【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 根據(jù)需要生產(chǎn)不同種類和配置的清掃機(jī)械 清掃涉及各種不同等級(jí)的地面，它所需要的清掃機(jī)械也是不同的。如高檔場(chǎng)所和對(duì)地面要求較高的地方要求清掃機(jī)械必須具備很低的噪音和良好的清潔效果，當(dāng)然其相應(yīng)采購(gòu)和使用成本較高。等級(jí)較低的其它普通走廊地面的清掃要求較低，相應(yīng)生產(chǎn)和使 用成本較低。根據(jù)不同等級(jí)地面需要配置不同種類的清掃機(jī)械，以便降低地面總成本的投入，因此開發(fā)和生產(chǎn)不同種類和配置的清掃機(jī)械是必要的。 發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和解決途徑 本課題要求是設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的走廊清掃機(jī)，其關(guān)鍵問(wèn)題就在于如何很好的實(shí)現(xiàn)清掃功能。尤其使傳動(dòng)系統(tǒng)、整體結(jié)構(gòu)、工作裝置的設(shè)計(jì)。由于清潔器是一種出現(xiàn)比較晚的機(jī)械產(chǎn)品，因此在其設(shè)計(jì)過(guò)程中，不可避免的出現(xiàn)了很多未解決得難點(diǎn)疑點(diǎn)，總結(jié)其難點(diǎn)如下： 由于清掃機(jī)是一新興產(chǎn)品，掃地功能的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)還不成熟，很難查到相關(guān)的資料。因此掃地功能的實(shí)現(xiàn)是設(shè)計(jì)工作的 一個(gè)很大的難點(diǎn)。清掃機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵污染、漏垃圾、 噪音大和產(chǎn)品可靠性等方面也較難解決的問(wèn)題。清掃范圍的大小不僅與清掃機(jī)的各部分的尺寸有關(guān)，并與它的總體設(shè)計(jì)構(gòu)形式有關(guān)。機(jī)構(gòu)太小工作效率就會(huì)降低，清掃范圍也就變小滿足不了走廊的清掃要求，機(jī)構(gòu)太大則設(shè)備就會(huì)太大從而增加轉(zhuǎn)彎半徑。使清掃機(jī)在走廊中轉(zhuǎn)彎困難。因此合理的選擇機(jī)構(gòu)的大小及機(jī)構(gòu)布置極為重要且比較困難。 為了更好的了解所作題目，查閱已有文獻(xiàn)資料是十分重要的，由于走廊清掃機(jī)的資料很少的。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，廣泛的搜集資料，并借鑒了清潔機(jī)器人的一些數(shù)據(jù) 資料對(duì)我的設(shè)計(jì)工作 4 起了很大的幫助。通過(guò)閱讀“清潔機(jī)器人概述”（哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院李金山等著），“清潔機(jī)器人研究發(fā)展現(xiàn)狀”（哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院 李金山等著），“清潔機(jī)器人及其應(yīng)用” （趙臣等著）等許多相關(guān)論文，觸類旁通對(duì)清潔機(jī)器的設(shè)計(jì)有了一定的認(rèn)識(shí)，在這些文獻(xiàn)綜述中，詳細(xì)的介紹了清潔機(jī)器人的一般設(shè)計(jì)思路，如外形的設(shè)計(jì)，機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式如何，具體結(jié)構(gòu)等等，都對(duì)我即將所作的設(shè)計(jì)提供了很大的幫助，此外，為了更好的設(shè)計(jì)清掃機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在軸，齒輪等重要元件的設(shè)計(jì)過(guò)程中保證其結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，又對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)課本 進(jìn)行了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，但是，由于清掃機(jī)出現(xiàn)時(shí)間晚，產(chǎn)品數(shù)量少，一些關(guān)鍵技術(shù)受專利所限，因此，很多關(guān)鍵技術(shù)是不會(huì)公布在資料之中的。所以，我參考用的資料并不能解決我在設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的所有難點(diǎn)，有許多的問(wèn)題是根據(jù)我自己的想法來(lái)做的。因?yàn)槲业倪@些想法并不成熟，沒(méi)有太多的實(shí)踐性，所以，在解決一些棘手問(wèn)題時(shí)并不能夠很好的解決。在今后的設(shè)計(jì)中，還需要通過(guò)實(shí)踐，對(duì)其一步一步的進(jìn)行改進(jìn)。 課題需要完成的任務(wù) 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 本課題要求設(shè)計(jì)出的走廊清掃機(jī)能完成普通清掃的功能。完成走廊清掃機(jī)的方案設(shè)計(jì)，以及結(jié)構(gòu)組 成，并對(duì)走廊清掃機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力計(jì)算，使其結(jié)構(gòu)布局和受力更加合理。 其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為： （ 1）走廊清掃機(jī)總體方案設(shè)計(jì)； （ 2）走廊清掃機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （ 3）完成 2 萬(wàn)字左右的畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 設(shè)計(jì)工作基本要求 ① 結(jié)合設(shè)計(jì)題目，在老師的指導(dǎo)下廣泛查閱文獻(xiàn)，并寫出不少于 3000 字的文獻(xiàn) 綜述； ② 根據(jù)參考文獻(xiàn)和課題要求，提出自己擬定的可行性方案，并寫出開題報(bào)告； ③ 據(jù)課題要求，對(duì)走廊清掃機(jī)進(jìn)行受力計(jì)算，使其結(jié)構(gòu)布局和受力更加合理； ④和老師充分研討，列出論文編寫大綱； ⑤ 認(rèn)真撰寫論文， 按時(shí)完成任務(wù)，準(zhǔn)備答辯； 總的要求就是畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束后，能夠達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。 5 第 2章 總體方案的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)主要技術(shù)要求 驅(qū)動(dòng)方式：汽油機(jī)或者電力驅(qū)動(dòng)。汽油驅(qū)動(dòng)型適合院落、停車場(chǎng)等戶外清掃作業(yè)；電瓶驅(qū)動(dòng)型因其噪音低，污染小，適合室內(nèi)清掃作業(yè)。 每小時(shí)清掃面積不低于 1000 平方米。垃圾箱容量不低于 30L。 總體方案的確定 由于工作的場(chǎng)合對(duì)環(huán)境要求較高因動(dòng)力裝置都選為噪音低，污染小環(huán)保的電驅(qū)動(dòng)。 最初設(shè)計(jì)了許多的方案，最終綜合考慮認(rèn)為其中三種方案最為有可能實(shí)現(xiàn)我們的課題要求，在此僅對(duì)這三種方案進(jìn) 行分析說(shuō)明。 方案一： 圖 方案一簡(jiǎn)圖 工作原理：殼體 l 的前上部設(shè)有電機(jī) 2 和電池，殼體 1 的前下部設(shè)有滾刷 3，電機(jī) 2 通過(guò)傳動(dòng)帶帶動(dòng)滾刷 3。工作時(shí)，滾刷 3 掃起的灰塵直接進(jìn)入垃圾斗 6 中；同時(shí)，殼體 l 的底板上的垃 6 圾斗 6 的前部設(shè)有導(dǎo)向斜面 垃圾斗 7 的下沿設(shè)有向后傾斜的小斜面 5 ，導(dǎo)向斜面 小斜面 5 將灰塵導(dǎo)入垃圾斗 4 中。 方案二： 圖 方案二簡(jiǎn)圖 工作原理：推動(dòng)車體前進(jìn)，電機(jī)通過(guò)傳送帶將運(yùn)動(dòng)傳遞給帶輪 滾筒軸 3 ，從而帶動(dòng)毛刷滾筒 3 作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)，主動(dòng)帶輪 通過(guò)傳送帶將運(yùn)動(dòng)傳給帶輪 齒輪 10 再傳給齒輪 6 最后傳給輸送輪 7，再帶動(dòng)傳送帶 5 作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在毛刷和刮鏟 4 的共同作用下，通過(guò)傳送帶 5 以及卸料板將垃圾送到垃圾箱 8 中。 方案三： 7 圖 方案三簡(jiǎn)圖 工作原理：推動(dòng)清掃機(jī)前進(jìn)，電機(jī) 1 將運(yùn)動(dòng)傳給帶輪 2 再有帶傳動(dòng)傳給帶輪 3 從而使同一根軸上的帶輪 7 和錐齒輪 9 旋轉(zhuǎn)。帶輪 7 將運(yùn)動(dòng)傳給帶輪 8，帶輪 8 帶動(dòng)主刷 13 作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)傾斜的導(dǎo)向刮板 12 將垃圾送入垃圾箱內(nèi)。同時(shí)錐齒輪 9 帶動(dòng)錐齒輪 10 轉(zhuǎn)動(dòng)，再有帶傳動(dòng)將運(yùn)動(dòng)傳 給兩側(cè)刷 1 14 使側(cè)刷 11 作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，側(cè)刷 14 作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將兩側(cè)的垃圾掃到中間，傳給主刷 13 由主刷將垃圾掃入垃圾箱內(nèi)。 方案對(duì)比： 方案一：此方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備體積小。適合小面積的清掃工作，但此清掃機(jī)垃圾箱容量小、進(jìn)塵口小而且此清掃機(jī)的電池容量不易過(guò)大，容量低，不適合長(zhǎng)時(shí)間的清掃工作，并且不適合較大些垃圾的清理。 方案二：此方案清掃機(jī)可以清掃大型的垃圾雜物，而且垃圾容量大，可配置較大容量的電池，適合長(zhǎng)時(shí)間的工作，并可作為院落、工廠、小區(qū)等較大面積區(qū)域的清掃工具。但此方案的 清掃機(jī)由 于帶的存在可能使此設(shè)備的尺寸較大，且不易用于清掃灰塵等細(xì)微輕小物質(zhì)。由于清掃機(jī)兩邊存在清掃死角，不能清掃墻角和靠近障礙物的地方。 方案三：此方案彌補(bǔ)了前兩種方案的缺陷，可以對(duì)各種大小的垃圾進(jìn)行清理，兩側(cè)的清掃刷可方便的清掃墻角及靠近障礙物的地方。并且由于兩側(cè)的清掃刷的存在，相對(duì)于第二種方案 8 大大的增加了清掃寬度，而且轉(zhuǎn)彎半徑不變。并且配置了大容量的電池和大容量垃圾箱，大大提高了工作效率和清掃效果，可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的工作。除作為走廊清掃工具外，也可作為院落、工廠、小區(qū)等較大面積區(qū)域的清掃工具。此方案是一種理想的經(jīng)濟(jì) 實(shí)用的走廊清掃機(jī)設(shè)計(jì)方案。 因此綜合考慮選擇第三種方案作為最終設(shè)計(jì)方案。其實(shí)體外形如下圖： 9 第 3章 動(dòng)力裝置的確定 蓄電池的選擇 選用蓄電池型號(hào) 清掃機(jī)所使用的蓄電池要求在使用過(guò)程中能夠完全放電，不排放有害氣體，不污染環(huán)境。 由此針對(duì)此設(shè)計(jì)選用鉛蓄電池，型號(hào)為： 3DAW250 有關(guān)性能為： 標(biāo)準(zhǔn)電壓為 12V 其比能量達(dá) 250w? h/kg 使用壽命為充放電 1200 次 放電深度為 75% 外形尺寸為：長(zhǎng) 寬 高 =120mm 70mm 70mm 重量約為： 5kg 此蓄電池外形圖為： 圖 蓄電池 此蓄電池的性能 ： （ 1）該電池為全密封閥控式（可維護(hù)）電動(dòng)車專用蓄電池，具有全密封防泄露設(shè)計(jì)、安全可靠、自放電小、容量大、比能量高等優(yōu)點(diǎn)。 （ 2）污染少，噪聲小?？蓽p少排污 97%，甚至可做到零排污 （ 3）節(jié)約能源，為普通蓄電池耗能的 2/3 （ 4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便，易于操作和維修 （ 5）使用時(shí)間長(zhǎng)，充電后每次可用 15 小時(shí) （ 6）有足夠的功率供清掃機(jī)達(dá)到每小時(shí)清掃面積不低于 1000 平 方米的要求。 10 （ 7）使用壽命長(zhǎng)，一般可充電 700 次左右 3. 2 電動(dòng)機(jī)的選擇 （ 1）電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式可以根據(jù)電源的種類、工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸）和載荷特點(diǎn)（性質(zhì)、大小、啟動(dòng)性能和過(guò)載情況）來(lái)選擇。 在移動(dòng)的設(shè)備中和蓄電池配套的較常使用的電機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：容易購(gòu)得，型號(hào)多，功率大，接口簡(jiǎn)單，適合大型機(jī)器。 直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)：太快需要齒輪減速器，電流通常較大，較難與車輪裝配，控制復(fù)雜。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：精確的速度控制，型號(hào)多，適合室內(nèi)機(jī)器人 的速度，接口簡(jiǎn)單，便宜。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn) : 功率與自重比小，電流通常較大，體積大，較難與車輪裝配，負(fù)載能力低，功率小，控制復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)。 清掃機(jī)多在室內(nèi)環(huán)境下工作，要求控制較簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，因此選擇直流電動(dòng)機(jī)。 （ 2）直流齒輪減速電動(dòng)機(jī)的選擇 齒輪減速電機(jī)有時(shí)叫做齒輪馬達(dá)或減速電機(jī)。它們通常由轉(zhuǎn)軸上帶有減速器的直流電動(dòng)機(jī)有刷電機(jī)組成。如果一個(gè)電機(jī)看上去明顯由兩個(gè)不同的部分連接而成，那么就可以認(rèn)定它是齒輪減速電機(jī)。齒輪減速電機(jī)通常通過(guò)減小電機(jī)速度來(lái)增加旋轉(zhuǎn)能力。 因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)仍然從內(nèi)部伸出兩個(gè)相同 的插頭，所以齒輪減速電機(jī)與普通電機(jī)一樣使用方便。與最后一級(jí)齒輪相連的是一根轉(zhuǎn)軸。這個(gè)新轉(zhuǎn)軸的末端伸出減速器的頂部，便于輪子和其他元件與其相接。這個(gè)伸出減速器的新轉(zhuǎn)軸代替了伸出電動(dòng)機(jī)的老轉(zhuǎn)軸。當(dāng)查看電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果轉(zhuǎn)軸沒(méi)有從中心伸出，那么這個(gè)電動(dòng)機(jī)可能是齒輪減速電動(dòng)機(jī)。 選擇普通直流電動(dòng)機(jī)所用的標(biāo)準(zhǔn)仍然適合用來(lái)選擇齒輪減速直流電動(dòng)機(jī)，即檢查電壓，尺寸，重量和 RPM。在大轉(zhuǎn)矩應(yīng)用場(chǎng)合，常選用帶有金屬齒輪和金屬減速器機(jī)架的行星輪減速器。塑料齒輪具有非常輕的質(zhì)量，更適合低轉(zhuǎn)矩，需要反應(yīng)迅速的應(yīng)用場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)中選用金屬 齒輪的減速電機(jī)。 （ 3）電機(jī)功率的計(jì)算 電動(dòng)機(jī)容量（功率）選得合適與否，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響，當(dāng)容量小于工作要求的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)因長(zhǎng)期過(guò)載發(fā)熱量大而過(guò)早損壞；容量過(guò)大則電動(dòng)機(jī)價(jià)格高，能量充分利用，經(jīng)常處于不滿載運(yùn)行，其效率和功率因數(shù)都降低，增加電能消耗造成很大浪費(fèi)。 11 電動(dòng)機(jī)容量主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的發(fā)熱條件來(lái)決定。電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與其運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。對(duì)于長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷不變或變化很小，常溫下工作的機(jī)械，只要所選電動(dòng)機(jī)的額定功率 Pm 等于或大于所需電動(dòng)機(jī)功率 P0，即 Pm=P0，電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)就不會(huì)過(guò)熱，而不必校驗(yàn)發(fā)熱和起動(dòng)力矩。 清掃機(jī)清掃材料選用尼龍材料 。設(shè)計(jì)圓盤毛刷受力約為 F1 =50N， 轉(zhuǎn)速為 n1 =60r/掃受力約為 F=75N,轉(zhuǎn)速為 n=40r/min。 圓盤毛刷轉(zhuǎn)矩 T1 = F1 R=50 = m 所需功率 P1 = 955011nT = ? =47W 圓盤毛刷到錐齒輪間用帶傳動(dòng)，傳遞效率 90%。 橫放錐齒輪 III軸 處的功率為： PIII = P1 /?=47247。 90%=52W 齒輪間的傳遞效率為 90% 豎放齒輪處的功率 P 豎1= PIII/ ?=52247。 90%=58W 滾筒處 II軸 的轉(zhuǎn)矩 T=FR=75 = m 此處的功率 P? = 9550nT = ? = 滾筒到主動(dòng)軸 I軸用帶傳動(dòng)，傳遞效率為 90% P? =P? / ?=247。 90%= 電機(jī)到 I軸之間用帶傳動(dòng)，傳遞效率 90% 電機(jī)的輸出功率 P0 =(2P豎1+ P? )/ ?=(2 58+)247。 90%= 由于清掃機(jī)工作速度為 60r/min 為較低轉(zhuǎn)速故選用 12V250W 齒輪減速電機(jī)，其輸出轉(zhuǎn)速為600r/min。 12 第 4章 清掃機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 的 分配 電機(jī)到 II軸之間 的總傳動(dòng)比 i=nn筒電 = 40600 =15 分配各級(jí)傳動(dòng)比 設(shè)計(jì)有電機(jī)到 I軸的傳動(dòng)比 i=5； 由 I軸到 III軸的傳動(dòng)比 i=3。 電機(jī)到圓盤毛刷的總傳動(dòng)比 i=nn刷電 = 60600 =10 齒輪間的傳動(dòng)比為 i=2 圖 清掃機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 帶輪的選擇設(shè)計(jì) I軸帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 1） 確定計(jì)算功率 計(jì)算功率 Pca 是根據(jù)傳遞功率 P，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短等因素影響而確定。 Pca = KA P=1 = 式中： Pca —— 計(jì)算功率 KA —— 工況系數(shù)。查工況系數(shù)表得 KA =1 P—— 所需傳遞的額定功率長(zhǎng) 2）計(jì)算傳動(dòng)比 i=nn?電 =120600 =5 選擇 Z型 V帶 3）由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 表 12111，取小帶輪基準(zhǔn)直徑為 d1d =50mm 4）大帶輪直徑 d2d =i d1d =5 50=250mm 5）計(jì)算帶速 v v= 100060 1? ?ndd? = 100060 ? ?? =6）初定中心距 a0 （ d1d + d2d ）﹤ a0﹤ 2（ d1d + d2d ） 210 ﹤ a0﹤ 600 取 a=300mm 7）計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld0 =2a0+2? （ d1d + d2d ） + 4a ） d d（ 2d2d1 =2 + 300+ 40042021? =1096mm 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 1214，取基準(zhǔn) 長(zhǎng)度 Ld=1000mm 14 8） 實(shí)際中心距 a a≈ a0+2 0LdLd? ≈ 300+210961000? ≈ 252 取 a=250mm 9）小帶輪包角 α α1 =180176。 － a d d d1d2 176。 =180176。 － 250 200 176。 =135176。﹥ 120176。 所以小帶輪包角合理 10）確定 V帶根數(shù) 一般單根 V帶可傳遞的功率達(dá) 75KW。此處，所傳遞的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 75KW，所以用一根 V帶足以。 11）單根 V帶的張緊力 F0 =500(?k － 1)zvPd +mv2 =500 ( － 1) ? + =