王诗艺--5.6本科毕业论文（设计）开题报告.doc
大连大学-手推式地面清洁机(三维SW2010）带机械图
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大连大学-手推式地面清洁机(三维SW2010）带机械图,大连,大学,手推式,地面,清洁,三维,SW2010,机械
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本科毕业设计说明书手推式地面清洁机设计学 院专 业学 号学生姓名指导教师提交日期年 月 日摘 要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地面清洁机有了广大的市场。但是现在市场上存在的手推式地面清洁机质量好的一般价格也比较昂贵，希望通过这次设计，可以降低手推式地面清洁机的生产成本，使得手推式地面清洁机能够进入更多人的生活当中。根据手推式地面清洁机清洗作业的要求，机器人首先必须具备清洗作业功能和控制功能，此外手推式地面清洁机还必须在地面进行和移动。手推式地面清洁机主机主要由箱体，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，可调系统安装在悬吊支撑架背后，系统可通过调节转速控制清洗力，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。关键词：手推式地面清洁机；运动原理；结构设计 IIAbstractToday, more and more rapid development of society, faster and faster pace of life, people who are under increasing pressure, so few people will still want to after a days work to clean his room. This makes cleaning push floor cleaning machines in great demand. But now good push floor-cleaning machine quality is generally present on the market price is also more expensive, hope that through this design, reduce production costs push floor cleaning machines that push floor cleaning machine can go more peoples lives. The requirements push floor cleaning machine cleaning operations, the robot must first have the cleaning work and control functions, in addition push floor-cleaning machine and must also be moved on the ground. Push floor cleaning machine hosts mainly by the cabinet, the support frame, shield, brush, motor, gear system and so on. Pressing the brush, a certain pressure cleaning, the brush is rotated by a motor drive, to achieve the purpose of cleaning. Host has a suspension bracket, the suspension system is connected to the outer side, the adjustable suspension system is mounted on the back support frame, by adjusting the speed control system may force the cleaning, the support frame is suspended by a circular guide and the casing (mounted thereon two two roll) connected to the cleaning apparatus are all mounted on the housing, the cleaning system is fixed to the suspension support frame is performed by a stepping motor gear transmission in units of 90 to effect pivotal movement of the cross-wash wash and longitudinal conversion. There are two disc-shaped housing on the washing brush, the bottom of the washing liquid sprayer has twelve holes disc brush, and another two cylindrical roller brush, which travel in front of a water injection hole, and a flexible wiper blade mounted , so that the site cleaned quickly air dried and left to avoid corrosion of the floor cleaning liquid. The casing there is a motor rotation transmitted through a bevel gear on one of the disc-shaped cleaning brushes, through the gear transmission transmits the rotation to the other disc brush, the brush is rotated two opposite directions, can achieve better cleaning effect, a V-belt cylindrical roller brush driven by the shaft of the motor by the tail. In the suspension support frame with a cover to prevent the cleaning solution scattered. Keywords: push floor cleaning machines; the principle of movement; structural design目 录摘 要IAbstractII目 录1第1章 前言11.1 课题的研究意义11.2 选题的研究现状11.3 国内外研讨现状2第2章 手推式地面清洁机总体方案设计82.1 手推式地面清洁机的总体方案82.2 手推式地面清洁机传动系统方案82.3 手推式地面清洁机清洗系统方案92.4 其它部分方案102.4.1 材料选择102.4.2 轮的润滑问题102.4.3 轴承的润滑问题102.5 本章小结10第3章 手推式地面清洁机传动系统设计113.1 手推式地面清洁机电动机的选择113.2 直齿轮副的设计计算143.2.1 齿面接触疲劳强度计算163.2.2 齿根抗弯疲劳强度验算173.2.3 齿面静强度计算183.2.4 齿根（抗弯）静强度验算193.3 锥齿轮副的设计计算193.3.1 基础尺寸确定193.3.2 确定载荷系数K213.3.3 齿面接触疲劳强度计算213.3.4 齿根抗弯疲劳强度计算223.4 中心轴管的受力分析233.5 中心轴管的强度校核243.6 键的校核263.7 轴承的校核263.8 本章小结27第4章 手推式地面清洁机清洗系统设计284.1 清洗机方案的比较与确定284.2 清洗机器清洗部分设计304.2.1 盘刷设计304.2.2 滚刷设计314.2.3清洗部分所用弹簧的设计324.3 内空心轴设计394.4 清洗机主机滚轮的设计404.5 本章小结40第5章 其他辅助系统设计415.1 电机的选取415.2 同步带的概述及计算445.2.1 同步带介绍445.2.2 同步带的特点455.2.3 同步带传动的主要失效形式455.2.4 同步带传动的设计准则485.2.5 同步带分类485.2.6 同步带计算选型495.2.7 同步带的主要参数（结构部分）525.2.8 同步带的设计545.2.9 同步带轮的设计545.3 轴的设计555.4 轴的校核565.5 键的校核57结 论58参考文献59致 谢617第1章 前言1.1 课题的研究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地面清洁机有了广大的市场。但是现在市场上存在的手推式地面清洁机质量好的一般价格也比较昂贵，希望通过这次设计，可以降低手推式地面清洁机的生产成本，使得手推式地面清洁机能够进入更多人的生活当中。1.2 选题的研究现状国外手推式地面清洁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，国外在手推式地面清洁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。国内手推式地面清洁机现状：在国内，各大科研机构和高等院校也都开始自动手推式地面清洁机的研究。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手推式地面清洁机器人。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。虽然我国研制出的手推式地面清洁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地面清洁机1，如图1-1 所示，这款手推式地面清洁机的内部装有芯片控制系统以及光电传感器，一旦手推式地面清洁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。在这款手推式地面清洁机的内部一共设置了四种清洁程序，手推式地面清洁机会根据环境的不同来选择最合适的程序进行打扫。在手推式地面清洁机的内部装有光敏传感器，当手推式地面清洁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，然后手推式地面清洁机就会自动远离，这就避免了手推式地面清洁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。因而对中国手推式地面清洁机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。1.3 国内外研讨现状国内手推式地面清洁机的开展阅历进程如下；第一期间，20世纪60时代，中国研制出纯扫式手推式地面清洁机，因纯扫式手推式地面清洁机有功用差、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手推式地面清洁机。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手推式地面清洁机。它以其纯扫式手推式地面清洁机无可比拼的优势，进入中国的大中城市。如今，在中国手推式地面清洁机商场中，吸扫式手推式地面清洁机占有率为95%以上。第二期间，20世纪晚期，是中国手推式地面清洁机开展最快的期间，手推式地面清洁机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、居民小区也选用手推式地面清洁机进行路面打扫。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，中国手推式地面清洁机大都为2t8t汽车底盘改装，这种手推式地面清洁机转场速度快，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，跟着手推式地面清洁机商场的扩展，对手推式地面清洁机的用户需要也在发生变化，中小全液压手推式地面清洁机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手推式地面清洁机用户。不少手推式地面清洁机出产公司也开?了专用底盘的中小型全液压手推式地面清洁机，多种标准的中小型全液压手推式地面清洁机投放了商场。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手推式地面清洁机的研制和出产，并取得了较好的开展。当前，国产路面手推式地面清洁机的种类标准、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。手推式地面清洁机本身的扁平结构，极大地方便了手推式地面清洁机的清洗，一些我们平常不容易打扫的地方，对手推式地面清洁机而言，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；这款手推式地面清洁机能够分三个档位来工作：正常、快速和点清理；当手推式地面清洁机的垃圾盒被垃圾充满之后，手推式地面清洁机就会发出警报；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地面清洁机的打扫范围。“三叶虫”的电源是可充电的，电量充满之后手推式地面清洁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月手推式地面清洁机“Roomba”在美国面世，它的重量大约是2千克，直径30英寸2。这款手推式地面清洁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，可以设定手推式地面清洁机进行自主工作，当打扫完成之后，手推式地面清洁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”手推式地面清洁机国内现状：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地面清洁机的研究，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地面清洁机，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。手推式地面清洁机工作之前，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，手推式地面清洁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地面清洁机KV8，这款手推式地面清洁机防跌落，可以自主清洗，同时价格便宜。但是这款手推式地面清洁机没有充电站，只能靠人工进行充电。国内众多品牌清洁手推式地面清洁机中，科沃斯手推式地面清洁机是比较出名的。市场上平均卖出3台清洗手推式地面清洁机，当中有2台就是科沃斯的。科沃斯清洁手推式地面清洁机利用涡轮增压系统提高手推式地面清洁机的清洗动力，从而使得手推式地面清洁机打扫房间的质量得到保障。这款手推式地面清洁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 科沃斯洗地手推式地面清洁机 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）； 技术路线:设计参数:要求清洁面积在500-3000平方米。工作效率2600m2/H,各运动部件的设计完成扫地、洒水、洗地、擦地、吸水、干地等各项功能。考虑到采用人工推的方式进行，外形尺寸不适合做的太大，这样人操作起来很费力。第2章 手推式地面清洁机总体方案设计2.1 手推式地面清洁机的总体方案主机主要由箱体，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，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 手推式地面清洁机传动系统方案 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。2.3 手推式地面清洁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,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。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地面清洁机的总体方案。根据作业环境，对机器人从清洗系统方面进行设计，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。61第3章 手推式地面清洁机传动系统设计3.1 手推式地面清洁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3-1：表3-1 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3-3 电动机的安装及外形尺寸示意图表3-2 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3.8 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 手推式地面清洁机清洗系统设计4.1 清洗机方案的比较与确定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4-1 清洗机构一 (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4-2 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4-3 清洗机构三 (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4-4 清洗机构四图4-4 清洗机构五以上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。 4.2 清洗机器清洗部分设计假设清洗速度0.2m2/s。4.2.1 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4-6：图4-6 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4.2.2 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4-7：图4-7 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)4.2.3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。图4-8 弹簧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 图4-9 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4-10a)，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4-10b)或导套(如上图4-10c)。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。 图4-11 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4.3 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4-12：图4-12 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。4.4 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，所以大部分压力应由滚轮来承担，同时也增大了滚轮与地面之间的摩擦力。当电机驱动时，清洗机横向行走。所以滚轮与地面之间应有良好的接触 ，不可打滑。结构设计如下图4-13：图4-13清洗机主机滚轮结构图4.5 本章小结本章确定了清洗部件(盘刷、洗刷)的尺寸及其他部件的设计，应用双刷系统，有利于对水的利用效率。第5章 其他辅助系统设计 擦地主要靠纵向毛刷机构实现的，干地功能主要靠电机带动带传动带动风扇机构实现的，具体见下面设计计算： 5.1 电机的选取表5.1 摩擦系数表作用在一个滚子上的载荷（包括滚子自重） N物品与接触的底面材料金属木材硬底板01100.040.0450.051104500.0350.0350.054509000.0250.030.0459000.020.0250.051）驱动功率计算则工作时受到的摩擦力为：假设该扫地机重量是100kg,重力加速度取10N/kg。则则电机所需力为：假设旋转直径R=125mm假设转速na=61rpm 速度v=Rna=0.12561=24m/min 设功率安全系数为1.2，驱动装置的效率为0.8，则需要的驱动功率为：2）电动机至的总效率c联轴器效率，c=0.99b对滚动轴承效率，b=0.99v带效率，v=0.94cy效率，cy=0。96估算传动系统总效率=vbccy=0.940.990.990.96=0.883） 所需电动机的功率Pd（kw）Pd=Pw/=0.05/0.88=0.06kw（1） 基于电动机的以上特点，本文选用作为北京和利时电机技术有限公司部分110BYG系列混合式步进电机输送机床的驱动装置。图5.1是北京和利时电机技术有限公司部分110BYG系列混合式步进电机的技术数据。图5.1 110BYG系列混合式步进电机的技术数据所以根据计算所得数据选择110BYG350DH-SAKRMA型号的电机，图5.2是110BYG系列混合式步进电机的型号说明。图5.2 110BYG系列混合式步进电机的型号说明110BYG系列混合式步进电机的外形尺寸，如图5.3所示。图5.3 110BYG系列混合式步进电机的外形尺寸110BYG系列混合式步进电机的矩频特性曲线，如图3.4所示。图5.4 110BYG350DH型电机矩频特性曲线5.2 同步带的概述及计算5.2.1 同步带介绍同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。同步带传动（见图5.5）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-2080，v50m/s，P300kw,i10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。图5.5 同步带传动同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。 同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达1:10。允许线速度可达50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。传动效率高，一般可达98%，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。 本产品广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中。同步带的使用，改变了带传动单纯为摩擦传动的概念，扩展了带传动的范围，从而成为带传动中具有相对独立性的研究对象，给带传动的发展开辟了新的途径。5.2.2 同步带的特点(1)、传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；(2)、传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低；(3)、传动效率高，可达0.98，节能效果明显；(4)、维护保养方便，不需润滑，维护费用低；(5)、速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；(6)、可用于长距离传动，中心距可达10m以上。5.2.3 同步带传动的主要失效形式在同步带传动中常见的失效形式有如下几种：(1)、同步带的承载绳断裂破坏同步带在运转过程中承载绳断裂损坏是常见的失效形式。失效原因是带在传递动力过程中，在承载绳作用有过大的拉力，而使承载绳被拉断。此外当选用的主动捞轮直径过小，使承载绳在进入和退出带抡中承受较大的周期性的弯曲疲劳应力作用，也会产生弯曲疲劳折断(见图5.6)。图5.6 同步带承载绳断裂损坏(2)、同步带的爬齿和跳齿根据对带爬齿和跳齿现象的分析，带的爬齿和眺齿是由于几何和力学两种因素所引起。因此为避免产生爬齿和跳齿，可采用以下一些措施：1、控制同步带所传递的圆周力，使它小于或等于由带型号所决定的许用圆周力。2、控制带与带轮间的节距差值，使它位于允许的节距误差范围内。3、适当增大带安装时的初拉力开。，使带齿不易从轮齿槽中滑出。4、提高同步带基体材料的硬度，减少带的弹性变形，可以减少爬齿现象的产生。(3)、带齿的剪切破坏带齿在与带轮齿啮合传力过程中，在剪切和挤压应力作用下带齿表面产生裂纹此裂纹逐渐向齿根部扩展，并沿承线绳表面延件，直至整个带齿与带基体脱离，这就是带齿的剪切脱落（见图5.7）。造成带齿剪切脱落的原因大致有如下几个：1、同步带与带轮问有较大的节距差，使带齿无法完全进入轮齿槽，从而产生不完全啮合状态，而使带齿在较小的接触面积上承受过大的载荷，从而产生应力集中，导致带齿剪切损坏。 2、带与带轮在围齿区内的啮合齿数过少，使啮合带齿承受过大的载荷，而产生剪切破坏。 3、同步带的基体材料强度差。为减少带齿被剪切，首先应严格控制带与带轮间的节距误差，保证带齿与轮齿能正确啮合；其次应使带与带轮在围齿区内的啮合齿数等于或大于6，此外在选材上应采用有较高勿切韧挤压强度的材料作为带的基体材料。图5.7 带齿的剪切破坏 (4)、带齿的磨损带齿的磨损（见图5.8）包括带齿工作面及带齿齿顶因角处和齿谷底部的廓损。造成磨损的原因是过大的张紧力和忻齿和轮齿间的啮合干涉。因此减少带齿的磨损，应在安装时合理的调整带的张紧力；在带齿齿形设计时，选用较大的带齿齿顶圆角半径，以减少啮合时轮齿的挤压和刮削；此外应提高同步带带齿材料的耐磨性。图5.8 带齿磨损(5)、同步带带背的龟裂(图5.9)同步带在运转一段时期后，有时在带背会产生龟裂现象，而使带失效。同步带带背产生龟裂的原因如下， 1、带基体材料的老化所引起；2、带长期工作在道低的温度下，使带背基体材料产生龟裂。图5.9 同步带带背龟裂 防止带背龟裂的方法是改进带基体材料的材质，提向材料的耐寒、耐热性和抗老化性能，此外尽量避免同步带在低温和高温条件下工作。5.2.4 同步带传动的设计准则据对同步带传动失效形式的分析，可知如同步带与带轮材料有较高的机械性能，制造工艺合理，带、轮的尺寸控制严格，安装调试也正确，那么许多失效形式均可避免。因此，在正常工作条件下，同步带传动的主要失效形式为如下三种； (1)同步带的承载绳疲劳拉断； (2同步带的打滑和跳齿； (3)同步带带齿的磨损。 因此，同步带传动的设计淮则是同步带在不打滑情况下，具有较高的抗拉强度，保证承线绳不被拉断。此外，在灰尘、杂质较多的工作条件下应对带齿进行耐磨性计算。5.2.5 同步带分类同步带齿有梯形齿和弧齿两类，弧齿又有三种系列：圆弧齿(H系列又称HTD带)、平顶圆弧齿(S系列又称为STPD带)和凹顶抛物线齿（R系列)。梯形齿同步带 梯形齿同步带分单面有齿和双面有齿两种，简称为单面带和双面带。双面带又按齿的排列方式分为对称齿型（代号DA)和交错齿型(代号DB。梯形齿同步带有两种尺寸制：节距制和模数制。我国采用节距制，并根据ISO 5296制订了同步带传动相应标准GB/T 1136111362-1989和GB/T 11616-1989。弧齿同步带 弧齿同步带除了齿形为曲线形外，其结构与梯形齿同步带基本相同，带的节距相当，其齿高、齿根厚和齿根圆角半径等均比梯形齿大。带齿受载后，应力分布状态较好，平缓了齿根的应力集中，提高了齿的承载能力。故弧齿同步带比梯形齿同步带传递功率大，且能防止啮合过程中齿的干涉。弧齿同步带耐磨性能好，工作时噪声小，不需润滑，可用于有粉尘的恶劣环境。已在食品、汽车、纺织、制药、印刷、造纸等行业得到广泛应用。5.2.6 同步带计算选型设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下：式中需要传递的名义功率工作情况系数，按表3.2工作情况系数选取=1.7；表3.2 工作情况系数2） 确定带的型号和节距 可根据同步带传动的设计功率Pd和小带轮转速n1，由同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。 其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3.3表5.3 同步带选型选同步带的型号为H：，节距为：Pb=8.00mm3) 选择小带轮齿数z1，z2 可根据同步带的最小许用齿数确定。查表3-3-3得。 查得小带轮最小齿数14。实际齿数应该大于这个数据初步取值z1=34故大带轮齿数为：z2=iz1=1z1=34。 故z1=34，z2=34。4） 确定带轮的节圆直径d1，d2小带轮节圆直径d1=Pbz1/=8.0034/3.1486.53mm大带轮节圆直径d2=Pbz2/=8.0034/3.1486.53mm5） 验证带速v 由公式v=d1n1/60000计算得， svmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。10、同步带带长及其齿数确定=() = =719.7mm11、带轮啮合齿数计算有在本次设计中传动比为1，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即=17。12、基本额定功率的计算查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步带的基准额定功率为=0.21KW表5.4 基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量13、计算作用在轴上力=71.6N5.2.7 同步带的主要参数（结构部分）1、同步带的节线长度 同步带工作时，其承载绳中心线长度应保持不变，因此称此中心线为同步带的节线，并以节线周长作为带的公称长皮，称为节线长度。在同步带传动中，带节线长度是一个重要参数。当传动的中心距已定时，带的节线长度过大过小，都会影响带齿与轮齿的正常啮合，因此在同步带标准中，对梯形齿同步带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的同步带节线长度应在规定的极限偏差范围之内（见表5.5）。表5.5 带节线长度表2、带的节距Pb如图5.10所示，同步带相邻两齿对应点沿节线量度所得约长度称为同步带的节距。带节距大小决定着同步带和带轮齿各部分尺寸的大小，节距越大，带的各部分尺寸越大，承载能力也随之越高。因此带节距是同步带最主要参数在节距制同步带系列中以不同节距来区分同步带的型号。在制造时，带节距通过铸造模具来加以控制。梯形齿标准同步带的齿形尺寸见表5.6。3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交点之间的距离称为带的齿根宽度，以s表示。带的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传动较大的裁荷。图5.10 带的标准尺寸表5.6 梯形齿标准同步带的齿形尺寸4、带的齿根圆角 带齿齿根回角半径rr的大小与带齿工作时齿根应力集中程度有关t齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。5、带齿齿顶圆角半径八 带齿齿项圆角半径八的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在同步带传动中，带齿与带轮齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时，带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角梯形带齿齿形角日的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响。如齿形角霹过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入带轮齿槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产生带齿在轮齿顶部跳跃现象。5.2.8 同步带的设计在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表5.7。带的图形如图5.11。表5.7 同步带尺寸型号节距齿形角齿根厚齿高齿根圆角半径齿顶圆半径H840。6.124.31.021.02图5.11 同步带5.2.9 同步带轮的设计同步带轮的设计的基本要求1、保证带齿能顺利地啮入与啮出由于轮齿与带齿的啮合同非共规齿廓啮合传动，因此在少带齿顶部与轮齿顶部拐角处的干涉，并便于带齿滑入或滑出轮齿槽。2、轮齿的齿廊曲线应能减少啮合变形，能获得大的接触面积，提高带齿的承载能力即在选探轮齿齿廓曲线时，应使带齿啮入或啮出时变形小，磨擦损耗小，并保证与带齿均匀接触，有较大的接触面积，使带齿能承受更大的载荷。3、有良好的加了工艺性 加工工艺性好的带轮齿形可以减少刀具数量与切齿了作员，从而可提高生产率，降低制造成本。4、具有合理的齿形角齿形角是决定带轮齿形的重要的力学和几何参数，大的齿形角有利于带齿的顺利啮入和啮出，但易使带齿产生爬齿和跳齿现象；而齿形角过小，则会造成带齿与轮齿的啮合干涉，因此轮齿必须选用合理的齿形角。5.3 轴的设计5.3.1 材料可选轴的材料为45钢，调质处理。5.3.2 计算轴的最小直径电机轴的直径为14,由于轴的直径小于100mm，且由3个键槽，故将轴径增加15%，即将轴径圆整为标准直径，取d=14mm5.3.3 轴的结构设计1、轴的外形结构2、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。（1）、根据内径可得d67=30 mm，根据的宽度可得出L67=20 mm，右侧采用轴肩定为，取d78=38 mm，L78=11 mm。（2）、初选深沟球轴承D6204，其尺寸为dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20
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