【正文】 可調(diào)） 38g/cm2 38g/cm2 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 刷子轉(zhuǎn)速 155 r/min 155 r/min 機(jī)器重量 168 Kg 168 Kg 機(jī)身尺寸 1495*1125*710 mm 1495*1125*710 mm 圖 12 清洗機(jī) Media 美國(guó) T3e（坦能）自動(dòng)清洗機(jī)（圖 13所示） 。Gadlee GT50 手推洗地機(jī)為工商業(yè)地面清洗提供 最佳解決方案，適合于所有的工商業(yè)環(huán)境地面，例如：環(huán)氧樹(shù)脂地面，油漆地面，混凝土，瓷磚地面等等，完美高效完成生產(chǎn)車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)，物流中心，超市等的地面清洗，清洗的同時(shí)自動(dòng)完成污水的回收，實(shí)現(xiàn)真正高效完美的清洗效果！如圖 15所示。 高效真空吸水電機(jī)。 電瓶容量指示。 AFS（防泡沫系統(tǒng)）。 精密內(nèi)部機(jī)構(gòu) 全機(jī)采用高密度聚乙烯（ HDPE）制成。 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 15 GT50 課題設(shè)計(jì)研究的目的和意義 地面自動(dòng)清洗機(jī)將 移動(dòng)機(jī)器人 技術(shù)和刷洗、吸干技術(shù)有機(jī)融合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)地面的手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)清洗，替代傳統(tǒng)繁重的人工清潔工作，近年來(lái)已受到國(guó)內(nèi)外的研究人員重視。華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 感知 系統(tǒng)一般采用超聲波測(cè)距儀、接觸和接近覺(jué)傳感器、紅外線傳感器和 CCD 攝像機(jī)等。 目 前已開(kāi)發(fā)出各種各樣的傳感器， 通常采用的傳感器分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。 路徑規(guī)劃技術(shù) 自動(dòng)清洗機(jī)的路徑規(guī)劃就是根據(jù)清洗機(jī)所感知到的工作環(huán)境信息，按照某種優(yōu)化指標(biāo)，華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 在起始點(diǎn)目標(biāo)點(diǎn)規(guī)劃出一條與環(huán)境障礙 無(wú)碰撞的路徑，并且實(shí)現(xiàn)所需清洗區(qū)域的合理完全路徑覆蓋。 吸干技術(shù) 真空泵吸干是由高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇或螺桿使機(jī)體形成真空從而產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流，將遺水通過(guò)吸口吸入 機(jī)體內(nèi)。 下表簡(jiǎn)單介紹了以些可供選擇的化學(xué)電池及其性能和特點(diǎn)。 (4)配備防浪擋板 ,避免污水外濺 ,刷盤(pán)無(wú) 需任何工具 ,可以輕松拆裝 。通過(guò)真空泵制造吸力，將地面殘余的水吸入污水箱中； （ 3） 吸水扒機(jī)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)課題中，地面自動(dòng)清洗機(jī)的重量不是很大，工作主要在室內(nèi)，環(huán)境較好 ，三點(diǎn)確定一個(gè)平面，三輪理論上也是穩(wěn)定的。 按照上述的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，地面自動(dòng)清洗機(jī)采用兩直流電動(dòng)機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)左右兩后輪的差動(dòng)方式，控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可以方便的實(shí)現(xiàn)清洗機(jī)的前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退，以及調(diào)頭等功能，使清洗機(jī)能夠在任意半徑下，以任意速度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，甚至可以實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑（即繞軸中點(diǎn)原地旋轉(zhuǎn)）。 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 地面自動(dòng)清洗機(jī) 工作的流程如下： （ 1） 首先可以通過(guò)鍵盤(pán)或者遙控器啟動(dòng)清洗機(jī)，讓它開(kāi)始清洗工作。清洗機(jī)面板上有控制其開(kāi)始 /停止工作的按鍵。 采用浮動(dòng)式刷盤(pán)結(jié)構(gòu)，縱觀許多清洗機(jī)刷盤(pán)的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)均在刷盤(pán)上做文章，本設(shè)計(jì)采用可收 縮式前輪實(shí)現(xiàn)刷盤(pán)與地面的接觸、不接觸操作，其機(jī)構(gòu)借鑒飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)，如圖 44所示： 圖 44 前輪收縮機(jī)構(gòu) 在輪子放下時(shí)，桿 BC 與 CD成一直線，此時(shí)輪子上雖受到很大的力，但由于機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，機(jī)架不會(huì)反轉(zhuǎn)（折回），這使得輪子的伸縮更加可靠。其結(jié)構(gòu)如圖 412所示。 拉下手把后，以機(jī)架上的螺栓為支點(diǎn)，使其卡住清洗機(jī)外殼，即可使吸水扒在升起后固定 。其中箱體分為兩個(gè)部分，即清水箱和污水箱。 圖 415 刷洗機(jī)構(gòu) 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 電機(jī) 1 通電，旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)與之相連接的小帶輪 2，通過(guò)皮帶 3 過(guò)渡到大帶輪上，使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)刷洗盤(pán)和刷子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)刷洗運(yùn)動(dòng)。 因此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 S9D20024,所選電動(dòng)機(jī)額定功率為 Ped=200w, 滿載轉(zhuǎn)速 N=3000r/min,總傳動(dòng)比適中 ，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。軸與底板由凸臺(tái)固定，上部裝有軸承，上端由套筒固定，下端采用軸承端蓋。因此，該軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中，使軸的定位可靠。 帶輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 查得平鍵截面bh=87 mm ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 20 mm，同時(shí)為了保證帶輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇帶輪輪轂與軸的配合為 76Hh 。 截面 Ⅲ 右側(cè) 抗彎截面系數(shù) W==28 3 mm3= mm3 抗扭截面系數(shù) TW =28 3 mm3= mm3 截面右側(cè)彎矩 M=270938 301530? = 截面 Ⅲ 上的扭矩為 T= 截面上的彎曲應(yīng)力 b MW?? = MPa = 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 3T TTW? ? 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 46 =MPa = 軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 151查得 B? =640MPa ， 1?? =275MPa， 1?? =155MPa。 鍵、轂和軸的材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表 62查得許用擠壓應(yīng)力 ? ? 100 120p M Pa? ? ，取其平均值 ? ? 110p MPa? ? 。堿性錳電池適合于 大電流放電，放電容量很大，尺寸與干電池相同，具有互換性。 清洗機(jī)支撐輪選擇 該清洗機(jī)采用三個(gè)支撐輪，前一個(gè)，后兩個(gè)。 燃料電池有堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池 、固體電解質(zhì)燃料電池等，燃料電池體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、效率高、無(wú)污染，是一種非常好的清洗機(jī)用電源，但總的來(lái)說(shuō)，目前還處于研究開(kāi)發(fā)階段。作為清洗機(jī)能源的一次電池要求能量密度高、自放電少、可靠性高，一次電池有錳干電池、堿性錳電池、鉀電池、汞電池、氧化銀電池等。 軸承的校核 (1)已知 nⅡ =Fa=0 Fr1=Fr2= = N 初選 7203C型角接觸球軸承 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》表（ 1112）得 FS=,則 Fs1=Fs2=== N (2)計(jì)算軸向載荷 Fa Fa2 ∵ Fs1+Fa=Fa2 Fa=0 ∴ 任意用一端為壓緊端， 1為壓緊端， 2為放松端 兩軸承軸向載荷： Fa1=Fa2=Fs1= N (3)求系數(shù) X、 Y Fa1/Fr1= = Fa2/Fr2= = 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》表（ 118）得： e= ∵ Fa1/Fr1e ∴ X1=1 Y1=0 ∵ Fa2/Fr2e ∴ X2=1 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 48 Y2=0 (4)計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 P P2 根 據(jù)表（ 119）取 fp= 根據(jù)式（ 116）得 P1=fp(X1Fr1+Y1Fa1)=(1)= N P2=fp(X2Fr2+Y2Fa2)=(1)= N (5)計(jì)算軸承壽命 Lh ∵ P1=P2 故 P= N 對(duì)于角接觸球軸承 ε=3 根據(jù)手《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》附表 115知 7203C型軸承 Cr= kN 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》中（ 135）式得 6 3110 ()60h CL nP? = 6 310 10800()6 0 1 1 7 .6 1 5 9 .0 9? =443400 h48720h ∴ 此軸承合格 鍵的校核 由于此帶輪有定心精度要求，故選用平鍵聯(lián)接，由于帶輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵（ A型）。 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面 Ⅱ 和 Ⅲ 處為過(guò)盈配合，引起的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)看，帶輪截面應(yīng)力最大，截面 Ⅳ 的應(yīng)力集中也較大，但截面 Ⅳ 不受扭矩作用，同時(shí)軸徑較大，故無(wú)需做強(qiáng)度校核，帶輪截面上雖然應(yīng)力較大，但應(yīng)力集中不大（過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而這里的軸徑最大，故也無(wú)需校核。 由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的角接觸球軸承 7203C，其尺寸為 bDB=174022 , 故取 dⅤ Ⅵ =18 mm，考慮到軸承尺寸、底板厚度、刷盤(pán)連接， 取 LⅤ Ⅵ =50 mm。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 根據(jù)前面提到的傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)考慮到軸的結(jié)構(gòu)工藝性。 帶速 v V= d2d60 1000?1nP = 200 7560 1000??? = m/s 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 初定軸心距間距 （ dd1﹢ dd2） ≤ a 0≤2 （ dd1﹢ dd2） (75 ﹢ 125) ≤a 0≤2(75 ﹢ 125) 140≤a 0≤400 取 a0=200 mm 所需 V 帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld0 Ld0 =2 a0＋ 2? （ dd1﹢ dd2）＋ d2d42d10da（ － ） =2200 ＋ 2? (75﹢ 125) ＋ 4 200? 2125 75（ ﹣ ） =717 mm 根據(jù)《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 Ld=710 mm 實(shí)際軸間距 a = a0＋ 2d d0LL－ =200＋ 2710 717－ = amin = a－ (2bd＋ Ld) 根據(jù) A型帶查《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 取 bd = amin =－（ 2 ＋ 710 ） = mm amin=a＋ Ld 7 =＋ 710 = mm 小帶輪 包角 1? 1? =180?－ d2d a d1d－ ? =180?－ ﹣ ? 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 =165? 根據(jù) dd1=75 和 n1=200r/min 根據(jù)《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 A型 V帶的功率 P1= 額定功率的增量 ? P1 根據(jù) n1=200r/min和 i=，根據(jù)《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 ? P1= kw V 帶的根數(shù) Z Z=? ? ALKK?? d11PPP 根據(jù) 1? =165?，由《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 查得 ? 根據(jù)《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 ? ? ?0 .1 90 .1 6 0 .1 2 0 .9 6 0 .8 2z ? ? ? ? = 取 Z=2根 單根 V帶的預(yù)緊力 0 2 .55 0 0 1 dA PF K Zv??? ? ?????mv2 根據(jù)《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 m= kg/m 0 2 .5 0 .1 95 0 0 1 2 0 .7 8 5AF K?????? ???+2 = N 壓軸力 FQ 102 sin 2QF F Z ?? =22sin 1sin2? = 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 傳動(dòng)布局 根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)方案的布局， Ⅰ Ⅰ 段連裝帶輪，軸端通過(guò)螺紋連接與刷盤(pán)組合。i 2=～ ,則： 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為 : n 電動(dòng)機(jī) =i 總 n w=（ ～ ） 120 r/min =156～ 540 r/min 選用 n=200 r/min 由于 SPG系列電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，故需與減速器相配置達(dá)到所需轉(zhuǎn)速 SPG系列電機(jī)都有相配的減速器，所以選用該電機(jī)較符合要求。 刷洗機(jī)構(gòu)主要由以下八個(gè)部分組成（如圖 415）。當(dāng)清洗機(jī) 在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，出現(xiàn)吸水扒與障礙物相撞 時(shí)，保護(hù)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)吸水扒繞轉(zhuǎn)向螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，使吸水扒不致?lián)p壞。 吸水扒升降系統(tǒng)可分為兩部分：一部分是吸水扒的杠桿機(jī)構(gòu)，另一部分是吸水扒的搖桿控制機(jī)構(gòu)（如圖 414所示）。經(jīng)過(guò)一一排除最終我們還是選擇了比較簡(jiǎn)單，造價(jià)也比較低的方案五，這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，成本又比較低，而且就地面清洗機(jī)來(lái)說(shuō)傳動(dòng)精度不需要很高， 并且作為機(jī)器來(lái)說(shuō)這種結(jié)構(gòu)要易于拆卸和更換，皮帶傳動(dòng)更換比較簡(jiǎn) 單，所以經(jīng)過(guò)多方面考慮選擇方案五這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為最終的地面自動(dòng)清洗機(jī)刷盤(pán)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在清洗機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過(guò)控制行走機(jī)構(gòu)的兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)而控制兩個(gè)輪子，通過(guò)輪子的前后差速運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)體的轉(zhuǎn)彎半徑為 0。 （ 6） 遙控器除了可以控制清洗機(jī)的啟停，還可以對(duì)清洗機(jī)進(jìn)行定時(shí)，讓清洗機(jī)在一定時(shí)間后開(kāi)始工作或者工作一定時(shí)間 后停止工作。 比如當(dāng)接收到需要清洗機(jī)進(jìn)行清洗工作的信號(hào)時(shí)， CPU可以通過(guò)控制行走機(jī)構(gòu)和清洗機(jī)構(gòu)讓機(jī)器進(jìn)行工作?？紤]到本設(shè)計(jì)在高層次上設(shè)計(jì)需要，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清洗，可以采用差動(dòng)轉(zhuǎn)向式比較好，并且其運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向的精度也高一些，以便為以后更高層次的設(shè)計(jì) — 避障、軌跡規(guī)