【正文】 中（附表 34）為 1 ( 1)kq? ? ??? ? ?=1+ （ ） = 1 ( 1)kq? ? ??? ? ?=1+ （ ） = 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中附圖 32的尺寸系數(shù) ?? =，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中附圖 33的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)?? =。 鍵的標(biāo)記為：鍵 8 7 20 GB/T109579. 吸水扒真空泵選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求需要的吸水效率為 1016L/min，統(tǒng)一選用電源電壓為 24v等進(jìn) 行真空泵的選擇。二次電池又叫蓄電池，有鉛酸電池、銀鋅電池、鎳鎬電池和鎳鋅電池等。 該系列產(chǎn)品分類如下： 材料 產(chǎn)品名稱 型號(hào) 承載 (kg) 安裝高度
。銀鋅電池是現(xiàn)有二次電池中輸出功率最大、能量最高的電池，自放電速度慢，機(jī)械強(qiáng)度高，可短期超負(fù)荷放電，放電電壓平穩(wěn)，但價(jià)格貴、充電時(shí)間長、壽命短、充電次數(shù)少。 技術(shù)參數(shù)表： 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 50 型號(hào) 工作電壓 工作電流 功率 開口 流量 *注四 吸程 *注五 最大 揚(yáng)程 *注六 最大輸出壓力 *注七 體積 (最大外形尺寸 ) 重量 (V DC) (A) (W) (L/min) (M) (M) (Bar/Mpa) (mm) (Kg) BSP27160 12 ≤ ≤ 16 約 4 27 11095 24 ≤ ≤ BSP40160 12 ≤ ≤ 16 約 4 40 11095 24 ≤ ≤ 在 BSP系列中選擇后，該地面自動(dòng)清洗機(jī)吸水扒真空泵選用 BSP273 1及 167。在 V 帶的設(shè)計(jì)計(jì)算知，徑向力 F=,做為懸臂梁的跨距 L=45+15+3=63 mm 根據(jù)、軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩簡(jiǎn)圖和扭矩簡(jiǎn)圖，如下圖所示： 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度， M=FL==21. 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本式 (155)以及軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取=，軸的計(jì)算應(yīng)力 ca? = 223()MTW?? = 222 1 .4 5 ( 0 .6 1 4 .6 2 )0 .1 2 8??? A FN FN1 FN2 M T 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 45 = 前面已選定軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 LⅣ Ⅴ =40mm。軸的材料為 45鋼 ，調(diào)質(zhì)、鍍鉻處理。 dd2= i dd1（ 1－ ? ） =75 （ ） = 據(jù)《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 dd2=125mm。故選用韓國 SPG系列電機(jī)。以上完成水循環(huán)過程。要求轉(zhuǎn)向螺栓具有定位和供吸水扒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的作用 。 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 413 吸水扒后沿安裝 膠條處 膠條的材料可選用類似泡沫狀的 PAC材料。其側(cè)面結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 411 清洗機(jī)刷盤傳動(dòng)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） 30 因?yàn)樗O(shè)計(jì)的清洗機(jī)它的體積有所限制，在那么個(gè)體積內(nèi)要放置刷洗機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、吸水機(jī)構(gòu)，同時(shí)還要留下安放電池、電機(jī)等的地方，而方案一雖然易于安裝，傳動(dòng)平穩(wěn)，但是斜齒輪所占的面積大，齒輪制造成本高 ，如果選用它，則會(huì)占用大量的空間，使其他幾個(gè)單元有些部分不好安置，且增加造價(jià)，不易于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，因而否定了這種方案；方案二中，錐齒輪傳動(dòng)不如斜齒輪平穩(wěn)，同時(shí)錐齒輪所占的體積也比較大，而清洗機(jī)構(gòu)又 是本次設(shè)計(jì)中最重要的部分，錐齒輪的造價(jià)比斜齒輪還大，不利于推廣，因而選用 錐齒輪的弊端也很大，所以經(jīng)過計(jì)算及各個(gè)機(jī)構(gòu)總體布局的綜合考慮，舍棄了方案二；方案三中通過電機(jī)帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，再有蝸桿帶動(dòng)其兩端的渦輪，由渦輪上的軸帶動(dòng)固定在其上的刷子旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了清洗的目的。 因而最終把清洗機(jī)的外形設(shè)計(jì)為四角為大圓角的長方體，其外部輪廓大體上如圖 43所示。 CPU就分別改變左右輪的速度，通過差速來實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。信息采集模塊負(fù)責(zé)采集周圍環(huán)境以及清洗機(jī)本身的各種信息。在這種情況下，非驅(qū)動(dòng)的前輪應(yīng)為自由輪。 移動(dòng)機(jī)構(gòu)是其它部件的載體，機(jī)器移動(dòng)機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)分有輪式、履帶式等。機(jī)械部分包括高強(qiáng)度塑料底盤、外殼、驅(qū)動(dòng)裝置、吸水扒裝置。使其工作壓力小于大氣壓力，從而把洗地污水抽到污水箱里。移動(dòng)電源需要 同時(shí)滿足清洗機(jī)的多種能源需要，如為移動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，為控制電路提供穩(wěn)定的電壓和為刷洗操作提供能源等。但由于解析算法牽涉到復(fù)雜的橢圓積分問題，實(shí)現(xiàn)起來依然具有相當(dāng)?shù)碾y度。外部傳感器有：視覺傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、接觸和接近傳感器。近年來對(duì)智能機(jī)器的研究表明，對(duì)于工作在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的自動(dòng)移動(dòng)機(jī)器，要進(jìn)一步提高其自動(dòng)化程度，主要依靠模式識(shí)別及障礙物識(shí)別、實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)傳輸及適當(dāng)人工智能方法，還需要進(jìn)一步開發(fā)全局模型，從而為機(jī)器獲得全局信息。 設(shè)計(jì)的重要 性 和難點(diǎn) 由前面的設(shè)計(jì)自動(dòng)地面清洗機(jī)的工作內(nèi)容和要求， 在要求體積下如何設(shè)計(jì)和布置好刷洗機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、 吸干機(jī)構(gòu)和儲(chǔ)水（凈水和污水）箱設(shè)計(jì) 是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，機(jī)器中的關(guān)鍵部分刷洗、吸干機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是本次設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)所在。 防水防潮的操作面板和開關(guān)。 不需要任何工具可輕易檢測(cè)內(nèi)箱。 智能式充電器插座。 經(jīng)濟(jì)實(shí)用性 均衡承載設(shè)計(jì)。 同類機(jī)型中獨(dú)有 50cm刷盤。該機(jī)器具有如下特點(diǎn)：采用全方位移動(dòng)技術(shù)，使機(jī)器可執(zhí)行對(duì)狹窄區(qū)域等死區(qū)的清潔任務(wù)；采用開放式機(jī)器鉸制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)硬件可擴(kuò)展，軟件可移植 、可繼承，使機(jī)器人作為服務(wù)載體具有更好的功能適應(yīng)性；在擁擠環(huán)境下實(shí)時(shí)避障功能，能更好地適應(yīng)不斷變化的清潔工作環(huán)境；遙控操作和自主運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)行方式 。該型路面清洗機(jī)只需要一次操作，機(jī)器就可以刷洗、吸干大面積的地面。 如圖 11所示。其相應(yīng)的充電站有紅外發(fā)射、工作時(shí)間設(shè)定、工作模式選擇、充電、垃圾處理五個(gè)功能。目前國內(nèi)一些清洗機(jī)已達(dá)到較高的 技術(shù)水平，但隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和對(duì)產(chǎn)品需求的提高，華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 高工效、高性能、造型美觀、成本低、適用性強(qiáng)、高度自動(dòng)化、節(jié)水型的地面清洗機(jī)是今后清洗機(jī)的研究、發(fā)展方向。 6. 轉(zhuǎn)彎半徑： 0； 7. 整機(jī)高度： 1200mm； 8. 整機(jī)寬度： 600mm。 近年來， 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能科學(xué)的飛速發(fā)展，自動(dòng)化機(jī)器逐漸成為現(xiàn)代機(jī)器研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。清洗機(jī) 。 關(guān)鍵詞： 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 。所以選擇這個(gè)題目具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本次設(shè)計(jì)題目 《 地面自動(dòng)清洗機(jī)開發(fā) 》就是在這種背景下提出的，其設(shè)計(jì)要求如下： 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 設(shè)計(jì)自動(dòng)清洗機(jī)的工作內(nèi)容和要求： 1. 洗地機(jī)是清洗行業(yè) 里常常用到的清洗設(shè)備，最主要作用是：清洗地面、吸干地面、污水回收； 2. 適合的 清 潔作業(yè)區(qū)：水泥、花崗巖、大理石、陶瓷、石板等硬質(zhì)地面和弱性地板； 3. 運(yùn)行機(jī)構(gòu)形式：輪式 ； 4. 最高行進(jìn)速度： 2 m/s； 5. 刷洗盤轉(zhuǎn)速： 120r/min。因此，市場(chǎng)要求我們不斷通過自己的努力開發(fā)新技術(shù)、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的引進(jìn)專利變?yōu)樵诖嘶A(chǔ)上開發(fā)自己的產(chǎn)品，滿足用戶需求，真正成為廉價(jià)服務(wù)社會(huì)的自動(dòng)化裝備。扁平的設(shè)計(jì)使其能夠夠清潔床、沙發(fā)、茶幾等家具的下部位置。所以研制一種新產(chǎn)品 ,用機(jī)器代替人工 ,對(duì)地面用洗滌液進(jìn)行清洗 ,并將污水吸干 ,每小時(shí)可清潔地面 600～ 800 ㎡ ,比人工清潔可提高效率 3～ 4 倍 ,這將大大改善公共場(chǎng)所的環(huán)境衛(wèi)生條件 ,適應(yīng)現(xiàn)代化城市建設(shè)的需要。 Media26型地面清洗機(jī)為簡(jiǎn)單易控、低操作成本的大中型地面清洗機(jī)，路面清洗機(jī)，該手推式地面清洗機(jī)帶兩個(gè)洗地刷，設(shè)備的驅(qū)動(dòng)以及刷盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過功率強(qiáng)大的電子馬達(dá)控制。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)于 90年代開始致力于這方面的研究，與香港中文大學(xué)合作，聯(lián)合研制開發(fā)出一種全 方位移動(dòng)清潔機(jī)器。 智能水流控制系統(tǒng)。 配備低成本高效率的吸水扒系統(tǒng)。 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 污水箱采用可掀式翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)。 吸水膠條的更換不 需要任何工具。 擺動(dòng)式吸水扒系統(tǒng)。因此，開發(fā)自動(dòng)地面清洗機(jī)既具有科研上的挑戰(zhàn)性，又具有廣闊的市場(chǎng)前景。用傳感器探測(cè)環(huán)境、分析信號(hào)，以及通過適當(dāng)?shù)慕７椒▉砝斫猸h(huán)境，具有特別重要的意義。其中編碼器用于確定當(dāng)前機(jī)器的位置 ，線加速度計(jì)獲取線加速度信息，進(jìn)而得到線加速度和位置信息；陀螺儀測(cè)量移動(dòng)機(jī)器人的角度、角速度、角加速度以得到機(jī)器的姿態(tài)角、運(yùn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)方向的改變等絕對(duì)航向信息。 對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題，目前有具體的解析算法。 電源技術(shù) 移動(dòng)電源在自動(dòng)清洗機(jī)中的地位十分重要，可以說是它的生命源。清洗機(jī)工作的時(shí)候，清水箱的水通過水管和電磁閥提供 給刷子洗地；以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、皮帶聯(lián)接，使洗地刷子轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)合水箱提供的水達(dá)到了洗地的作用；而真空泵（風(fēng)機(jī)）的作用是把污水箱里的 空氣抽真空。整臺(tái)清洗機(jī)由機(jī)械部分和控制系統(tǒng)兩大部分組成。移動(dòng)機(jī)構(gòu)多采用 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。 （ 2） 差速轉(zhuǎn)向式 ：在機(jī)器后兩輪的左、右輪上分別裝上兩個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過控制左右輪的速度比實(shí)現(xiàn)車體的轉(zhuǎn)向。 具體的工作原理暢想如下：清洗機(jī)的中心是清洗機(jī)的 CPU，它對(duì)其它各個(gè)功能模塊進(jìn)行控制。 （ 4） 當(dāng)路徑規(guī)劃需要清洗機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的時(shí)候。通過在網(wǎng)上搜索一些相關(guān)資料以及在圖書館查閱的資料，初步把清洗機(jī)的外形設(shè)計(jì)成 近似長 600mm，寬 500mm高小于 1200mm的長方體，但由于清洗機(jī)在工作過程中極可能碰到障礙物，所以應(yīng)將其各角設(shè)計(jì)為圓角 ，這樣有利于機(jī)殼的保護(hù)。 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 410 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)五 以上五種方案通過對(duì)比及設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單易行要求 所限制，最終決定采用方案五為自動(dòng)地面清洗機(jī)的清洗傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 。 膠條制作成吸水扒 后沿狐狀，通過螺釘固定到吸水扒后沿上，如圖 413所示。 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 414 吸水扒升降機(jī)構(gòu) 5轉(zhuǎn)向螺栓 吸水扒角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在清洗機(jī)工作的時(shí)候，為了方便清洗機(jī)轉(zhuǎn)向，吸水扒設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)，這主要是通過轉(zhuǎn)向螺母 5 實(shí)現(xiàn)。在工作結(jié)束后 ,手動(dòng)將污水由水管排出。 5. 具體計(jì)算 及選型 電機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)類型的選擇 根據(jù)已知條件：刷盤轉(zhuǎn)速 120r/min，對(duì)地面壓力大約為 100N，刷盤直徑 d=300mm。 傳動(dòng)比 i= 12nn = 200120 = 取小帶 輪的基準(zhǔn)直徑 參考《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 、表 ，取 dd1=75mm。 求輸出軸的功率 P 、轉(zhuǎn)速 n3和轉(zhuǎn)矩 T 取帶的傳動(dòng)效率 ?? 帶輪的傳動(dòng)效率 ?? 則 P = = 又 n3=n2= 202120 = r/min 則 T= 955000033Pn = ? = N 初步確定軸的最小直徑 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（ 152）初步估算軸的最小直徑。 2） 取安裝帶輪處的軸段 Ⅲ Ⅳ 的直徑 dⅢ Ⅳ =28 mm，帶輪左端采用軸端擋圈定位，帶輪的右端右邊軸承之間采用套筒定位，已知帶輪輪轂的寬度為 33 mm，為了使套筒端面可靠地壓緊帶輪，此軸段長度應(yīng)略小于輪轂的長度，故取 LⅢ Ⅳ =30 mm，套筒處直徑 dⅣ Ⅴ =24mm。由于軸直立式放置，軸承可以承受軸向力和徑向力，故知考慮徑向力對(duì)軸的彎矩和扭矩的影響。 軸按磨削加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中附圖 34得鳥面質(zhì)量系數(shù)為 ?? = ?? = 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 q? =1，則按《機(jī)械設(shè)計(jì)》中式 312及式 312a得綜合系數(shù)為 1 1 . 8 2 11 1 2 . 80 . 6 7 0 . 9 2kK ?? ????? ? ? ? ? ? ? 1 1 . 2 6 11 1 1 . 6 20 . 8 2 0 . 9 2kK ?? ????? ? ? ? ? ? ? 又有 167。最終采用 BSP系列的真空泵，該真空泵（圖 51所示）的一些參數(shù)如下： 該系列真空泵的特點(diǎn)： ： 4米；最大揚(yáng)程： 27～ 40米；開口流量： 16L/Min； 率： ≤ ～ 216W； 積： 25011095mm ； 量： ； ，可過濾多種固體雜質(zhì)，出水口配備多種接口 (可分別接軟硬管 )； 、揚(yáng)程曲線圖供參考。 鉛酸電池是一種比較好的機(jī)器能源，電壓高、壽命長 、可高比率放電、價(jià)格低 、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、工藝成熟，但能量