【《一种手扶式小型落叶清扫机结构设计》7900字（论文）】

PAGE1-一种手扶式小型落叶清扫机结构设计摘要本文所设计的是一种手扶式小型落叶清扫机。在高效率的生活方式下，小型落叶清扫机具有很大的发展空间。通过网上学习，对小型落叶清扫机的结构设计也有了具体的了解，本次设计的手扶式小型落叶清扫机主要通过对传动系统，齿轮装置，带轮，轴等分别来进行的设计，由电动机输出动力，通过传动系统传递给前端圆刷和中间滚刷来进行清扫任务，由于外部工作环境比较稳定，传动系统采用带传动和齿轮传动相互结合的方式传递动力，选用锥齿轮传动用以改变动力传动方向，带动圆刷工作，各带轮，轴依次进行设计计算，确定各带轮和各轴的结构和尺寸大小并进行校核计算。最后根据各结构设计，确定外壳形状及结构大小。此清扫设备为专属小型落叶清扫机,两侧的旋转盘型式扫刷可方便快捷的自动清扫上下墙角及周边有任何障碍物的地方，适用性强，方便快捷。关键词：手扶式；清扫机；滚刷目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 I1绪论 11.1小型落叶清扫机的发展背景 11.2小型落叶清扫机的研究意义11.3设计中出现的问题22总体结构设计 42.1对比分析 42.2工作原理 53动力装置设计 73.1蓄电池的选择 73.2电动机的选择 74落叶清扫机结构设计 94.1传动比的分配 94.2带轮的设计 94.3主轴的设计计算 114.4锥齿轮计算及校核 115车架外观结构设计 11结论 15参考文献 17附录 181绪论1.1小型落叶清扫机的发展背景随着社会水平的提高，人们的生活方式日趋多样化，各项先进技术产品层出不穷，在上世纪四十年代，国外就已经开始研究清扫机器的运用，随着各项技术的成熟，国外的清扫设备设计已逐渐成型，一些大规模厂家当时都在研发生产此款设备，用以解放大量人力劳动问题，当时国外研究的仅是个别类型的垃圾清扫装置，并没有对此进行更加深入的探索，虽然国内发展相较落后，但较于时代趋势，中国人的聪明才智发挥出来，在已有的研究基础之上进行探索，增加了设备的各项功能，设计出单独纯扫式，单独吸附式和两种方式相互结合的一种针对道路落叶的清扫机器，在垃圾，落叶清扫领域得到很大的拓展。1.2小型落叶清扫机的研究意义我国发展迅猛，已经迈入高速健康发展的快节奏生活社会,效率问题成为了当今社会所特别关注的话题，传统的道路落叶清扫处理方法和清扫设备必然不能满足当下社会高效率高水平的生活方式,落叶清扫设备无疑是具有巨大发展潜力的,同时,这也将成为贯彻实行可持续发展,节约人力物力的重要装置，日常所见道路上的大型清扫设备适合在道路中间进行清扫,而道路旁的落叶,这种大型设备就显得不那么方便,单纯的人工处理不仅劳动量大而且效率低,此款设备综合了多项设计思路成果，兼并了各项特点于一身，其中最主要的特点是此方案设计有多个清扫刷，落叶清扫将更加彻底，设计的前端两个圆刷，不仅将工作效率提高而且因为是手扶式设计可以使得前端两侧圆刷具有可以清扫台阶的功能，相比自动驾驶落叶清扫设备，实用性更强，应用范围更广社会发展所必需的结果就产生了一种小型落叶清扫机设备。此款手扶式小型落叶清扫车则为道路清扫车的一小类，专为解决路沿，有障碍物等大型清扫车不好清扫的问题，节省人力物力，方便快捷，符合当代可持续发展观念，在环保时代大背景下，此设计具有重大深远影响。1.3设计中出现的问题由于该机器主要是带传动和齿轮传动并能连接机械工作的小型机械清扫产品,动力传动设计部分相较来说复杂，因此在其实际设计使用过程中,主要出现了以下问题:设备工作时所产生的落叶清扫不彻底、清扫过程中会有残余落叶遗留，噪音大和产品使用效率不高等的问题；圆盘刷的各部分的尺寸和装置的总体设计结构将决定清扫覆盖范围的大小；设计各部分尺寸过小将导致机器清扫速度变慢；若各部分设计尺寸过大将导致机器在转弯时变得笨拙，不方便操作。整个传动系统中会存在因为尺寸设计大小不合适而出现各传动部分之间出现传递效率降低的问题，若设计尺寸偏差过大则会降低设备性能，影响设备使用效率。在设计计算中，要合理设计各部分尺寸及其结构布局，在设计此设备时要充分考虑其可能存在的问题，有针对的对此问题进行设计解决，确保设备工作效率最大化。2拟定设计方案本次设计的是手扶式小型落叶清扫机，从环保角度出发，全部采用蓄电池和电动机结合的方式，传动系统采用带传动或带传动与齿轮传动相结合的方式来联动各部分工作，全部采用手扶式设计，可以很好地解决类似台阶样有清扫死角等难以清扫的问题，采用对比法，对各设计方案逐一进行理论设计分析，从而确定本次设计的最终方案。第一种方案：图2-1设计简图运行机制：动力装置安装在设备前上端，外壳前端下方有滚刷，动力通过带传动传递给滚刷。在外壳上设有斜向挡板，前进过程中，滚刷将落叶扫起，经过斜向挡板落入设备后端箱体内部，落叶清扫完成。第二种方案：图2-2设计简图工作过程：落叶清扫开始，动力装置输出动力，通过带传动把动力传递给滚刷轴，带动滚刷逆时针转动；同时，通过主动带轮带传动带动传送带做顺向顺时针转动，滚刷将落叶扫起，经过倾斜板由传送带将落叶输送到后端，掉落到设备后端箱体内部中，落叶清扫完成。第三种方案：图2-3设计简图工作过程：设备启动，动力由电动机输出，通过带传动带动带轮3转动，使得轴上用以连接前端圆刷转动的锥齿轮开始转动。两对锥齿轮转动分别通过轴上带轮带传动使得前端两个圆刷分别做相对旋转，将两侧的落叶扫到中间，同时经过外侧带轮7，通过一根皮带将滚刷轴带动起来，然后通过滚筒刷将落叶扫起，滚筒刷将落叶扫起经过有一定角度的光滑板12，然后将落叶扫进设备后端容纳箱中。综合分析：方案一：此设计方案实现清扫落叶任务较为简单，设计中没有复杂的传动过程，各部分尺寸设计较小，后端落叶回收箱容量不大且设计蓄电池容量也不大，无法进行大规模清扫任务。方案二：此方案设计可以清扫大面积落叶，蓄电池容量大，可长时间工作。但此方案设计传送带，导致设备体积变大，前端清扫装置在进行落叶清扫时存在清扫死角。方案三：此方案设计有多个清扫刷，落叶清扫将更加彻底，设计的前端两个圆刷，不仅将工作效率提高，而且解决了方案二设计过程中导致设备体积变大而无法清扫死角的问题，同时解决了方案一落叶回收箱容量小，无法大规模作业的问题。设计中尤为突出的手扶式设计，根据整体设计思路，手扶式设计可以使得前端两侧圆刷具有可以清扫台阶的功能，相比前两种效率更高，实用性更强，应用范围更广。同时设计有大容量蓄电池，可以高效率的进行工作，清扫效果显著提高。综上分析，方案三是相比其他方案适用性更强，更加方便快捷的一种方案。由此手扶式小型落叶清扫机设计结构已确定出来。3动力装置的确定3.1蓄电池的选择本次设计所需的蓄电池要求可较长时间安全可持续正常工作,设计采用蓄电池供电，节能环保，噪音污染小，不会因为工作时间长而产生环境污染，由此采用续航时间长，污染小的铅蓄电池，产品型号：主要性能指标：（1）由于空气污染噪声小,可直接有效减少空气噪声量占排污量的比率可高达97%,甚至它还可以直接有效做到零排污（2）重量轻，便于拆卸（3）使用寿命长，工作状况相同的情况下能耗低（4）续航长，蓄满电后每次可用时长达16小时3.2电动机的选择（1）电动机种类根据设备大小，工作状况，所需功率大小等来进行电动机的正确选择。本次设计的是一种小型落叶清扫装置，载荷量不大，工作条件稳定且该设备主要用于户外移动机器道路清扫，在日常生活中，有直流电动机和交流电动机这两大类型电机，两种电机各有特点。交流电动机的特点:功率大,接口连接起来简单，适合大型设备。步进调速电动机的特点:旋转速度传动控制较为精确,型号多,适合室内传动装置有相匹配的转动速度,功率小,不容易控制,运行不平稳会产生振动，接口简单,价格便宜。落叶清扫机在室外环境下长时间工作,其电机的散热性能要好,功率大且要保证设备稳定正常工作,由此看来直流电动机是最好的选择。由此在直流电动机的基础上在进行具体化确定，并在此电机类型中，切合本设计要求的，在室外环境工作且设计要求前端圆刷转速不易过快，由蓄电池输出动力，保证转速平稳，由此选择直流减速电机。这种电机可控性较高，不会出现猛烈的转速变化，另外相比之下此款电动机正常的使用寿命较长，各性能特点更符合装备于手扶式落叶清扫机当中。所以在设计过程中，将电机设计成齿轮减速电机，即电动机上如果一个小的转轴没有从一个齿轮驱动中心轴的方向垂直伸出,那么这个放在转轴上的电动机很有可能就是一个齿轮驱动带有减速器的齿轮电动机。选用此款电机也是要根据很多指标来进行选择，其中最主要的就是使用电压电流要求,结构,重量和功率。在大型小功率高速工作场所,其中，又分为塑料制齿轮和金属制齿轮。金属制齿轮电机有较长的齿轮使用寿命,塑料制的齿轮虽然轻,但不是很适合高转矩工作场合进行工作,该系列落叶清扫机配套设备广泛应用于中高转矩工作场合，考虑到设备使用寿命和电机工作时长，所以选用金属制齿轮减速电机作为小型落叶清扫设备的动力装置是最好的方案（2）电动机功率的计算正确选择电动机的功率对电动机本身有很大的影响，选择不恰当会严重影响设备使用寿命，带来不必要的浪费，另外还要考虑电机正常工作所处的工作环境是否合适，当功率小于实际所需功率要求的大小时候,电动机功率无法及时承担动力输出会影响电动设备的正常工作运转,从而导致无法及时进行日常清扫维护工作,另外如果实际功率超过电机的额定功率，长时间处于负载状态下会导致电机发热从而造成电机损坏，引发危险;若功率选得过大则在影响电动机产品价格、能源综合利用率等各个方面都会略显有些不足,但如果经常电机处于不良的满载状态运行,其工作效率和使用功率在长一段时间功耗累计之下必然也就会有所损坏,间接的导致续航能力低下，造成不必要的电能浪费。设备正常工作，电动机正常工作的主要指标之一是电功率，电功率的大小与设备所受载荷和电机工作时间可能产生的热量有关，选择正确的电动机电功率对设备的使用寿命也有很大关联，当电机在正常范围工作条件下的散热量与工作时长在一定比例下呈现正相关。小型落叶清扫机作为长时间工作，负载变化不大的小型机械设备，在设计过程中只要确保所需要的电机额定功率等于或小于最后选择的电动机额定功率，即表示,在这种情况下，设备正常工作时不会出现电机负载过热，这为以后的设计计算节省了时间，因为过热现象问题出现的概率低，所以在最后的校核中机器过热现象和力矩就不需要在进行计算校核了。小型落叶清扫机前端圆刷采用的是尼龙钢丝材质，转动过程中圆刷受到力约为，转动速度为.中间大滚轴上的刷子受力,转速。前端圆刷转矩功率前端圆刷与锥齿轮间取90%的传递效率横向锥齿轮的功率：=竖向锥齿轮功率后端钢刷轴转矩其功率大带轮轴与大滚筒承采用滚筒带传动,电机与大带轮轴采用带传动方式，输出功率()因为本设计手扶式小型落叶清扫装置工作情况稳定，载荷变化小，不需要高转速即可满足使用要求，所以，的减速齿轮驱动电机即可满足设计要求。4传动机构的设计计算4.1传动比分配当确定电动机参数后，可以计算出其传动比在明确传动计划后，根据传动关系分配传动比电机到大带轮轴的传动比；由大带轮轴到滚筒轴的传动比。电机到前端圆刷的总传动比由传动比分配关系得4.2带轮的设计计算4.2.1主轴带轮设计计算1）计算功率2）传动比3），取小带轮直径为4）根据传动比分配，对大带轮直径，带速，进行设计计算，分别为=5）按照确定参数，对中心距，基准长度及小带轮包角进行设计计算，分别为取查表，取中心距长度为，由以上计算结果做参数计算实际中心距a查表取中心距的变化范围为即小带轮包角符合设计要求计算V带根数Z带轮速度经过计算为V=1.57m/s，查表选择适合的带型，z型合适，小带轮直径50mm，计算得：取Z=1，即一条v带就满足设计要求根据电机功率等实际应用情况，单个v带电动机及组能够同时传递的最大输出功率大约为75kw，本设计的落叶清扫装置传递功率低于75kw所以只需要一根v带即可。7）计算v带初拉力，小带轮轴力9）带轮的结构设计图4-1V带的截面形式基准宽度，上下槽深，带轮宽，外径等设计参数如下：；基准线上槽深为；基准线下槽深为；带轮宽；外径；根据这些参数来进行带轮结构的设计。将小带轮定为，，，轮宽，轮槽宽。因为基准直径，所以小带轮采用实心结构。根据参数进行大带轮基准直径的计算小带轮直径计算结果显示，即大带轮采用孔板式，，，，。。图4-2=1\*ROMANI轴大带轮结构示意图4.2.2=1\*ROMANI-Ⅱ轴带轮的设计计算1）计算功率2）根据传动关系分配传动比3），确定该轴上小带轮直径为4）根据传动比分配，对大带轮直径，带速，进行设计计算，分别为5）按照确定参数，对中心距，基准长度及小带轮包角进行设计计算，分别为在范围内选择一个合适的数据查表，取中心距长度为，由以上计算结果做参数计算实际中心距a考虑其中存在误差和距离间隙，取即小带轮包角符合设计要求6）计算V带根数Z7）单条带受力()()式中：——包角修正系数查机械设计手册表得8）压轴力F9）带轮结构的设计参照上面的设计思路和方法，设计此带轮孔径，轮宽，外径等参数分别为，，，，采用实心式设计方法。根据参数设计大带轮孔径，进行计算比较得设计。。4.2.3Ⅲ轴的带轮设计1）计算功率2）该轴上由传动关系分配传动比为3），确定小带轮的基准直径4）根据传动比分配，对带轮带速，中心距分别进行设计计算5）按照确定参数对基准长度进行计算经过查机械设计手册表知，可以确定基准长度6）计算V带根数Z，带拉力及压轴力由计算结果可知，一根V带即可满足此部分传动系统工作要求()7）带轮结构设计由各设计参数确定此处传动装置的两个带轮均结构，v带轮设计的时候应保证几点：质量要求不能太重且要质量分布均布；部件铸造时不能产生气孔：工作面加工精度要求要高，降低损耗。4.3主轴的设计计算4.3.1主轴的结构设计1）基本原料是45钢，进行调质处理，查表和根据本设计机器属于不算是大型设备，初步设计其最小直径，进行如下计算取最小直径为2）采用下图所示装配方案：图4.1主轴装配示意图4.3.2轴的校核下面对主轴进行校核。按照所设计的轴的尺寸和轴上各地方所能传递的功率，计算出轴上的力及力矩。载荷水平面H垂直面V支反力F,,弯矩M总弯矩扭矩T轴的受力如图所示：11.25N·m11.25N·m35.37N·m25.36N·mF11.25N·m11.25N·m图4.2主轴的受力示意图在进行校核计算过程时，只要将轴上所受力最大的部分找出来，对该部分进行校核计算，如果该部分符合设计要求，那么就无须在对其它部分进行校核了。=选用常见的45钢轴，其许用应力〔〕〔〕即轴的结构尺寸符合设计要求4.3.3键的校核在机械设计中，键的设计与校核过程至关重要，由于键的存在使得轴的传动更加灵动，但由于配合方式的不同会使得键的工作面发生挤压损坏造成失效，从而影响设备的正常运转，在设计有键的结构中，都要对其进行校核将上述的计算结果与所涉及的部件中许用应力最小的[]相比较来进行数值的合适选择，查得其中[]，综合分析确定[]，进行数值计算﹤[σp]根据计算结果显示设计的键满足安全性能要求4.4锥齿轮的设计与计算1）对模数，齿数以及齿数比等分别进行设计计算通过对类似设备的研究分析初步确定此款机器的模数查表μ,由计算公式得齿数比，由于齿数之间的特殊关系，确定齿数为33，所以他的实际2）接下来进行齿轮分锥角，分度圆直径，齿宽的计算(～)3）齿高，螺旋角，参考点法向模数的计算分别为4）分别对高变位系数，齿顶高，齿根高，齿顶圆直径及切向变位系数进行设计计算，根据前面计算确定的齿数数值，即()==5）对最后计算齿厚所需数据进行计算，需知支撑距离，螺旋角，所以进行计算由设计资料确定该结构数据为,因为，=,得最后求得()()4.4.2锥齿轮校核计算齿根弯曲疲劳强度计算锥齿轮的弯曲疲劳强度可以近似地按照平均分度圆处的当量圆柱齿轮来进行设计计算。式中：各参数为；；；。查表得查表得Ф取查表得﹤齿面接触疲劳强度计算式中：查表取查表图得〔〕〔〕综上校核计算结果，该锥齿轮设计结果符合设计要求5车架外观结构设计本次设计的最终部分是设备外形形状和结构的设计，合理的对设备外形进行设计关乎设备运行的各个方面，设计合理，清扫设备内部空间就会富裕，布局也就有所选择，总之，合理进行设计外部形状结构具有重要意义。此款落叶清扫设备外形的设计采用三角屋檐式设计，考虑到落叶清扫设备是在室外进行工作作业，防止清扫车在室外因下雨天气而导致设备顶端积水或造成顶板损坏。设计有长手扶式柄，柄上安装防滑套，便于进行设备作业。外部板材料，内部车架支撑装置均采用Q235钢材，进行材料的焊接，其可承载性能较好整个清扫机器外形采用中间空，横纵长钢材焊接固定。无缝焊接矩型钢管与实心圆型钢等其他各种实心矩型钢材及其产品类型相比,在具有抗弯性和抗压耐扭性和强度相同时,重量也相对更轻,是一种使用价格比较经济且有大截面的新型钢材,广泛应用于各种大型建筑和土木结构零部件和各种工程机械设备零部件,各种原材料的整体利用率得到很大的提高,简化了钢材制造生产过程,节省了许多原材料及产品加工厂的费用。而且,矩形管的纵向耐腐蚀性能强相比其他圆型碳钢管的横向抗弯腐蚀能力强。底板设计清扫机器的底板设计只要满足安置动力装置的地方的可承载性能即可，根据设计的整个动力装置重量，横竖向所受转矩大小，参考已有其他类型清扫设备底板厚度及整体结构，选用Q235热轧复合钢板,参考符合本次设计要求的底板尺寸大小为1070800mm，厚度为5mm1060图5-1外形简图结论在高速发展，生活节奏变快的今天，高效的工作效率是适应社会发展所必需的，由此各层面的各种便捷的机械产品产生了，此款手扶式小型落叶清扫车则为道路清扫车的一小类，专为解决路沿，有障碍物等大型清扫车不好清扫的问题，节省人力物力，方便快捷，符合当代可持续发展观念，在环保时代大背景下，此设计具有重大深远影响。此篇论文