘毛刷的总传动比：n刷一圆盘毛刷的转速，取n刷=60r/min;代入得：4.2带轮的选择设计KA一工况系数，查工况系数表得Kᴀ=1;2、计算传动比n₁—I轴的转速，取n=120选择Z型V带3、由机械设计手册表12—1—11,取小带轮基准直径为d=50mm。4、大带轮直径5、计算带速v6、初定中心距a取a₀=300mm。7、计算基准长度da一小带轮基准直径，取d₁=50mm;查机械设计手册表12—1—4,取基准长度Lo=1000mm。4.2.2I轴和Ⅱ轴带轮的设计计算2、计算传动比nπ—Ⅱ轴的转速，取nπ=40n₁—I轴的转速，取n=1203、由机械设计手册表12—1-11,取小带轮基准直径为da₃=56mm。4、大带轮直径6、初定中心距a取a₀=380mm。7、计算基准长度da₃一小带轮基准直径，取da₃=56mm;查机械设计手册表12—1—4,取基准长度Lo=1120mm。8、实际中心距a取a=380mm。9、小带轮包角α10、确定V带根数一般单根V带可传递的功率达75kW。此处，所传递的功率远远小于75kW,所以用一根V带足以。F,=249.2N所外径d=60mm,轮槽宽b=8.5mm,设计大带轮孔径d₄=25mm,因为d₄≥2.5d,所4.3主轴的设计计算1、主轴的材料选择45钢调制处理，初步计算其最小直径。取A₀=115,则：n₃—3轴的转速，取n₃=120r/min;3、确定轴的各段直径和长度端轴承采用采用套筒进行轴向定位。由手册查得厚度为h=4mm,取IV-V轴段的直径为30mm。套筒右端用定位。平键截面尺寸分别为b×h×l=6mm×6mm×14mm、b×h×l=8mm×7mm×16mm、b×h×l=10mm×8mm×16mm(GB/T1095-1979)。圆锥滚子轴承和轴的配合，根据经验需要使用过渡配合，这时候就应该选择轴的之间公差为h6。4.3.2轴的校核根据数据对传动主轴的力矩进行分析和校核。根据上述选取的轴段的尺寸和各段上的功率和转速，可以计算出各部分的转矩大小。载荷水平面H垂直面V弯矩M总弯矩扭矩T轴的受力如图所示：FNH1M30.38N·meMM根据工程力学当中的强度理论，可以从轴段的内力图上管擦出C截面为危险截面。b一键槽宽度，取b=10t一键槽深度，取t=3.5α一强度理论变换系数，取α=0.6。轴的材料选用45钢，其许用应力[σ-]=60MPa。k一键的工作长度，取k=14mm;代入得：所以，键是安全的。4.4车架的设计计算转动清扫机的行走车架使整台机械的主体部分，也是这个清扫机的最主要的部件，机架的性能好坏也会严重影响清扫机的各方面性能，还会影响清扫机的正常工作效率，因此，选择机架式非常重要的一个步骤，直接关系到清扫机的性能。下图为清扫机的基本机架示意图：清扫机的机架上的支撑架采用A3钢，而且采用的是无缝矩形钢管。清扫机的车架上的立柱式一根中间空心的矩形长条状钢材。根据材料力学的弯矩和挠度的知识，比较两种钢材，如无缝矩形钢管和实心圆钢，根据工程力学。抗弯截面系数和抗扭截面系数相等时，无缝钢管的所占体积较小，一次，质量也较轻，经济性较好，因此，使用这种矩形钢