扫地车设计

机械系统大作业 作业题目 扫地车设计 专业班级 机设103班 学 号 100103077 姓 名 艾福杨 日 期 2013.11.29 第一章 总体方案设计1.1研究给定的设计任务 表1扫地车设计任务书编号名称扫地车设计单位辽宁工业大学起止时间主要设计人员艾福杨设计费用设计要求功能主要功能：清洁地面适应性制粒对象：公共场所的大厅，走廊清扫能力效率：20/min可靠度整机可靠度：99.9% 。使用寿命10年人机工程操作方便、造型美观。安全性漏电保护，故障停机保护1.2设计任务抽象化 图1扫地车黑箱1.3确定工艺原理方案扫地盘，扫地筒清扫1.4确定加工工艺方案，画工艺路线图扫地盘将垃圾集中扫地筒将垃圾扫入垃圾箱垃圾箱收集 垃 圾 脏地面干净地面 图2工艺路线图1.5功能分解，画出功能树 扫地盘旋转动力功能扫地筒旋转扫地盘传动扫地车传动功能扫地滚传动安全保护速度控制控制功能转速控制 图3功能树1.6 确定每种功能方案、构造形态学矩阵扫地功能 垃圾清理机械清扫，吸尘器，人工清扫 垃圾收集铁箱，朔料袋，人工收集动力功能扫地盘动力电动机，柴油机，汽油机扫地筒动力电动机，柴油机，汽油机传动功能扫地盘传动带传动，齿轮传动，链传动扫地筒传动带传动，齿轮传动，链传动控制功能速度控制人工控制，机械控制，电脑定时转速控制人工控制，机械控制，电脑定时 表2功能方案表 表3形态学矩阵分功能 功能解123A垃圾清理机械清扫吸尘器人工清扫B垃圾收集铁箱朔料袋人工收集C速度控制人工控制机械控制电脑定时D转速控制人工控制机械控制电脑定时1.7确定边界条件对外部环境要求：干燥，空间对设备要求：噪声，振动，蓄电池1.8方案评价，确定一种方案A1B1C2D11.9画出整机的方案简图 图4方案简图1，扫地盘 2，扫地筒 3，垃圾箱1.10总体布置设计，画出总体布置图 1 2 3 图5总体布置图1，扫地盘 2，扫地筒 3，垃圾箱1.11 确定主要参数车架长宽高： 1000800600mm扫地车扫地盘转速为60r/min，扫地筒40r/min第二章 执行系统设计2.1 画出执行系统方案简图 图6扫地滚筒 图7扫地圆盘2.2 执行系统运动分析，确定执行系统的运动参数和运动尺寸设计圆盘毛刷受力约为F1=50N，滚筒清扫受力约为F=75N圆盘毛刷半径R=150mm，扫地滚筒半径R=250mm扫地车扫地盘转速为60r/min，扫地筒40r/min第三章传动系统设计3.1 动力机选择类比选用12V250W齿轮减速电机，其输出转速为600r/min3.2 传动比分配电机到II轴(扫地筒轴)之间的总传动比 i=分配各级传动比设计电机到I轴的传动比i=5，由I轴（主轴）到II轴的传动比i=3电机到圆盘毛刷的总传动比i= 齿轮间传动比i=23.3 各轴功率、转矩和转速的确定轴号功率P（w）转矩T（Nmm）转速（r/min）0轴（电机）2503.98600（主轴）225.820.8120（扫地筒轴）87.218.7540（扫地盘轴）477.560查得：齿=0.97、承=0.99、链=0.95、带=0.96 表4各轴功率、转矩和转速表3.4 传动零件的设计计算1）确定计算功率计算功率PC是根据传递功率P，并考虑到载荷性质和每天运行时间长短等因素影响而确定。 PC =P=1250=250W式中：PC计算功率 工况系数。查工况系数表得=1 P所需传递的额定功率2）选取V带的型号根据PC和n0由教材2图4-12确定，因工作点外于Z型区，选择Z型V带3.4.1 带传动的设计计算1）由机械设计手册表12-1-11，取小带轮直径为=56mm 2）大带轮直径 =i=356=168mm，取=160mm3）计算带速v V=1.35m/s4）初定中心距 0.7（+）2（+） 156.8448 取=380mm5）计算基准长度 =2=（+）+ =2380+224+ =1126mm查机械设计手册12-1-4，取基准长度Ld=1120mm6）确定中心距 a=+ =380+ =374mm 考虑到滚筒与带轮2之间有一定的间隙，所以取a=380mm7）小带轮包角 =- =- =163.2120所以小带轮包角合适8）确定V带根数此处带轮之间所传递的功率远远小于单根V带所传递的功率，所以这里仅用一根V带。9）单根V带的初张紧力 F0=500(-1)+q =500（-1）+0.1 =130N式中q由教材2表4-1查得q=0.1Kg/m，由教材式4-20包角系数 =1.25()=1.25()=0.968110）计算轴压力Q Q=2F0zsin=2=249.2N11）确定带轮结构 小带轮(2.5-3)d，采用实心式结构，大带轮采用腹板式3.4.2 链传动的设计计算1）确定设计功率P0由2表查得=1，K=1.1，K=1P0= 250w 2）确定链轮齿数 传动比i=2设链速v=38m/s,由2表4-13选取=25又=225=503）选取链的型号根据P0和n3确定，选链号为N010A。 所以P=15.875mm4）确定中心距a初步选定中心距a=40P=508mm链节数=100.9 100中心距=508+=507.55mm5)计算压轴力 V=0.85m/s F= Q=KF=330.88N4） 链轮直径 d=95mm5） 轮毂宽度 查2表得 d=10.68mm d=d-d=84.32mm3.4.3 齿轮传动的设计计算选用斜齿锥齿轮传动，走廊清扫机为一般机械转速不高，故选用8级精度选择小锥齿轮的材料为42SiMn(调质硬度240270HBS),大锥齿轮的材料为42SiMn(调质硬度210240HBS)。1）齿形角选用EN刀盘，则=202）大端端面模数根据强度与类比法确定m=43）齿数比由传动关系可知，齿数比=24）确定齿数 由机械设计手册表13-3-11和实际空间得z1=17，z2=z1=217=34.因为z1和z2最好无公因数，取z2=33，则实际传动比=2.065）分锥角 tan1=0.48571=2554232=645376）分度圆直径 d1=mz1=417=68mm d2=mz2=433=132mm7)锥距R R=77.82mm8）齿宽b b=()R=22mm9）假想平面齿轮齿数Zc Z=38.91mm10) 参考点锥距R R=R0.415b=77.820.41522=68.69mm11） 小端锥距R R=Rb=77.8222=55.82mm12)齿宽中点螺旋角 取=35，小齿轮右旋，大齿轮左旋。13）初定参考点螺旋角 =0.914（+6）=0.914（35+6）=37.514） 选择铣刀盘由机械设计手册图13-3-10，根据=37.5，R=68.69mm,查得标准刀盘半径 r=44mm，对应的螺旋角=40，由表13-3-19得Z=415） 选择刀片型号由机械设计手册图13-1-11和表13-3-19，根据Z=38.91mm, =37.5,确定选用EN4-44刀盘时用3号刀片 r=1972mm.16)参考点法向模数m m=2=2=2.70817)参考点实际螺旋角 =0.7670 =395518）齿高h h=2.15 m+0.35=2.152.708+0.35=6.17mm19)铣刀轴倾角 由=7.13和=3955，查机械设计手册图13-3-12得=7918所以=020）高变位系数x 因为Z=1716，所以x= x=021）齿顶高h h=(1+ x) m=(1+0)2.708=2.708mm h=(1+ x) m=(1+0)2.708=2.708mm22）齿根高h h=hh=6.172.708=3.462mm h=hh=6.172.708=3.462mm23)切向变位系数x x=0.02 x=- x=-0.0224）齿顶圆直径d d= d+2hcos=68+22.708cos255423=72.87mm d= d+2hcos=132+22.708cos64537=134.37mm25)外锥高A A=Rcos- hsin=77.82cos2554232.708sin255423=68.816mm A=Rcos- hsin =77.82cos645372.708sin64537 =32.143mm 26)安装距 按结构确定A=88mm, A=72mm27)支承端距H H= AA=8868.82=19.18mm H= AA=7232.14=39.86mm28)大端螺旋角 查机械设计手册图13-3-16，由=3955，=1.13,查得=485429）弧齿厚s s=m(+x)=4(+0.02)=6.36mm s=ms=3.1446.36=6.2mm3.4.4 锥齿轮的校核T=9550=9550=4.6NmF=135N1） 齿根弯曲疲劳强度计算直齿锥齿轮的弯曲疲劳强度课近似地按照平均分度圆处的当量圆柱齿轮进行计算。= 式中：K载荷系数K=KKKK查机械设计教材表10-2得使用系数K=1；查机械设计教材图10-8得动载系数K=1.15；查机械设计教材表10-3得齿间载荷分布系数K=1.1；查机械设计教材表10-4得齿向载荷分布系数K=1.1。齿形系数 查机械设计教材表10-5得=2.97应力校正系数 查机械设计教材表10-5得=1.52锥齿轮传动的齿宽系数 取=0.33=11.52Mp查机械设计教材图1020（C）得=400 Mp齿根弯曲疲劳强度足够2） 齿面接触疲劳强度计算=5Z式中：Z弹性影响系数 查机械设计教材表10-6，Z=188 Mp锥齿轮传动的齿宽系数 取=0.33u传动比 u=2=5188=6.45 Mp查机械设计教材图10-21（d），=525 Mp齿接触疲劳强度足够3.4.5主轴设计计算1）主轴的材料选择45钢调制处理，初步计算其最小直径。取A=115，则：dA=115=13.7mm初步取d最小直径为20mm2）采用下图所示装配方案：3）确定轴的各段直径和长度 为了满足轴向定位要求， I-II 轴段右端须制造出一轴肩，故取II-III 轴段的直径为27 ，长度为25 。I-II 轴段的左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径为28 。使带轮绕轴进行转动，为了保证轴端挡圈只压在带轮上，采用的I-II 轴段的直径为20 ，长度为20 ；初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用轴承参照 工作要求并根据III-轴段的直径为30 ，由轴承产品目录初步选取0 基本游隙组标准精度级的圆锥滚子轴承32006 型其尺寸为dDT=30 55 13 ,故选用III-IV 轴段的直径为30 ，长度为22 。右端轴承采用采用套筒进行轴向定位。由手册查得厚度为h=4 ,取IV-V 轴段的直径为30 。套筒右端用定位。安装齿轮处的的轴段V-VI 的直径为30 齿轮左端用挡圈定位。右端用一套筒定位，同时套筒右端定位带轮。已知带轮的轮毂宽度为25 ，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮此轴段应略短于轮毂宽度故采用VI-轴段的长度为22 。带轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d,取h=3.5 ,则轴环处的直径为42 。轴环宽度b1.4h,取-轴段的长度为10 。为了满足右端齿轮的轴向固定要求，采用阶梯轴形式，选用-轴段的直径为35 ，长度为193 。右端的零部件结构的定位及轴径长度与左端的大体相同。带轮及齿轮与轴的轴向定位采用平键连接。按照齿轮与轴的直径由手册查表得平键截面尺寸分别为bhl=6 6 14 、 bhl=8 7 16 、bhl=10 8 16 (GB/T1095-1979)。键槽用键槽铣加工，同时为了保证齿轮和轴的配有良好的对中性，故选择轮毂与轴的配合为H7/n6. 圆锥滚子轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证，此处选轴的直径尺寸公差为h6。3.4.5主轴设计计算载荷水平面H垂直面V支反力FF=85N, F=125NF=217N, F=217N弯矩MM=35.37NmM=30.38Nm总弯矩M=46.62 Nm扭矩TT=20.8 Nm轴的受力如图所示：11.25Nm35.37Nm25.36NmM11.25Nm46.62Nm39.57NmM16.2Nm20.8Nm4.6NmT按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）。轴的抗弯截面系数W= =3843mm式中：d轴的直径 b键槽宽度 t键槽深度 t=3.5mm= = =12.56Mp式中：轴的计算应力，MpM轴所受的弯矩，NmmT轴所受的扭矩，Nmm取=0.6轴的材料选用45钢，其许用应力=60 Mp所以该轴安全。参 考 文 献1 巩云鹏，田万禄等.机械设计课程设计M.北京：科学出版社，20082 孙志礼，马兴国等.机械设计M.北京：科学出版社，20083 吴宗泽.机械设计实用设计手册（第二版）M.北京：化学工业出版社，20034 陈良玉，王玉良等.机械设计基础M.沈阳：东北大学出版社，2000 参 考 文 献1 巩云鹏，田万禄等.机械设计课程设计M.北京：科学出版社，20082 孙志礼，马兴国等.机械设计M.北京：科学出版社，20083 吴宗泽.机械设计实用设计手册（第二版）M.北京：化学工业出版社，20034 陈良玉，王玉良等.机械设计基础M.沈阳：东北大学出版社，2000排版格式1. 一级标题： 小3号，宋体，加粗2. 二级标题： 4号，宋体，不加粗3. 正文：小4号，宋体，不加粗4. 图号：按章标，例如：图1.1 图1.2 图2.1 图2.2 等5. 表号：按章标，例如：表1.1 表1.2 表2.1 表2.2 等6. 表题和图题为：5号，宋体，加粗7. 整文行距为1.5倍行距。21