【導(dǎo)讀】課題設(shè)計研究的目的和意義?????????在此基礎(chǔ)上的高層次設(shè)計的暢想???????吸水扒升降機構(gòu)設(shè)計?????????電動機類型的選擇?????????取小帶輪的基準直徑????????額定功率的增量?求輸出軸的功率P3、、轉(zhuǎn)速n3和轉(zhuǎn)矩T?????按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度????????清洗機機殼材料選用及壁厚設(shè)計???????塵器的基礎(chǔ)上,經(jīng)研究而發(fā)展起來的另一類新型地面清洗機。自動地面清洗機通過用洗滌液。對地面進行清洗,并將污水吸干,達到清潔地面的目的。隨著人們生活的日益改善，對生存的環(huán)境質(zhì)量要求也越來越高，特別是居家生活場所，游樂場所，超市等等地方對地面的清潔程度越來越重視。來處理，將花費大量的人力、物力，這樣便需要有地面清洗機的產(chǎn)生了。本次選題針對市場上出現(xiàn)的各類地面清洗機進行調(diào)查，對其功能原理進行研究，加

　　

【正文】 結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 根據(jù)前面提到的傳動方案的設(shè)計要求，應(yīng)考慮到軸的結(jié)構(gòu)工藝性。由于拖地自動清洗機中的軸是 直立放置，帶輪的軸向固定要求較高，對軸的影響力較大。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。裝拆方便，結(jié)構(gòu)簡單，方案如下圖 （具體尺寸見附圖） 1） 為了滿足帶輪的軸向定位要求， Ⅲ Ⅳ 左端用軸 肩 定位， 軸肩 直徑 D。根據(jù)軸端直徑取D=40 mm， 取 Ⅱ Ⅲ 的長度 L=5mm，軸段 Ⅰ Ⅱ 只起到増緊擋圈固定帶輪的作用，避免帶輪的上下躥動，故 LⅠ Ⅱ =10 mm， LⅣ Ⅴ =40 mm。 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。 LⅣ Ⅴ =40mm。 3） 初步選擇滾動軸承 因為軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用背對背型的交界處球軸承，參照工作要求并 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 華中科技大學(xué)機械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 43 根據(jù) dⅤ Ⅵ =18 mm。 由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0基本游隙組，標準精度等級的角接觸球軸承 7203C，其尺寸為 bDB=174022 , 故取 dⅤ Ⅵ =18 mm，考慮到軸承尺寸、底板厚度、刷盤連接， 取 LⅤ Ⅵ =50 mm。 4） 軸承端蓋的總寬度為 25mm（由軸及箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定），根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，端蓋與底板相接，由螺栓固定。 帶輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按《新編機械設(shè)計手冊》表 查得平鍵截面bh=87 mm ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 20 mm，同時為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪輪轂與軸的配合為 76Hh 。 取軸端倒角為 245 ?其余連接處倒角 如上圖所示。 求軸上載荷 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)簡圖做出軸的力的計算，該軸可作為懸臂梁進行分析。由于軸直立式放置，軸承可以承受軸向力和徑向力，故知考慮徑向力對軸的彎矩和扭矩的影響。在 V 帶的設(shè)計計算知，徑向力 F=,做為懸臂梁的跨距 L=45+15+3=63 mm 根據(jù)、軸的計算簡圖做出軸的彎矩簡圖和扭矩簡圖，如下圖所示： 華中科技大學(xué)機械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 44 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度， M=FL==21. 根據(jù)《機械設(shè)計》課本式 (155)以及軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取=，軸的計算應(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)機械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 45 = 前面已選定軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由《機械設(shè)計》課本表 151查得【 1?? 】 =60MPa，因此 ca? ＜【 1?? 】，故安全。 精確校核軸的疲勞強度 從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面 Ⅱ 和 Ⅲ 處為過盈配合，引起的應(yīng)力集中較為嚴重；從受載的情況來看，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，同時軸徑較大，故無需做強度校核，帶輪截面上雖然應(yīng)力較大，但應(yīng)力集中不大（過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，故也無需校核。由《機械 設(shè)計》課本第三章附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合小，因而該軸只需截面 Ⅲ 右側(cè)即可。 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)機械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 46 =MPa = 軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機械設(shè)計》表 151查得 B? =640MPa ， 1?? =275MPa， 1?? =155MPa。 截面上由于軸肩形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) ?? 及 r? 按《機械設(shè)計》中附表 32查取。因 rd = =， Dd =2826 = 經(jīng)插值法查表得 ?? = r? = 又由《機械設(shè)計》中附圖 31可得軸的材料的敏行系數(shù)為 q? = ， q? = 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按《機械設(shè)計》中（附表 34）為 1 ( 1)kq? ? ??? ? ?=1+ （ ） = 1 ( 1)kq? ? ??? ? ?=1+ （ ） = 由《機械設(shè)計》中附圖 32的尺寸系數(shù) ?? =，由《機械設(shè)計》中附圖 33的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)?? =。 軸按磨削加工，由《機械設(shè)計》中附圖 34得鳥面質(zhì)量系數(shù)為 ?? = ?? = 軸未經(jīng)表面強化處理，即 q? =1，則按《機械設(shè)計》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。3 1及 167。3 2得碳鋼的特性系數(shù) ?? =∽ ， ?? = ?? =∽ ， ?? = 華中科技大學(xué)機械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 47 于是，計算安全系數(shù) Sca值，按《機械設(shè)計》中（ 156） ∽ （ 158）則得 1 275 2 0 . 2 12 . 8 4 . 8 6 0 . 1 0amS K? ???? ? ??? ? ?? ? ? ? 1 155 K? ???? ? ??? ? ?? ? ? ? 2 2 2 22 0 . 2 1 1 0 . 6 2 9 . 4 0 1 . 52 0 . 2 1 1 0 . 6 2ca SSSSSS?????? ? ? ??? 故可知其安全。 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)《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表（ 1112）得 FS=,則 Fs1=Fs2=== N (2)計算軸向載荷 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)《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表（ 118）得： e= ∵ Fa1/Fr1e ∴ X1=1 Y1=0 ∵ Fa2/Fr2e ∴ X2=1 華中科技大學(xué)機械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 48 Y2=0 (4)計算當量動載荷 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)計算軸承壽命 Lh ∵ P1=P2 故 P= N 對于角接觸球軸承 ε=3 根據(jù)手《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》附表 115知 7203C型軸承 Cr= kN 根據(jù)《機械設(shè)計》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）。 根據(jù)軸的計算中選取的鍵知鍵的截面尺寸為：寬度 b=8mm，高度 h=7mm，由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長 L=20mm。 鍵、轂和軸的材料都是鋼，由《機械設(shè)計》中表 62查得許用擠壓應(yīng)力 ? ? 100 120p M Pa? ? ，取其平均值 ? ? 110p MPa? ? 。鍵的工作長度 l=Lb=208=12mm，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度華中科技大學(xué)機械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 49 k==7= mm 由《機械設(shè)計》中式（ 61）可得 332 1 0 2 1 1 .3 7 1 0 1 9 .33 .5 1 2 2 8p T M P ak ld? ? ? ?? ? ???? ?p? 由以上計算可知，該鍵合適。 鍵的標記為：鍵 8 7 20 GB/T109579. 吸水扒真空泵選擇 根據(jù)設(shè)計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 行真空泵的選擇。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： ： 4米；最大揚程： 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 )； 、揚程曲線圖供參考。 技術(shù)參數(shù)表： 華中科技大學(xué)機械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 50 型號 工作電壓 工作電流 功率 開口 流量 *注四 吸程 *注五 最大 揚程 *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，該地面自動清洗機吸水扒真空泵選用 BSP27 地面自動清洗機電池的選用 工作環(huán)境對清洗機的能源提出了特殊需要，目前清洗 機基本上都采用電池作為能源，電池有一次電池，二次電池和燃料電池。作為清洗機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。干電池應(yīng)用范圍廣，使用溫度越高，電壓、容量都同時增大，但有可能造成自放電和產(chǎn)生氣體，使用溫度可達 50℃ 60℃ ，在 0℃ 以下容量 急劇減少 。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。銼電池電動勢高、能量密度高、工作溫度范圍大、自放電少，正逐步走向?qū)嵱没且环N非常好的機器人能源。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。 鉛酸電池是一種比較好的機器能源，電壓高、壽命長 、可高比率放電、價格低 、結(jié)構(gòu)簡單可靠、工藝成熟，但能量密度低。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，機械強度高，可短期超負荷放電，放電電壓平穩(wěn)，但價格貴、充電時間長、壽命短、充電次數(shù)少。鎳鎬電池和鎳鋅 電池電壓低、價格貴，應(yīng)用較少。 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、效率高、無污染，是一種非常好的清洗機用電源，但總的來說，目前還處于研究開發(fā)階段。 由以上各種電池的分析，同時考慮到本次設(shè)計的要求，選用鉛酸電池比較合理，因為華中科技大學(xué)機械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 51 鉛酸電池是一種比較好的清洗機能源，電壓高、壽命長、可高比率放電、價格低、結(jié)構(gòu)簡單可靠、工藝成熟，可 降低制造清洗機的總成本，因而本次設(shè)計選用兩組 鉛 酸電池作為清洗機的可移動電源 ，型號為 12V10AH， 其安裝位置 見清洗 機裝配圖中所示。 清洗機支撐輪選擇 該清洗機采用三個支撐輪，前一個，后兩個。選用上海腳輪制造有限公司生產(chǎn)的 3D系列尼龍軸承輪。 該系列產(chǎn)品分類如下： 材料 產(chǎn)品名稱 型號 承載 (kg) 安裝高度