【文章內(nèi)容簡介】 重要且比較困難。 為了更好的了解所作題目，查閱已有文獻資料是十分重要的，由于 手 推 式道路 清掃車 的資料很少的。因此，在設(shè)計過程中，廣泛的搜集資料，并借鑒了清潔機器人的一些數(shù)據(jù)資料對我的設(shè)計工作起了很大的幫助。在這些文獻綜述中，詳細的介紹了清潔機器人的一般設(shè)計思路，如外形的設(shè)計，機器人的驅(qū)動方式如何，具體結(jié)構(gòu)等等， 都對我 即將所作的設(shè)計提供了很大的幫助，此外，為了更好的設(shè)計清掃車 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在軸 、帶、 齒輪等重要元件的設(shè)計過程中保證其結(jié)構(gòu)的 準確性，又對機械設(shè)計等專業(yè)課本進行了系統(tǒng)的復習，但 還是有 很多關(guān)鍵技術(shù) 是專利項目， 不會公布在資料之中的。所以，我參考用的資料并不能解決我在設(shè)計過 6 程中所遇到的所有難點，有許多的問題是根據(jù)我自己的想法來做的。因為我的這些想法并不成熟，沒有太多的實踐性，所以，在解決一些棘手問題時并不能夠很好的解決。在今后的設(shè)計中，還需要通過實踐，對其一步一步的進行改進。 課題需要完成的任務 設(shè)計 主要內(nèi)容 本課題要求設(shè)計出的 小型 手推式道 路 清掃車 能完成普通清掃的功能。完成 小型手推式道路清掃車的方案設(shè)計 以及結(jié)構(gòu)組成，并對 小型手推式道路清掃車 結(jié)構(gòu)進行受力計算，使其結(jié)構(gòu)布局和受力更加合理。 其主要設(shè)計內(nèi)容為： 電機驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計（電機電池的選擇與安裝）； 傳動系統(tǒng)的設(shè)計（用帶傳動帶動主刷、側(cè)刷裝置的設(shè)計及垃圾傳送裝置的設(shè)計）； 帶傳動的選擇與設(shè)計； 齒輪的選擇與設(shè)計； 軸和軸承的設(shè)計； 機架的設(shè)計； 繪制清掃車的 零件圖 及 裝配圖 ； 完成設(shè)計說明書。 設(shè)計工作基本要求 結(jié)合設(shè)計題目，在老師的指導下廣泛查閱文獻，并 擬定一份合理的設(shè)計任務書； 根據(jù)參考文獻和課題要求，提出自己擬定的可行性方案，并寫出開題報告； 按 要求對 清掃車 設(shè)計的結(jié)構(gòu)與零件 進行受力計算，使其結(jié)構(gòu)布局和受力更加合理； 和老師充分研討，列出論文編寫大綱； 翻譯英文文獻； 認真撰寫論文，按時完成任務，準備答辯； 總的要求就是畢業(yè)設(shè)計結(jié)束后，能夠達到預定的目標。 第 2章 清掃車的 總體設(shè)計 設(shè)計主要技術(shù)要求 7 驅(qū)動方式 是以蓄電池供電給 電 機 驅(qū)動。電瓶驅(qū)動型 利 用自身無級變速系統(tǒng)，能使清掃 車在作業(yè)時可以隨時根據(jù)路面污染狀況及時、迅速地調(diào)整清掃速度，提高了清掃作業(yè)的工作效率。且 其噪音低，污染小，適合 院落、停車場、 室內(nèi) 等小場合的 清掃作業(yè)。 利用碟形刷來增加掃路 車 的清掃寬度， 每小時清掃面積不低于 1000 平方米。 滾筒刷不但能夠清掃地面的垃圾外還起到把垃圾掃入機內(nèi)垃圾箱的作用， 垃圾箱容量不低于 30L。 噴水系統(tǒng)要達到更理想的節(jié)能噴水，并能達到 灰塵顆粒和水充分親和增重，不揚塵。水箱容量達到 25L以上。 總體方案的確定 由于工作的場合對環(huán)境要求較高因動力裝置都選為噪音低，污染小環(huán)保的電力 驅(qū)動。 最初設(shè)計了許多的方案，最終綜合考慮認為 以 下這 種方案最為有可能實現(xiàn)我們的課題要求， 方案 為 下圖 21圖 22所示 ： 圖 21 方案簡圖 8 圖 22 方案 簡圖 工作原理： 人力 推動清掃 車 前進，電 動 機 1 逆時針轉(zhuǎn)動 將運動 利用帶傳動同時傳給 帶輪 3 和 帶輪 4，使 帶輪 3 帶動同一根軸上的 小錐齒輪 旋轉(zhuǎn) ， 小 錐齒輪通過嚙合傳動帶動 大錐齒輪 6逆時針旋轉(zhuǎn)， 大 錐齒輪通過同軸的 帶輪 帶動一個 與掃盤 2 連接的帶輪轉(zhuǎn)動來 使掃盤 2 順時針旋轉(zhuǎn)， 另一邊也是通過同樣的原理 使掃盤逆時針旋轉(zhuǎn)，這樣就可以將兩側(cè)的垃圾掃到中間 。 再同時由帶輪 7 帶 動滾筒 8 順時針旋轉(zhuǎn)，將垃圾滾入導向刮板 14 ，通過傾斜的導向刮板 14 將垃圾送入垃圾箱 13 內(nèi) ，這樣就完成了對垃圾清掃的全部過程。 因此綜合考慮 將此 方案作為最終設(shè)計方案。 第 3章 電機驅(qū)動 裝置的確定 9 清掃工作中的各個運動裝置均由電機驅(qū)動運行的。電動機由動力蓄電池提供電源后轉(zhuǎn)動，并通過皮帶輪帶動掃盤、滾筒和水泵等作業(yè)裝置進行工作。下面分別對蓄電池與電機的選用進行分析。 蓄電池的選擇 動力電池是清掃作業(yè)裝置的動力源泉。電機電池的主要性能指標是比能量、比功率和使用壽命等。要使電機驅(qū) 動清掃裝置的掃地車與副發(fā)動機驅(qū)動清掃裝置的掃地車相競爭，關(guān)鍵是開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長、成本低的動力電池。目前在電動汽車市場上使用的動力電池主要有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鈉硫電池、鋰離子電池、飛輪電池、燃料電池等等。從最終產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化可行性以及經(jīng)濟性綜合因素來考慮，在電動專用環(huán)衛(wèi)車輛上主要采用鉛酸動力電池與鋰離子動力電池。下面對這兩種電池性能作一個分析比較： 鉛酸動力電池 鉛酸動力電池已有多年的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機汽車的起動動力源。其優(yōu)點：可靠性好、原材料易得、價格便宜；比功率也基本上能 滿足電力驅(qū)動系統(tǒng)的動力性要求。但它有兩大缺點：一是比能量低，所占的質(zhì)量和體積太大，深度放電能力和低溫放電能力較差，不能快速充電且一次充電作業(yè)時間較短；另一個是循環(huán)使用壽命短，使用成本過高，報廢的鉛酸蓄電池因廢棄會造成二次污染。 鋰離子動力電池 鋰離子動力電池已經(jīng)成為電動汽車行業(yè)動力電池的長期開發(fā)目標。其優(yōu)點是：比能量、比功率較高；循環(huán)壽命長，可達 1000次；充電放電效率高；功率輸出密度大；沒有記憶效應，且不會因廢棄造成二次污染，是綠色蓄電池。其缺點是：快速沖、放電性能較差，需要進一步解決對其充放電過程的 控制和配備專用的充電器；對于大容量鋰離子電池組，還需要解決電池組的可靠性和各個單體電池之間的一致性。 清掃車 所使用的蓄電池要求在使用過程中能夠完全放電，不排放有害氣體，不污染環(huán)境。由此針對此設(shè)計選用 鋰離子動力 電池， 電池名稱為磷酸鐵鋰電池。 24V 10Ah磷酸鐵鋰電池組的 有關(guān) 技術(shù)規(guī)格 為下 表 31所示 ： 表 31 磷酸鐵鋰電池組技術(shù)規(guī)格 項目 規(guī)格 10 標稱容量 10Ah 標稱電壓 24V 電池內(nèi)阻 ≤120mΩ 最大充電電流 6A 最大充電電壓 177。 最大放電電流 20A 放電 終止電壓 20V 使用壽命 1000次 工作溫度 20~45℃ 外形尺寸 10083335(mm) 重量 價格 550元 此蓄電池的性能： （ 1）該電池為全密封式電動車專用蓄電池， 體積小、質(zhì)量輕 、 儲存能量多 、自放電率低、 比能量高等優(yōu)點 ； （ 2）安全性能好，原材料來源廣泛； （ 3）污染 少 ，噪聲小?？蓽p少排污 97%，甚至可做到零排污 ； （ 4）節(jié)約能源，為普通蓄電池耗能的 2/3； （ 5）具有良好的過充電、過放電、溫度、過流、短路保護、鎖定自恢復以及均衡功能； （ 6）結(jié)構(gòu)簡單、控制方便 ，易于操作和維修 ； （ 7）使用時間長，充電后每次可用 15 小時 ； （ 8）有足夠的功率供清掃機達到每小時清掃面積不低于 1000 平方米的要求 ； （ 9）使用壽命長，一般可充電 800 次 以上 。 電動機的選擇 選擇電動機應綜合考慮的問題 根據(jù) 機械的 負載 性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機的 轉(zhuǎn)矩 、 速度變化范圍 、 啟動頻率 、 制動 和 反轉(zhuǎn) 以及工作環(huán)境 等要求，選擇電機類型 及安裝方式 ； 根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩，速度變化范圍和啟動頻率程度等要求，考慮電動機的溫開限制 、 過載能力和 啟 動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機 功率，并確定冷卻方式，所選功率 應大于或等于計算所需的功率，負荷率 一般取 ～ ； 根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、 濕度、 灰塵、雨水 、瓦斯以及腐蝕和易燃 易爆氣體等考慮必要保護方式 ， 選擇電機的結(jié)構(gòu) 型 式； 11 根據(jù)工作電壓和功率因數(shù)的要求確定電機的電壓等級和類型； 根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和 對 電 力 傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的性能要求，以及 機械減速 機構(gòu)的復雜程 度 ，選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速； 此外，選擇電動機還必須符合節(jié)能要求 ， 運行可靠性、設(shè)備的供貸情況、備件的通用性、安裝檢修的難易以及產(chǎn)品的價格等。 電動機的選擇 電動機類型 和結(jié)構(gòu) 形 式 電動機類型和結(jié)構(gòu) 形 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（性質(zhì)、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。 清掃車的電動機應放置在干燥及清潔的車箱內(nèi)部，散熱條件較好，要選用臥式的安裝方式。 在移動的設(shè)備中和蓄電池配套的較常使用的電機有直流電動機和步進電動機。 直流電動機 具有以下 優(yōu)點： （ 1）優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)速比可達到 1： 200； （ 2）過載能力大，并能在低速下連續(xù)輸出額定轉(zhuǎn)矩； （ 3）能承受頻繁的沖擊性負載，可實現(xiàn)頻繁的無極快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)； （ 4） 容易購得 ，型號多， 控制 簡單。 直流電動機的缺點： 結(jié)構(gòu)比較復雜，電流通常較大， 需要齒輪減速器 進行減速 ， 維護工作量大 。 步進電動機的優(yōu)點 有 ： 步距角小，功率小，過載能力強， 控制 簡單 ， 啟動和運行頻率較高，不通電時有定位轉(zhuǎn)矩， 型號多，適合 室內(nèi)清掃 機器人的速度。 步進電動機的缺點 ： 功率與自重比小， 運動平穩(wěn)性差，低速性能不好， 體積大，負載能力低，運動時產(chǎn)生震動 ，易失步 。 清掃 車 多在室 外 環(huán)境下工作，要求控制較簡單，運行平穩(wěn)，因此選擇直流電動機 ，而且是直流齒輪減速電機 。 直流齒輪減速電動機的選擇 直流齒輪減速電機 ]1[ 是指轉(zhuǎn)軸上帶有 齒輪 減速器和直流電機 (馬達 )的集成體 ，這種集成體通常也可稱為齒輪馬達或齒輪電機。 齒輪減速箱的作用是提供較低的轉(zhuǎn)速 ,較大的力矩 。 減速電機廣泛應用于鋼鐵行業(yè)、機械行業(yè)等，其優(yōu)點是簡化設(shè)計、節(jié)省空間，承受過載能力高，能耗低，性能優(yōu)越，振動小、噪音低。 齒輪減速電機通常通過減小電機速度來增加旋轉(zhuǎn)能力。 因為直流電動機仍然從內(nèi)部伸出兩個相同的插頭，所以齒輪減速電機與普通電機一樣使用方便。與最后一級齒輪相連的是一根轉(zhuǎn)軸。這個新轉(zhuǎn)軸的末端伸出 12 減速器的頂部，便于輪子和其他元件與其相 接。這個伸出減速器的新轉(zhuǎn)軸代替了伸出電動機的老轉(zhuǎn)軸。當查看電動機時，如果轉(zhuǎn)軸沒有從中心伸出，那么這個電動機可能是齒輪減速電動機。 選擇普通直流電動機所用的標準仍然適合用來選擇齒輪減速直流電動機，即檢查電壓，尺寸，重量和 RPM。在大轉(zhuǎn)矩應用場合，常選用帶有金屬齒輪和金屬減速器機架的行星輪減速器。塑料齒輪具有非常輕的質(zhì)量，更適合低轉(zhuǎn)矩，需要反應迅速的應用場合。本設(shè)計中選用金屬齒輪的減速電機。 電機功率的計算 電動機 功率選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響，當功率 小于工作要求的時候，電動機不能保 證工作 機的正常工作，或使電動機因長期過載發(fā)熱量大而過早損壞；功率 過大則電動機價格高，能量充分利用，經(jīng)常處于不滿載運行，其效率和功率因數(shù)都降低，增加電能消耗造成很大浪費。 電動機容量主要根據(jù)電動機運行的發(fā)熱條件來決定。電動機的發(fā)熱與其運行狀態(tài)有關(guān)。對于長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，載荷不變或變化很小，常溫下工作的機械，只要所選電動機的額定功率 PN 等于或大于所需電動機功率 PL ，即 PN ≥ PL ，電動機在工作時就不會過熱，而不必校驗發(fā)熱和起動力矩。 清掃機清掃材料選用尼龍材料 。設(shè)計圓盤毛刷受力約為 F1 =55N， 轉(zhuǎn)速為n1 =80r/ F=70N,轉(zhuǎn)速為 n=50r/min。 圓盤毛刷轉(zhuǎn)矩 ???? RFT Nm 所需功率 P1 = 955011nT = ? =60W 圓盤毛刷到錐齒輪間用帶傳動，傳遞效率 90%。 橫放錐齒輪 I軸 處的功率為： ???? ?PP N W 齒輪間的傳遞效率為 90% 豎放齒輪處的功率 ???? ?NPP豎 W 滾筒處 II軸 的轉(zhuǎn)矩 ???? FRT Nm 此處的功率 P? = 9550nT = 95505015? = 滾筒到主動軸 I軸用帶傳動，傳遞效率為 90% 13 %???? ??PP I W 電機到 I軸之間用帶傳動，傳遞效率 90% 電機的輸出功率 %90)(/)2( ??????? ?IL PPP 豎 W 由于清掃機工作速度為 80r/min 為較低轉(zhuǎn)速故選用 24V 280W直流 齒輪減速電機，其輸出轉(zhuǎn)速為 750r/min。 第 4章 V帶 和 V帶輪 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 V帶的帶型選擇及優(yōu)缺點 V帶截面形狀為等腰梯形帶的厚度較大，饒性較差，帶輪制造比較復雜。工作時兩側(cè)面為工作面，與帶輪的環(huán)槽側(cè)面接觸，屬于楔面摩擦傳動，在相同張緊作用下， V帶摩擦力比平帶傳動大 70%，承載能力比平帶高，在一般機械中常用。