【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(xiàn)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(jì)過程中，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)工作起了很大的幫助。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)清掃車 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在軸 、帶、 齒輪等重要元件的設(shè)計(jì)過程中保證其結(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 還是有 很多關(guān)鍵技術(shù) 是專利項(xiàng)目， 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 6 程中所遇到的所有難點(diǎn)，有許多的問題是根據(jù)我自己的想法來做的。因?yàn)槲业倪@些想法并不成熟，沒有太多的實(shí)踐性，所以，在解決一些棘手問題時(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 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(jì) 以及結(jié)構(gòu)組成，并對(duì) 小型手推式道路清掃車 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： 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（電機(jī)電池的選擇與安裝）； 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（用帶傳動(dòng)帶動(dòng)主刷、側(cè)刷裝置的設(shè)計(jì)及垃圾傳送裝置的設(shè)計(jì)）； 帶傳動(dòng)的選擇與設(shè)計(jì)； 齒輪的選擇與設(shè)計(jì)； 軸和軸承的設(shè)計(jì)； 機(jī)架的設(shè)計(jì)； 繪制清掃車的 零件圖 及 裝配圖 ； 完成設(shè)計(jì)說明書。 設(shè)計(jì)工作基本要求 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 擬定一份合理的設(shè)計(jì)任務(wù)書； 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； 按 要求對(duì) 清掃車 設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)與零件 進(jìn)行受力計(jì)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(xiàn)； 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)。 第 2章 清掃車的 總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)主要技術(shù)要求 7 驅(qū)動(dòng)方式 是以蓄電池供電給 電 機(jī) 驅(qū)動(dòng)。電瓶驅(qū)動(dòng)型 利 用自身無級(jí)變速系統(tǒng)，能使清掃 車在作業(yè)時(shí)可以隨時(shí)根據(jù)路面污染狀況及時(shí)、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(chǎng)、 室內(nèi) 等小場(chǎng)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(shí)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(jī)內(nèi)垃圾箱的作用， 垃圾箱容量不低于 30L。 噴水系統(tǒng)要達(dá)到更理想的節(jié)能噴水，并能達(dá)到 灰塵顆粒和水充分親和增重，不揚(yáng)塵。水箱容量達(dá)到 25L以上。 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)保的電力 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 以 下這 種方案最為有可能實(shí)現(xiàn)我們的課題要求， 方案 為 下圖 21圖 22所示 ： 圖 21 方案簡(jiǎn)圖 8 圖 22 方案 簡(jiǎn)圖 工作原理： 人力 推動(dòng)清掃 車 前進(jìn)，電 動(dòng) 機(jī) 1 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 將運(yùn)動(dòng) 利用帶傳動(dòng)同時(shí)傳給 帶輪 3 和 帶輪 4，使 帶輪 3 帶動(dòng)同一根軸上的 小錐齒輪 旋轉(zhuǎn) ， 小 錐齒輪通過嚙合傳動(dòng)帶動(dòng) 大錐齒輪 6逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 大 錐齒輪通過同軸的 帶輪 帶動(dòng)一個(gè) 與掃盤 2 連接的帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)來 使掃盤 2 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 另一邊也是通過同樣的原理 使掃盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣就可以將兩側(cè)的垃圾掃到中間 。 再同時(shí)由帶輪 7 帶 動(dòng)滾筒 8 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將垃圾滾入導(dǎo)向刮板 14 ，通過傾斜的導(dǎo)向刮板 14 將垃圾送入垃圾箱 13 內(nèi) ，這樣就完成了對(duì)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(jì)方案。 第 3章 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 裝置的確定 9 清掃工作中的各個(gè)運(yùn)動(dòng)裝置均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的。電動(dòng)機(jī)由動(dòng)力蓄電池提供電源后轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過皮帶輪帶動(dòng)掃盤、滾筒和水泵等作業(yè)裝置進(jìn)行工作。下面分別對(duì)蓄電池與電機(jī)的選用進(jìn)行分析。 蓄電池的選擇 動(dòng)力電池是清掃作業(yè)裝置的動(dòng)力源泉。電機(jī)電池的主要性能指標(biāo)是比能量、比功率和使用壽命等。要使電機(jī)驅(qū) 動(dòng)清掃裝置的掃地車與副發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)清掃裝置的掃地車相競(jìng)爭(zhēng)，關(guān)鍵是開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長(zhǎng)、成本低的動(dòng)力電池。目前在電動(dòng)汽車市場(chǎng)上使用的動(dòng)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(jì)性綜合因素來考慮，在電動(dòng)專用環(huán)衛(wèi)車輛上主要采用鉛酸動(dòng)力電池與鋰離子動(dòng)力電池。下面對(duì)這兩種電池性能作一個(gè)分析比較： 鉛酸動(dòng)力電池 鉛酸動(dòng)力電池已有多年的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機(jī)汽車的起動(dòng)動(dòng)力源。其優(yōu)點(diǎn)：可靠性好、原材料易得、價(jià)格便宜；比功率也基本上能 滿足電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力性要求。但它有兩大缺點(diǎn)：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(shí)間較短；另一個(gè)是循環(huán)使用壽命短，使用成本過高，報(bào)廢的鉛酸蓄電池因廢棄會(huì)造成二次污染。 鋰離子動(dòng)力電池 鋰離子動(dòng)力電池已經(jīng)成為電動(dòng)汽車行業(yè)動(dòng)力電池的長(zhǎng)期開發(fā)目標(biāo)。其優(yōu)點(diǎn)是：比能量、比功率較高；循環(huán)壽命長(zhǎng)，可達(dá) 1000次；充電放電效率高；功率輸出密度大；沒有記憶效應(yīng)，且不會(huì)因廢棄造成二次污染，是綠色蓄電池。其缺點(diǎn)是：快速?zèng)_、放電性能較差，需要進(jìn)一步解決對(duì)其充放電過程的 控制和配備專用的充電器；對(duì)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(gè)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(duì)此設(shè)計(jì)選用 鋰離子動(dòng)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(xiàng)目 規(guī)格 10 標(biāo)稱容量 10Ah 標(biāo)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(jià)格 550元 此蓄電池的性能： （ 1）該電池為全密封式電動(dòng)車專用蓄電池， 體積小、質(zhì)量輕 、 儲(chǔ)存能量多 、自放電率低、 比能量高等優(yōu)點(diǎn) ； （ 2）安全性能好，原材料來源廣泛； （ 3）污染 少 ，噪聲小。可減少排污 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(hù)、鎖定自恢復(fù)以及均衡功能； （ 6）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便 ，易于操作和維修 ； （ 7）使用時(shí)間長(zhǎng)，充電后每次可用 15 小時(shí) ； （ 8）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 ； （ 9）使用壽命長(zhǎng)，一般可充電 800 次 以上 。 電動(dòng)機(jī)的選擇 選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)綜合考慮的問題 根據(jù) 機(jī)械的 負(fù)載 性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)矩 、 速度變化范圍 、 啟動(dòng)頻率 、 制動(dòng) 和 反轉(zhuǎn) 以及工作環(huán)境 等要求，選擇電機(jī)類型 及安裝方式 ； 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，速度變化范圍和啟動(dòng)頻率程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫開限制 、 過載能力和 啟 動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī) 功率，并確定冷卻方式，所選功率 應(yīng)大于或等于計(jì)算所需的功率，負(fù)荷率 一般取 ～ ； 根據(jù)使用場(chǎng)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(hù)方式 ， 選擇電機(jī)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(jī)的電壓等級(jí)和類型； 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和 對(duì) 電 力 傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的性能要求，以及 機(jī)械減速 機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程 度 ，選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速； 此外，選擇電動(dòng)機(jī)還必須符合節(jié)能要求 ， 運(yùn)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(jià)格等。 電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)類型 和結(jié)構(gòu) 形 式 電動(dòng)機(jī)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(diǎn)（性質(zhì)、大小、啟動(dòng)性能和過載情況）來選擇。 清掃車的電動(dòng)機(jī)應(yīng)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(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) 具有以下 優(yōu)點(diǎn)： （ 1）優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)速比可達(dá)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(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無極快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)； （ 4） 容易購(gòu)得 ，型號(hào)多， 控制 簡(jiǎn)單。 直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，電流通常較大， 需要齒輪減速器 進(jìn)行減速 ， 維護(hù)工作量大 。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 有 ： 步距角小，功率小，過載能力強(qiáng)， 控制 簡(jiǎn)單 ， 啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較高，不通電時(shí)有定位轉(zhuǎn)矩， 型號(hào)多，適合 室內(nèi)清掃 機(jī)器人的速度。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn) ： 功率與自重比小， 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差，低速性能不好， 體積大，負(fù)載能力低，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生震動(dòng) ，易失步 。 清掃 車 多在室 外 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) ，而且是直流齒輪減速電機(jī) 。 直流齒輪減速電動(dòng)機(jī)的選擇 直流齒輪減速電機(jī) ]1[ 是指轉(zhuǎn)軸上帶有 齒輪 減速器和直流電機(jī) (馬達(dá) )的集成體 ，這種集成體通常也可稱為齒輪馬達(dá)或齒輪電機(jī)。 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(jī)廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)、機(jī)械行業(yè)等，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、節(jié)省空間，承受過載能力高，能耗低，性能優(yōu)越，振動(dòng)小、噪音低。 齒輪減速電機(jī)通常通過減小電機(jī)速度來增加旋轉(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 12 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)。 電機(jī)功率的計(jì)算 電動(dòng)機(jī) 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)功率 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)期過載發(fā)熱量大而過早損壞；功率 過大則電動(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)。 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 PN 等于或大于所需電動(dòng)機(jī)功率 PL ，即 PN ≥ PL ，電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)就不會(huì)過熱，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 =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(dòng)，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(dòng)軸 I軸用帶傳動(dòng)，傳遞效率為 90% 13 %???? ??PP I W 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 %90)(/)2( ??????? ?IL PPP 豎 W 由于清掃機(jī)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(jī)，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(jì) V帶的帶型選擇及優(yōu)缺點(diǎn) 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(fù)雜。工作時(shí)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(dòng)，在相同張緊作用下， V帶摩擦力比平帶傳動(dòng)大 70%，承載能力比平帶高，在一般機(jī)械中常用。