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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机

学号_L

姓名艾福杨

日期

第一章总体方案设计

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：

20mVmin

可靠度

整机可靠度：

%0

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

噪声振动

空气温度

务抽象化

图1扫地车黑箱

确定工艺原理方案

扫地盘，扫地简清扫

确定加工工艺方案，画工艺路线图

图3功能树

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

B

功能

扫地盘动力

电动机，柴油机，汽油机

扫地简动力

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

扫地简传动

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形杰学矩阵

分功能

功能解

1

2

3

A

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

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

方案评价，确定一种方案

Al—Bl—C2—DI

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

置设计，画出总体布置图

图5总体布置图

1,扫地盘2,扫地简3,垃圾箱

确定主要参数

车架长宽高：

1000X800X600mm

扫地车扫地盘转速为60r7min,扫地筒40r/min

第二章执行系统设计

画出执行系统方案简图

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Fl=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60地min,扫地简40r/min

第三章传动系统设计

动力机选择

类比选用12V250M齿轮减速电机，其输出转速为600r/min

传动比分配

电机到II轴（扫地简轴）之间的总传动比i=%=丝2=15

n40

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=—=10

n制6°

齿轮间传动比i=2

各轴功率、转矩和转速的确定

轴功

矩和转

（

轴号

功率P（W）

转矩T（N•mm）

转速（r/min）

0轴（电机）

250

600

I（主轴）

120

II（扫地简轴）

40

III（扫地盘轴）

47

60

查得：

n齿二、n承二、n抵=、n带二

表4各

率、转

速表

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=KaP=1X250=2509

式中：

pc一一计算功率

Ka——工况系数。

查工况系数表得K/1

P——所需传递的额定功率

2）选取V带的型号

根据Pc和n。

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40二56mm

2）大带轮直径ddi=i=3X56=168mm,160mm

3）计算带速vV二叫M二节出2（）;s

60x100060x1000

4）初定中心距（〃+dd2）<<2（ddx+dd2）

<即<448

取aQ=380mm

5）计算基准长度Ldo

乙。

=2“°=£（〃+〃）+虫

24a

314150

=2X380+x224+———

24x400

=1126mm

查机械设计手册12-1-4,取基准长度Ld=1120mm

6）确定中心距

二374mm

考虑到滚筒与带轮2之间有一定的间隙，所以取a=380mm

7）小带轮包角

%=180、"小一”门,60°

=180°--x60°

380

=°>120°

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=5004（―-l）+qv

以K。

Q=2F°zsin—=2x130xsin81.6°=211）确定带轮结构

小带轮采用实心式结构，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P。

由［2］表查得K尸，Kp=l

P产=250w

Kp

2）确定链轮齿数传动比i=2

设链速v=3~8m/s,由⑵表4-13选取.=25

又Z2=i*4=2x25=50

3）选取徒的型号

根据P。

和m确定，选链号为N010A。

所以P:

4）确定中心距a

初步选定中心距ao=4OP=5O8mm

链节数4=8+幺士包+C（三=1丫二

gP24A2万）•••

4=10。

»、叱Lp—Lp100—100.9

中心距。

=/+P=508+二

22

5）计算压轴力

PZ］〃3_17x50x60_

60x100060x1000

.lOOOp

卜「

v

1OOOKpE1000x1.25x0.225

Q］：

=K0Fi==

pQ।v0.85

4）链轮直径

Pd=-7=95mm

180

sin

Z

5）,

6）轮毂宽度

查［2］表得d.=

d轮致二d-ch=

3.4.3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240s270HBS）,大锥齿轮的材料为42SiMn（调质硬度210~240HBS）。

1）齿形角a

选用EN刀盘，则a=20°

2）大端端面模数

根据强度与类比法确定m=4

3）齿数比

由传动关系可知，齿数比U=2

4）确定齿数

由机械设计手册表13-3-11和实际空间得zl=17,z2=uzl=2X17=34.因为zl和z2最好无公因数，取z2=33,则实际传动比口二

5）分锥角6

35

tan61=—=61=25°54'23〃62=64°5'37〃

17

6）分度圆直径dl=m

7）锥距R

R二

2sinJ,

8）齿宽b

9）假想平面齿轮齿数Zc

Z=Z2=38,91mm'sinJ2

10）参考点锥距Rp

Rp=R-=-X22=

11）小端锥距河

Rf=R-b=-22=

12）齿宽中点螺旋角凡，

取瓦产35°,小齿轮右旋，大齿轮左旋。

13）初定参考点螺旋角广；

/?

；＞（B川+6°）=X（35°+6°）=°

14）选择钱刀盘

由机械设计手册图13-3-10,根据夕,Rp=68.69mm,查得标准刀盘半径

r「44mm,对应的螺旋角Q=40°,由表13-3-19得Z用=4

15）选择刀片型号

由机械设计手册图13TT1和表13-3T9,根据Z,.=38.91mm,夕；二°,确定选用

EN4-44刀盘时用3号刀片r；=1972mm2.

16）参考点法向模数%

|68.69?

-1972

]l38.912-42

17）参考点实际螺旋角Bp

〃7pZ,2.708x38.91

Bp=39°55,

18）齿高h

h=mp+=X+=

19）铳刀轴倾角Aa

由生二上二和Bp=39°55',查机械设计手册图13-3-12得621^=79°18h6.17「

所以△a=0

20）高变位系数x

因为Z]=17>16,所以X[=X2=0

21）齿顶高h.

hfll=（l+X]）%=（1+0）X=2.708mm

hfl2=（l+x,）m=（1+0）X=2.708mm

22）齿根高h/

h/[=h—hn=—=3,462mm

hf7=h—hfl7=—=3.462mni

23）切向变位系数x,

2-1

xzl=-——==

5050

xz2=-xH=

24）齿顶圆直径d.

dfll=d1+2hfllcos6,=68+2XXcos25°54,23〃=72.87mm

d“二d?

+2hfl.cos6,=132+2XXcos64°5,37"=134.37mm

25）外锥高A&

A4[二Reos6j-hnlsin6]

=Xcos25°54'23"-Xsin25°54'23"

A«2=Rcos62-sin62

=Xcos6405'37"-Xsin6405'37〃

26）安装距

按结构确定A]=88mm,A?

=72mm

27）支承端距H

H,=A1-A,1=88-=

H,=A、f）=72—=

28）大端螺旋角B

查机械设计手册图13-3T6,由B〃=39°55,，丁=一^=,查得B=48°54「Rp68.69

29）瓠齿厚s

/冗”2X\tana、〜,3.14、2xOxtana、公“

s=m（—+一）+xn）=4X（++=6・36mm

2cos/72cos/7

s2=nm—s1=X4—二

3.4.4锥齿轮的校核

pnneo

T=9550—=9550X—=•m

1n120

1）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。

0r

bm（\_05耙）

式中：

K——载荷系数

K=KylKvKaK^

查机械设计教材表10-2得使用系数K,=l；

查机械设计教材图10-8得动载系数Kv=；

查机械设计教材表10-3得齿间载荷分布系数K,二；

查机械设计教材表10-4得齿向载荷分布系数

小——齿形系数查机械设计教材表10-5得匕.产

%——应力校正系数查机械设计教材表10-5得4

中4锥齿轮传动的齿宽系数取中犬二

1.39x135x2.97x1.52

「22x4x（1-0.5x0.33）

查机械设计教材图10一一20（C）得（。

「）=400Mpa

，齿根弯曲疲劳强度足够

2）齿面接触疲劳强度计算

式中：

Z£——弹性影响系数查机械设计教材表10-6,Z£=188MpJ中/e——锥齿轮传动的齿宽系数取中4;

u传动比u=2

iooxzI1.39x4.9

0〃=5X188X।s；=Mp&

）033x（1-0.33x0.5）-x68,x2

查机械设计教材图10-21（d）,（ow）=525Mpfl

，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A0=115,则:

初步取d最小直径为20mm

2）采用下图所示装配方案：

3）确定轴的各段直径和长度

①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27mm,长度为25mm。

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28mm。

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1-11轴段的直径为20mm,长度为20mm；

②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-IV轴段的直径为30mm,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dXDXT=30mmX55mmX13mm,故选用IIITV轴段的直径为30mm,长度为22mm。

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=4mm,取IVT轴段的直径为30mm。

套简右端用定位。

③安装齿轮处的的轴段VI的直径为30mm齿轮左端用挡圈定位。

右端用一套简定位，同时套简右端定位带轮。

已知带轮的轮毂宽度为25mm,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-VII轴段的长度为22mm。

带轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h>,取h=mm,则轴环处的直径为42mm。

轴环宽度bN,取VII7III轴段的长度为10mm。

为了

满足右端齿轮的轴向固定要求，采用阶梯轴形式，选用VIIITX轴段的直径为35mm,长度为193mm。

右端的零部件结构的定位及轴径长度与左端的大体相同。

④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bXhXl=6mmX6mmX14mm、bXhXl=8mmX7mmX16mm.bXhXl=10mmX8mmX16nun（GB/T1095-1979）o键槽用键槽铳加工，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F

鼠〃尸85N,Fm/2=125N

FW1=217N,FW2=217N

弯矩M

Mw=•m

Mv=0m

（

总弯矩

M1=N,m

扭矩T

T=N•m

轴的受力如图所示:

•m

•m

•m

式中：

。

ca

轴的计算应力，Mpfl

M轴所受的弯矩，N,mm

T——轴所受的扭矩，N-mm

a取a=

轴的材料选用45钢，其许用应力（。

_1=60Mp.

。

恒〈（。

t）

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，2008

[2]孙志礼，马兴国等.机械设计M.北京：

科学出版社，2008

[3]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，2003

[4]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，2008

⑵孙志礼,马兴国等.机械设计[M].北京：

科学出版社，2008

[3]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，2003

[4]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，束体，不加粗

4.图号：

按章标，例如：

图图

图图等

5.表号：

按章标，例如：

表表

表表等

6.表题和图题为：

5号，宋体，加粗

7.整文行距为倍行距。

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

3.14x353_10x3.5x（35-3.5尸

322x35

-3843mm5

式中：

d——轴的直径

b——键槽宽度

t——键槽深度t=

yjM2+（at）2%/466202+（0.6x20800）2

3843