玻璃清潔機器人

. 本科生畢業(yè)設(shè)計 題 目： 玻璃清潔機器人的設(shè)計 目 錄中文摘要及關(guān)鍵詞I英文摘要及關(guān)鍵詞II第一章 緒論11.1 課題目的、意義11.2 相關(guān)研究動態(tài)11.3 課題的主要容2第二章 玻璃清潔機器人總體方案設(shè)計32.1 清潔機器人的總體方案32.2 清潔機器人傳動系統(tǒng)方案32.2 玻璃清潔機器人清洗系統(tǒng)方案42.3 玻璃清潔機器人爬行系統(tǒng)方案52.4 其它局部方案88882.5 本章小結(jié)9第三章 玻璃清潔機器人傳動系統(tǒng)設(shè)計103.1 玻璃清潔機器人電動機的選擇103.2 直齒輪副的設(shè)計計算12141617183.3 錐齒輪副的設(shè)計計算18182020213.4 中心軸管的受力分析223.5 中心軸管的強度校核233.6 鍵的校核243.7 軸承的校核253.3 本章小結(jié)26第四章 玻璃清潔機器人清洗系統(tǒng)設(shè)計274.1 清洗機器清洗局部設(shè)計292930304.2 空心軸設(shè)計364.3 清洗機主機滾輪的設(shè)計374.4 主機上傳感器及行程開關(guān)的選擇374.5復(fù)合纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計384.6 本章小結(jié)38第五章 玻璃清潔機器人吸附系統(tǒng)設(shè)計395.1 吸附原理395.2 吸附方式的實現(xiàn)40435.3 采用風(fēng)壓吸附的意義435.5 氣動計算的原始數(shù)據(jù)與技術(shù)要求445.6風(fēng)壓局部力學(xué)計算445.7 本章小結(jié)46結(jié)論47參考文獻48致 5049 / 54中文摘要及關(guān)鍵詞摘要:本文在簡單介紹玻璃清潔機器人的國外研究現(xiàn)狀的根底上，基軟件CAD對四輪式風(fēng)壓吸附玻璃清潔機器人的本體機構(gòu)進展了設(shè)計，對一些關(guān)鍵局部進展了設(shè)計計算及校核計算，重點是玻璃清潔機器人的移動結(jié)構(gòu)、吸附結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算。采用四輪式小車形狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單；采用風(fēng)壓吸附方式，利用螺旋槳對空氣的壓縮所產(chǎn)生的壓力將機器人壓在物體玻璃，防止了清晰機器人對壁面的局限，降低了控制難度；清洗機主要由伺服懸吊系統(tǒng)、清洗主機和由計算機控制系統(tǒng)組成；采用無人化清洗，自動清洗，自動供水，自動供清洗液，單片機系統(tǒng)控制，操作人員只需通過鍵盤即可操縱清洗機工作，而且在清洗過程中，清洗機能夠自動進展邊緣識別，可根據(jù)建筑樓層的具體情況選擇為縱洗或橫洗；采用后輪驅(qū)動，一個電機驅(qū)動兩個后輪，后輪帶動前輪完成機器人的行走，使用直齒圓柱齒輪傳動裝置作為減速器；采用樓頂供電；機器人可以在水平面或者垂直玻璃直線行走。本機的清洗效率較高，清洗效果良好。關(guān)鍵詞：玻璃清潔機器人；風(fēng)壓吸附；齒輪機構(gòu)；清洗英文摘要及關(guān)鍵詞Abstract：This paper introduces the research status of glass cleaning robot, based on the CAD-based software for the four-wheel pressure adsorption glass cleaning robot body mechanism is designed, some of the key parts of the design calculations and checking calculation, the focus It is designed to move the structure, adsorption structure and drive system climbing robot calculations. Four-wheel-type car-shaped structure, the structure is simple; using adsorption pressure, the pressure of a propeller of air compression generated by the robot pressed glass objects, avoiding the limitations of the robot clear the wall, reducing the difficulty of control; scrubber mainly by the servo suspension system, scrub and host computer control system; the use of unmanned scrub, scrub automatic, automatic water supply, automatic solution for scrubbing, single-chip system control, the operator simply by manipulating the keyboard to work scrubbing machine, and in the process of scrubbing, scrubbing machines capable of automatic edge detection can be selected for the vertical or horizontal wash wash according to the specific circumstances of the building floor; rear-wheel drive, a motor driving the rear wheels, rear wheel drive complete robot walking, using a spur gear transmission as the reducer; using powered roof; the robot can walk in a straight line horizontal or vertical glass. High efficiency of the scrubbing machine, scrubbing to good effect.Keywords: Glass cleaning robot; adsorption pressure; gear mechanism; brushing第一章 緒論1.1 課題目的、意義隨著時代的進步 ,人們住的樓層也越來越高，擦玻璃變成了很難辦的事情，在智能機器人如火如荼得開展過程中，目前具有一定的智能性的清潔機器人也成為研究熱點之一,智能清潔機器人系統(tǒng)的研究在興旺國家受到廣泛的關(guān)注,許多高科技應(yīng)用領(lǐng)域,以及實際生產(chǎn)實踐中的特殊應(yīng)用環(huán)境的強烈需求更成為它不斷開展的強勁動力。近年來,都市中的高層建筑越來越多,目前對高層建筑的玻璃窗的清洗工作主要還是由清洗工人搭乘吊籃完成的,傳統(tǒng)的人工清洗方式既危險,效率又低且本錢高，但如果自己清洗的話不僅有危險而且費時費力，況且現(xiàn)在更多的人們希望從繁瑣的日常事務(wù)中解放出來，因此迫切需要一種設(shè)備協(xié)助甚至替代人來完成玻璃的清洗工作。1.2 相關(guān)研究動態(tài)國外方面，日本是機器人開展較為興旺的國家，其對智能機器人的研究實力雄厚，值得我們學(xué)習(xí)，以下圖的多用途壁面機器人是一個日本開發(fā)的清潔機器人的例：該機器人自重100kg，同時可載150kg負重，小車的車輪上具有磁性設(shè)計，采用磁吸附方式吸附在墻壁上，可直接越過坑洼不平的墻面以及其他墻上的不明障礙物，多用于橋墩底部、玻璃幕墻等檢測和修復(fù)作業(yè)。圖1.1 多用途壁面機器人1 圖1.2 雙車體機器人2上圖的雙車體機器人也是由日本人研制，其采用負壓吸盤吸附，在運行過程中吸盤與壁面之間產(chǎn)生有滑動密封效果，強大的大氣壓能夠保證小車不會從墻壁上滑落，由四個高摩擦系數(shù)的輪子貼合在墻壁面上，在吸盤保持負壓的過程中，機器人通過控制輪子的正反轉(zhuǎn)控制機器人的行走方向，輪子的差速保證了機器人的轉(zhuǎn)彎功能的實現(xiàn)，且由于四個輪子均為獨立控制，所以該機器人控制起來顯得格外靈活。國方面，雖然起步較晚，但也已經(jīng)有了相對成熟的東西，圖1.3為航空航天大學(xué)機器人研究所研制的用于清洗國家大劇院玻璃幕墻的樣機，圖上所示為該機器人工作在國家大劇院的場景，其由攀爬機構(gòu)、俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)、移動機構(gòu)和清洗機構(gòu)等局部構(gòu)成，總長約3m, 高0.5m，寬1m, 整個機身主體由鋁型材搭建而成，不僅強度高而且相對重量也輕了許多，其在工作過程中把安裝在建筑物上的滑動導(dǎo)桿作為中介，成功防止了機器人對建筑物的直接抓取所可能帶來的損傷以及其他不平安因素。圖1.3 北航清潔機器人3通過對上述文獻的分析，無論是國外的多用途壁面機器人還是國的清洗機器人，在體積及重量上都相對較大，多用途壁面機器人本身就重達100kg，顯然這個重量是普通家庭玻璃難以承受的，而北航機器人研究所所研發(fā)的清潔機器人樣機高度竟然到達了1.9米,這對于比擬寬闊的玻璃幕墻來說,清洗起來確實方便、迅速，但是對于一些普通的家庭玻璃窗來說,這明顯是不適宜的。1.3 課題的主要容本文設(shè)計的玻璃清潔機器人主要是用于清洗城市高層建筑的玻璃幕墻，用于替代人來完成玻璃的清洗工作，首先確定玻璃清潔機器人的整體方案以及詳細機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，然后闡述本課題控制系統(tǒng)的設(shè)計，最后介紹機器人實體樣機的調(diào)試，最后完成玻璃清潔機器人的清洗工作。設(shè)計一套完整實用且效率高的玻璃清潔機器人，首先要了解國外相關(guān)玻璃清潔器的開展現(xiàn)狀，其次根據(jù)現(xiàn)狀擬定數(shù)種設(shè)計方案，比擬優(yōu)劣后得出最正確方案，作為整體方案；進而闡述控制系統(tǒng)，清洗系統(tǒng)，吸附系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)等各個系統(tǒng)的設(shè)計，最后介紹機器人實體樣機的調(diào)試，完成玻璃清潔機器人的清洗工作。第二章 玻璃清潔機器人總體方案設(shè)計2.1 清潔機器人的總體方案根據(jù)玻璃清潔機器人清洗作業(yè)的要求，機器人首先必須具備清洗作業(yè)功能和控制功能，此外玻璃清潔機器人還必須在高層建筑物玻璃進展吸附和移動，因此玻璃清潔機器人系統(tǒng)應(yīng)該包括機器人清洗系統(tǒng)、爬壁系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大局部。主機主要由箱體，支撐架，防護罩，刷子，電機，螺旋槳吸附系統(tǒng)，齒輪傳動系統(tǒng)等組成。通過螺旋槳吸附系統(tǒng)使主機吸附在玻璃上，并使刷子壓緊，產(chǎn)生一定的清洗壓力，通過電機帶動刷子轉(zhuǎn)動，到達清洗的目的。主機有一懸吊支撐架，其外側(cè)與懸吊系統(tǒng)相連，可調(diào)吸附系統(tǒng)安裝在懸吊支撐架背后，吸附系統(tǒng)可通過調(diào)節(jié)螺旋漿轉(zhuǎn)速控制清洗力，懸吊支撐架通過一圓導(dǎo)軌和箱體其上安裝兩盤兩滾相連，所有的清洗裝置均安裝在該箱體上，清洗系統(tǒng)由固定在懸吊支撐架上的步進電機通過齒輪傳動系統(tǒng)執(zhí)行以90°為單位的轉(zhuǎn)動動作以實現(xiàn)橫洗和縱洗的轉(zhuǎn)換。箱體上有兩個圓盤形清洗刷，盤刷底部都有十二個清洗液噴射孔，另有兩圓柱形滾刷，在其行走前方有清水噴射孔，并安裝一軟質(zhì)刮水板，以使清洗過的部位快速風(fēng)干并防止留下來的清洗液腐蝕玻璃。箱體上還有一電機通過錐形齒輪將轉(zhuǎn)動傳到其中一個盤型清洗刷上，再通過齒輪傳動系統(tǒng)將轉(zhuǎn)動傳遞給另一盤刷，所以兩盤刷轉(zhuǎn)動方向相反，可以到達更好的清洗效果，圓柱形滾刷是由電機尾部的軸通過V帶驅(qū)動的。在懸吊支撐架上有防護罩，防止清洗液四濺。清水，清洗液，電機的供電和控制電纜都是是由復(fù)合纜供應(yīng)的，復(fù)合纜連接懸吊系統(tǒng)。在風(fēng)壓支架上有配重塊，配重塊可以沿光杠絲杠移動。通過調(diào)節(jié)配重塊可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡，以到達減小震動的效果。在清洗機主體的上下部安放超聲波傳感器，以進展邊緣識別。箱體上裝有兩對滾輪，滾輪通過電機驅(qū)動，以實現(xiàn)前后移動，而轉(zhuǎn)向通過箱體的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)。2.2清潔機器人傳動系統(tǒng)方案通過電動機帶動一對錐齒輪實現(xiàn)換向，然后通過齒輪嚙合傳遞給另外一組毛刷機構(gòu)，如圖2.1所示圖2.1 機器人傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3玻璃清潔機器人清洗系統(tǒng)方案根據(jù)以上提出的技術(shù)性能及要求，初步確定清洗方案如下：第一種：結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.2：此種方案采用負壓履帶吸盤式盤滾組合式清洗，由于受到玻璃玻璃材料的影響較大，一般情況下，每兩塊瓷磚之間都有45毫米的縫隙，密封不可靠。圖2.2 結(jié)構(gòu)一圖2.3 結(jié)構(gòu)二第二種：結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.3：這種方案采用了風(fēng)壓式壓緊，盤滾組合式清洗，清洗效率高，可靠性高，可以采用。但由于中間傳動的需要，結(jié)構(gòu)不對稱,風(fēng)扇的中心與刷子的中心不重合，清洗壓力不均勻，中心不穩(wěn)定，容易引起震動問題。但可以考慮配重問題。第三種：結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.4：圖2.4 結(jié)構(gòu)三這種方案吸取了第二種方案的優(yōu)點，傳動的改變，使振動的問題減小，機體尺寸減小。這種方案為螺旋槳風(fēng)壓式高層建筑外玻璃清洗機，其優(yōu)點是： 在清洗機外機架背后安裝可調(diào)吸附系統(tǒng)來提供連續(xù)均勻的清洗力，螺旋槳可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來控制清洗壓力； 機架采用一清洗系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)裝置，方便的實現(xiàn)了縱橫兩不同清洗方向的調(diào)整，減少非作業(yè)時間，增加了工作柔性，大大提高了工作效率； 應(yīng)用兩盤兩滾相結(jié)合的清洗方式，清洗液和清水分別由盤刷和滾刷提供以到達最正確清洗效果。綜合比擬以上三種方案，根據(jù)設(shè)計要求，由于對于玻璃的壓力要求大，工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)容易實現(xiàn)，最后決定用第三種方案。通過螺旋槳吸附系統(tǒng)使主機吸附在玻璃上，并使盤刷和滾刷壓緊，產(chǎn)生一定的清洗壓力，通過電機帶動刷子轉(zhuǎn)動，到達清洗的目的。旋轉(zhuǎn)的刷子的軌跡為包絡(luò)線，從而清洗干凈玻璃。滾刷噴的是清水，將玻璃沖洗干凈，以防止留下來的清洗機腐蝕玻璃，同時盤刷和滾刷采用一個電機驅(qū)動，減小了清洗主機的重量，清潔度提高，清洗效率也提高了一倍；由于采用兩盤兩滾結(jié)構(gòu)可減少不必要的回程時間，以到達提高效率的目的。2.3 玻璃清潔機器人爬行系統(tǒng)方案目前玻璃清潔機器人吸附方式主要包括磁吸附，負壓吸附，螺旋槳推壓等，今年來又出來現(xiàn)了膠吸附，仿壁虎足的干吸附，仿蝸牛的濕吸附，類攀巖抓持吸附，該類吸附方式只適合在導(dǎo)磁面上吸附；低真空度負壓吸附采用風(fēng)機旋轉(zhuǎn)將負壓腔的空氣抽出產(chǎn)生負壓來吸附，具有一定的壁面適應(yīng)能力，但存在噪音大，體積大的缺點；螺旋槳推壓靠合理布置螺旋槳的角度，利用螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推力將機器人貼附在壁面上，但也存在噪音大的缺點。由于負壓吸附具有適用面廣，不受壁面材料限制，而且低負壓真空吸附的玻璃清潔機器人具有壁面適應(yīng)能力強和運動速度快等優(yōu)點，因此目前負壓吸附在玻璃清潔機器人中得到廣泛的應(yīng)用。真空泵式要帶一個大大的氣泵，且設(shè)計要求需要清潔水擦玻璃，固采用水射流式抽氣吸附。這種方案前面已經(jīng)提到，它的工作形式主要是用水泵把水抽到吸盤里后，經(jīng)射流器力射流泵提供的動力，再把水經(jīng)噴頭往外噴，把里面的空氣帶走，噴完后，吸盤外形成負壓，把吸盤吸住。由于吸盤也是機器人運動時類似于液壓缸機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如下圖：它是長方形吸盤，工作時最多只有一半用來射流噴水產(chǎn)生吸附，實現(xiàn)機器人的吸附功能。圖2.5 吸盤結(jié)構(gòu)簡圖 機器人的吸附與運動機構(gòu)都要水的參與，工作過程如圖2.6所示： 1：2YA通電，工作腔1沖水，滿后，2YA斷電，與此同時，1腔里的水經(jīng)射流發(fā)射器噴出，帶走里面的空氣，形成負壓，使得吸盤A吸附在玻璃上。 2：此時，4YA通電，3腔進水，滿后，1YA通電，使2腔進水，推動活塞桿a向前移動，拉動吸盤B往前移動，活塞至中間位置后，壓下行程開關(guān)。 3：此時，1YA，4YA斷電，3腔再次水滿，3腔水經(jīng)水射流發(fā)射器噴水，產(chǎn)生負壓，吸住吸盤B. 4：此時，2YA通電，1腔進滿水后，3YA通電，使4腔進水，推動活塞桿b前進，使其推動吸盤A前進，活塞桿至中間位置后壓下行程開關(guān)，2YA，3YA斷電，此時1再次充滿水，再射流，如此循環(huán)下去，實現(xiàn)機器人的爬行運動。圖2.6 機器人控制原理圖本方案如以下圖2.7所示，通過螺旋槳吸附系統(tǒng)使主機吸附在玻璃上，并使盤刷和滾刷壓緊，產(chǎn)生一定的清洗壓力，通過電機帶動刷子轉(zhuǎn)動，到達清洗的目的。旋轉(zhuǎn)的刷子的軌跡為包絡(luò)線，從而清洗干凈玻璃。滾刷噴的是清水，將玻璃沖洗干凈，以防止留下來的清洗機腐蝕玻璃，同時盤刷和滾刷采用一個電機驅(qū)動，減小了清洗主機的重量，清潔度提高，清洗效率也提高了一倍；由于采用兩盤兩滾結(jié)構(gòu)可減少不必要的回程時間，以到達提高效率的目的。圖2.7 螺旋槳吸附系統(tǒng)使主機吸附在玻璃上2.4 其它局部方案材料選擇根據(jù)課題要求，總體重量越輕越好，由于使用清洗液，耐腐蝕性能也要好而且此產(chǎn)品是輕載荷，故材料首先選用鋁合金材料及非金屬材料。整個及其涉及到齒輪減速器的地方，齒輪的材料經(jīng)過篩選與比擬采用聚甲醛均聚17。本機的各個傳動軸均采用硬質(zhì)合金LY11。螺旋槳材料選用尼龍66 (聚己二酰己二胺)。機架的材料采用鋁合金。其他機件的選擇根據(jù)通常材料在重量最輕原那么下進展確定。2.4.2 輪的潤滑問題由于齒輪的材料已確定為聚甲醛14，據(jù)參考文獻1，其工作要求少潤滑或無潤滑，故不考慮齒輪的潤滑問題。2.4.3 軸承的潤滑問題大空心軸的轉(zhuǎn)速較低為400r/min,鼓起潤滑方式應(yīng)為脂潤滑，潤滑脂為鈣機潤滑脂。注：以上潤滑脂的選擇見文獻10。2.5 本章小結(jié)本章確定了設(shè)計玻璃清潔機器人的總體方案。根據(jù)作業(yè)環(huán)境，對機器人從清洗系統(tǒng)、爬壁系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大方面進展設(shè)計，選型和參數(shù)確實定。最后請教誨師對設(shè)計的方案進展校正，以確定設(shè)計的可行性和穩(wěn)定性。第三章 玻璃清潔機器人傳動系統(tǒng)設(shè)計3.1 玻璃清潔機器人電動機的選擇為電力拖動系統(tǒng)進展適宜的電機選擇，才能保證系統(tǒng)可靠工作和經(jīng)濟地運行。下文簡要介紹電機選擇的一般容。電機選擇的主要包括如下容。    1.類型的選擇選擇哪種電機類型,一方面要根據(jù)生產(chǎn)機械對電機的機械特性、起動性能、調(diào)速性能、制動方法、過載能力等方面的要求;在對起動、閱速等性能沒有特殊要求的前提下，優(yōu)先選用三相異步籠型電機。2. 功率的選擇 選擇電機的翻定功率時，應(yīng)使所選的電機額定功率等于或稍大于生產(chǎn)機械所需要的功率，既不能過載，也不能長期輕載。可采用類比法、統(tǒng)計法、實驗法、計算法等確定。3.電壓的選擇 交流電機額定電壓應(yīng)選擇和供電電網(wǎng)的電壓一致.并結(jié)合電機順定功率考慮。直流電機的額定電壓也要與電源電壓相配合，常用110 V或220 V。大功率直流電機可提高到600 - 800 V至1000V。當采用晶閘管整流裝置供電時，可選用專門為其配套設(shè)計的直流電機.其電壓有功率等級160 V (Z3型),180 V,340 V (Z2型)及440 V (Z2 ,Z3型)。   4.轉(zhuǎn)速的選擇      5.外形結(jié)構(gòu)的選擇 電機常用的外形結(jié)構(gòu)有開啟式、防護式、封閉式、密封式、防爆式。開啟式電機定子兩側(cè)和端蓋上開有很大的通風(fēng)孔。它散熱好、價格廉價，但容易進灰塵、水滴和鐵渭等雜物.只能在清潔枯燥的環(huán)境中使用;防護式電機的機座下面有通風(fēng)口。它散熱好、能防止水滴、沙粒和鐵屑等雜物濺人或落人電動機，但不能防止潮氣和灰塵浸人.適用于比擬枯燥、沒有腐蝕性和爆炸性氣體的環(huán)境;封閉式電機的機座和端蓋完全封閉.它又分自冷式、自扇冷式、他扇冷式、竹道通風(fēng)式及密封式等。前四可用在潮濕、多腐蝕性灰塵、易受風(fēng)雨浸蝕等環(huán)境中，第五種可浸在液體中使用.如潛水泵等;    6.安裝形式的電機選擇  目前生產(chǎn)的電機的安裝形式主要有:B3(臥式安裝，機座帶底腳.端蓋上無凸緣)B5(臥式安裝，機座不帶底腳.端蓋上有凸緣)V1(立式安裝.機座不帶底腳，端蓋上有凸緣)。  每種又分單軸伸出和雙軸伸出兩種。應(yīng)根據(jù)電動機在生產(chǎn)機械中的安裝方式選擇電動機的安裝形式。一般情況選用臥式，立式價格較高，只用于簡化傳動裝置又必須垂直運轉(zhuǎn)時，如立式深井泵等。    7.工作制的電機選擇    根據(jù)生產(chǎn)機械要求.選樣工作制與實際工作方式相當?shù)碾姍C比擬經(jīng)濟。   8.型號的電機選擇  根據(jù)上述各項的結(jié)果，選擇電機的型號和生產(chǎn)廠家?？紤]到該機構(gòu)工作所需功率不大，初步采用估算的方法，擬采用Y90L-4電動機。查文獻8得：選擇，其銘牌如下表3.1：表3.1 Y系列三相異步電動機電動機型號額定功率 KW滿載轉(zhuǎn)速 r/min堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩質(zhì)量 KgY90L-41.5同步轉(zhuǎn)速1500 r/min,4級14402.22.227圖3.1 三相異步電動機a三相異步電動機安裝示意圖b三相異步電動機外形尺寸示意圖 圖3.2 電動機的安裝及外形尺寸示意圖表3.2 電動機的安裝技術(shù)參數(shù)中心高/mm外型尺寸/mm L×AC/2+AD×HD 底腳安裝尺寸A×B地腳螺栓 孔直徑K軸伸尺寸D×E 裝鍵部位尺寸F×GD90515× 345× 315216 ×1781238× 8010 ×433.2 直齒輪副的設(shè)計計算電動機驅(qū)動的閉式直齒圓柱齒輪傳動，標稱功率P=1.5kW,小齒輪轉(zhuǎn)速n1=1500r/min，傳動比i=4.1許有4%的誤差,長時工作，預(yù)期壽命五年，每年按200天計。工作有輕微沖擊，齒輪對稱布置。（1） 選材料確定初步參數(shù) 依據(jù)參考文獻5表5-5選材料小齒輪：40Cr調(diào)質(zhì)，平均取齒面硬度為260HBS大齒輪：45鋼調(diào)質(zhì)，平均取齒面硬度為230HBS（2） 初選齒數(shù) 取小齒輪齒數(shù)為=32，那么大齒輪齒數(shù)為：園整，為使u為除不盡的數(shù)取 =129（3） 齒數(shù)比驗算傳動比誤差，×100%=1.7%允許（4） 選擇齒寬系數(shù)d和傳動精度等級 查參考文獻5表5-8得齒寬系數(shù)d=0.275初估小齒輪直徑那么齒寬齒輪圓周速度： ,查參考文獻5表5-4可選擇精度等級為7級,（5） 計算小齒輪轉(zhuǎn)矩(3.1)定重合度系數(shù)、(3.2)由公式(5.2)定重合度 =1.88-3.2×1/32+1/129=1.755分別由參考文獻13中公式得=0.865=0.25+（6） 確定載荷系數(shù)、(3.3)1) 使用系數(shù) 由參考文獻13表10-2查表，取=1.352) 動載系數(shù) 由參考文獻13圖10-8可查得，=1.143) 齒向載荷分布系數(shù),由參考文獻13圖10-4可取=1.294) 齒間載荷分配系數(shù)、根據(jù)條件查參考文獻13表10-3得 =1/ Y=1/0.677=1.485) 載荷系數(shù) 、 由公式(5.3)可算得3.2.1 齒面接觸疲勞強度計算（1） 確定許用應(yīng)力1) 總工作時間：2) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N、N由參考文獻13公式(10-13)及參考文獻6表10-18可計算查得：3) 壽命系數(shù)、由參考文獻13圖8.2-17取=1 =14) 接觸疲勞極限 ： 由參考文獻13圖8.2-13取=630MPa，=490MPa5) 平安系數(shù) ： 參照參考文獻13照表8.2-13，取=16) 許用應(yīng)力、：由參考文獻13式(8.2-15)=（2） 彈性系數(shù)： 由參考文獻13表8.2-11，取=190（3） 節(jié)點區(qū)域系數(shù) ： 由參考文獻13圖8.2-12，取=2.5（4） 求所需小齒輪直徑 由參考文獻13式8.2-11=符合初估數(shù)值（5） 確定中心距、模數(shù)等主要幾何參數(shù)1) 中心距a 初算中心距園整取中心距a =200mm2) 模數(shù)m 由中心距a及初選齒數(shù)、得按標準取m=2.5mm3) 分度圓直徑、=m z=2.5×32=80mm=m =2.5×129=322.5mm 取為=320mm4) 確定齒寬 取大齒輪齒寬=b=22mm,小齒輪齒寬=32mm3.2.2 齒根抗彎疲勞強度驗算（1） 求許用彎曲應(yīng)力1) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由以上計算可得2) 壽命系數(shù)、 取= =1 3) 極限應(yīng)力 、由圖9-21取：=220MPa =170MPa4) 尺寸系數(shù) 由參考文獻13圖8.2-26，取=15) 平安系數(shù) 參照參考文獻13表8.2-13，取=1.56) 許用應(yīng)力、 由參考文獻13式(8.2-20)，許用彎曲應(yīng)力：=（2） 齒形系數(shù)、 由參考文獻13圖9-19，取： =2.5=2.15（3） 應(yīng)力修正系數(shù)、 由參考文獻13圖9-20，?。?1.63=1.824校核齒根抗彎曲疲勞強度 由參考文獻13式8.2-17，齒根彎曲應(yīng)力 抗彎疲勞強度足夠。3.2.3 齒面靜強度計算(1) 確定許用接觸應(yīng)力：參照參考文獻13表8.2-13，取靜強度平安系數(shù)由參考文獻13圖8.2-17，取壽命系數(shù)于是由參考文獻13式(8.2-21)，許用接觸應(yīng)力大輪較低(2) 校核齒面靜強度 根據(jù)過載條件，由參考文獻13式(8.2-21)，齒面最大接觸應(yīng)力齒面靜強度足夠。3.2.4 齒根抗彎靜強度驗算1確定許用彎曲應(yīng)力 參照參考文獻13表8.2-13，取靜強度平安系數(shù)由參考文獻13圖8.2-25，取壽命系數(shù)于是由參考文獻13式(8.2-22)，許用彎曲應(yīng)力2求最大彎曲應(yīng)力并校核強度 由參考文獻13式(8.2-22)，最大彎曲應(yīng)力靜強度滿足要求。帶動兩個盤刷的齒輪對稱布置3.3 錐齒輪副的設(shè)計計算根據(jù)參考文獻13第二版2-369，材料選擇聚甲醛均聚，參照參考文獻13第6卷3.3.1 根底尺寸確定由小錐齒輪所傳遞轉(zhuǎn)距為,根據(jù)圖2.4-14和圖2.4-15選擇小齒輪大端分度圓直徑為，取大端模數(shù)。那么齒數(shù)：軸交角分錐角外錐距：齒寬系數(shù)取0.3，那么齒寬： 取b=24mm齒頂高：齒根高：齒高：大端齒頂圓直徑：(3.4)齒根角：齒頂角：頂錐角：根錐角：冠頂距：確定傳動的精度等級初選平均切線速度由參考文獻Pg159 表8.2-5，選擇傳動等級為8級3.3.2 確定載荷系數(shù)K使用系數(shù),由條件查表8.2-9，取動載荷系數(shù),由圖8.2-6，取齒向載荷分布系數(shù),按小錐齒輪懸臂考慮取載荷系數(shù)3.3.3 齒面接觸疲勞強度計算1 確定許用應(yīng)力壽命系數(shù),由條件取平安系數(shù),參照表8.2-13，取接觸疲勞極限2 彈性系數(shù)3 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 4 小齒輪所需大端分度圓直徑,由參考文獻式(8.2-44)5 驗算速度平均直徑： 平均線速度：6 確定模數(shù)m:3.3.4 齒根抗彎疲勞強度計算（1） 確定許用彎曲應(yīng)力1) 壽命系數(shù)2) 平安系數(shù)3) 尺寸系數(shù)4) 極限應(yīng)力,取5) 許用彎曲應(yīng)力（2） 齒形系數(shù), 1) 分錐角 2) 當量齒數(shù):3) 由參考文獻13圖8.2-19，取,4) 應(yīng)力修正系數(shù) 由參考文獻13圖8.2-20 取，5) 校核齒根抗彎疲勞強度由參考文獻13式8.2-46 (3.5) (3.6) (3.7)三式聯(lián)立求得滿足要求3.4 中心軸管的受力分析1 在水平平面的支反力，由,得為負值說明方向與假設(shè)方向相反。由,得2 做彎矩和轉(zhuǎn)矩圖1齒輪的作用力在水平平面的彎矩圖齒輪的作用力在垂直平面的彎矩圖由于齒輪作用力在D截面做出的最大合成彎矩2) 做轉(zhuǎn)矩圖 圖3.3 轉(zhuǎn)矩圖3.5 中心軸管的強度校核1確定危險截面 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖，截面B處彎矩較大，且有軸承配合引起的引力集中；截面D處彎矩最大，且有齒輪配合引起的應(yīng)力集中，故屬于危險截面?，F(xiàn)對D截面進展強度校核。2平安系數(shù)校核計算 由于該減速器機軸轉(zhuǎn)動，彎矩引起對稱循環(huán)的應(yīng)力，彎矩引起的為脈動循環(huán)的切應(yīng)力。彎曲應(yīng)力幅為：式中 W抗斷面系數(shù)，由參考文獻13中的表19.3-15查得由于式對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，故平均應(yīng)力根據(jù)參考文獻中的式19.3-2式中45鋼彎曲對稱循環(huán)應(yīng)力時的疲勞極限，由參考文獻13中的表19.1-1查得=270MPa;正應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，由參考文獻13中的表19.3-6，并根據(jù)配合查得=2.62；外表質(zhì)量系數(shù)，軸經(jīng)車削加工，按參考文獻13中的表19-3-8查得=0.92；尺寸系數(shù)，由參考文獻13中的表19.3-11查得=0.81.切應(yīng)力幅為：式中 W抗斷面系數(shù)，由參考文獻13中的表19.3-15查得由于式對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，故平均應(yīng)力式中 45鋼扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由參考文獻13中的表19.1-1查得=155MPa;切應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，由參考文獻13中的表19.3-6，并根據(jù)配合查得=1.89；，同正應(yīng)力情況；平均應(yīng)力折算系數(shù)，由參考文獻13中的表19.3-13查得=0.21.軸D截面的平安系數(shù)由式19.3-1確定由參考文獻13中的表19.3-5可知，S=1.31.4，故SS，該軸D截面是平安的。同理可驗證輸出軸也符合強度要求。3.6 鍵的校核鍵和軸的材料都是鋼，查參考文獻13 得許用擠壓應(yīng)力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。可得可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為：3.7 軸承的校核、軸軸承的校核軸選用的是深溝球軸承6205，其根本額定負荷為19.5KN,所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計要求，應(yīng)該對軸未端的滾子軸承進展校核。軸傳遞的轉(zhuǎn)矩受力受力根據(jù)圖3.12受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為:圖3.4受力分析和受力圖在水平面：在水平面：因軸承在運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，4表13-6查得載荷系數(shù)，取，那么有：軸承的壽命計算:所以按軸承的受力大小計算壽命故該軸承6205能滿足要求。、其他軸的軸承校核同上，均符合3.8 本章小結(jié)本章對傳動部件的直齒圓柱齒輪和錐齒輪進展強度校核，使之滿足傳動要求。由于材料有限，設(shè)計時采用的是45號鋼以取代聚乙醛，方便材料的強度計算。第四章 玻璃清潔機器人清洗系統(tǒng)設(shè)計在清洗機構(gòu)的設(shè)計中想到了五種方案，如圖4.1，4.2，4.3，4.4，4.5(1) 電機帶動斜齒輪1，斜齒輪1帶動斜齒輪2，斜齒輪帶動斜齒輪3，斜齒輪上的軸連接滾刷，進而實現(xiàn)清洗；圖4.1 清洗機構(gòu)一(2) 電機帶動錐齒輪1，錐齒輪1帶動錐齒輪2，由錐齒輪2上的軸連接滾刷，進而實現(xiàn)清洗；圖4.2 清洗機構(gòu)二(3) 電機帶動蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，兩個蝸輪的軸上分別接刷子，從而實現(xiàn)清洗；圖4.3 清洗機構(gòu)三(4) 電機帶動蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，兩個蝸輪分別接皮帶輪，皮帶輪上的軸接刷子，從而實現(xiàn)清洗。圖4.4 清洗機構(gòu)四圖4.5 清洗機構(gòu)五以上5種方案通過比照以及由設(shè)計的要求所限制，最終選擇方案5為清洗機構(gòu)。4.1 清洗機器清洗局部設(shè)計假設(shè)清洗速度0.2m2/s。1盤刷采用在塑料體上在塑料毛的盤刷，其具有一定的彈性和剛度，可保證一定的壓緊力來清洗玻璃，同時假設(shè)玻璃有一定高度的凸出物，塑料毛有一定的彈性可以退讓，順利通過。刷子半徑214，有毛半徑208，刷毛長度為50，盤刷與聯(lián)刷體可通過螺栓來裝配連接。2聯(lián)刷體采用聯(lián)刷體的目的：1 使電機與盤刷連接起來;2 使盤刷具有可換性；3 可調(diào)節(jié)盤刷與玻璃的距離；聯(lián)刷體保證與電機連接處的強度、材料應(yīng)盡量輕，其結(jié)構(gòu)如圖4.6：圖4.6 聯(lián)刷體3盤刷的工藝性根據(jù)資料可知：刷類的刷毛是用制毛器植上的，其根本原理如下：在殼體剛注塑完時，趁著殼體還為硬化，用機械方法把刷毛植進去。把一撮毛約四至五根折彎，在根部裝上一韌性卡子，用專門植毛機把毛插入未硬化的殼體，卡子插入后，待殼體凝固，便把刷毛固定下來，這樣整個植毛工藝就完成了。根據(jù)上述原理，盤刷也可以采用這種方法制作，其技術(shù)要求：毛孔直徑：2.5mm間距：5mm孔深：10 mm每孔刷毛密度：五根滾刷原理與上面一樣采用在鋼軸外面加套橡膠軸套，在橡膠軸上栽刷毛的方法做成，可通過調(diào)換橡膠套的方法調(diào)換滾刷，滾刷半徑為106，有刷毛局部長度為940。滾刷結(jié)構(gòu)如圖4.7：圖4.7 滾刷為了控制的方便，減輕主機的重量，應(yīng)盡量減輕電機的數(shù)量，所以盤刷、滾刷共用一雙輸出軸電機，中間用齒輪和V帶傳動；從經(jīng)濟的角度考慮，采用普通的三相電機，帶動兩盤兩滾共四個清洗刷。依據(jù)實際實驗，取洗刷的壓強為螺旋槳工作壓力為20公斤力。四個角輪 分別承受3公斤力。盤滾刷均承受兩公斤力刷毛與玻璃的摩擦系數(shù)為0.10.2，取=0.15對盤刷求積分轉(zhuǎn)矩為 : 1) 洗力矩：盤刷：兩個刷子的轉(zhuǎn)矩：滾刷：所需總的清洗力矩：2) 初定盤刷轉(zhuǎn)速：360r/min根據(jù)清洗力矩，型號為Y2-802-6，額定功率550W,轉(zhuǎn)速900r/min,平鍵4×4.1.3清洗局部所用彈簧的設(shè)計圓柱螺旋壓縮(拉伸)彈簧受載時的應(yīng)力及變形現(xiàn)就以下圖<圓柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析>所示的圓形截面彈簧絲的壓縮彈簧承受軸向載荷P的情況進展分析。由圖<圓柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析a>(圖中彈簧下部斷去，末示出)可知，由于彈簧絲具有升角，故在通過彈簧軸線 的截面上，彈簧絲的截面A-A呈橢圓形，該截面上作用著力F及扭矩。因而在彈簧 絲的法向截面B-B上那么作用有橫向力Fcos、軸向力Fsin、彎矩M=Tsin及扭矩T= Tcos。 由于彈簧的螺旋升角一般取為=5°9°，故sin0；cos1(以下圖<圓柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析b>)，那么截面B-B上的應(yīng)力(以下圖<圓柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析c>)可近似地取為式中C=D2/d 稱為旋繞比(或彈簧指數(shù))。為了使彈簧本身較為穩(wěn)定，不致顫抖和過軟，C值不能太大；但為防止卷繞時彈簧絲受到強烈彎曲，C值又不應(yīng)太小。C值的圍為416(表<常用旋繞比C值>), 常用值為58。 圖4.8 圓柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析表4.1 常用旋繞比C值d(mm)0.20.40.4511.12.22.567161842C=D2/d714512510494846為了簡化計算，通常在上式中取1+2C2C(因為當C=416時，2C>>l，實質(zhì)上即為略去了 p)，由于彈簧絲升角和曲率的影響，彈簧絲截面中的應(yīng)力分布將如圖<圓柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析>c中的粗實線所示。由圖可知，最大應(yīng)力產(chǎn)生在彈簧絲截面?zhèn)鹊膍點。實踐證明，彈簧的破壞也大多由這點開場。為了考慮彈簧絲的升角和曲率對彈簧絲中應(yīng)力的影響，現(xiàn)引進一個補償系數(shù)K(或稱曲度系數(shù))，那么彈簧絲側(cè)的最大應(yīng)力及強度條件可表示為式中補償系數(shù)K，對于圓截面彈簧絲可按下式計算：圓柱螺旋壓縮(拉伸)彈簧受載后的軸向變形量可根據(jù)材料力學(xué)關(guān)于圓柱螺旋彈簧變形量的公式求得:式中：n彈簧的有效圈數(shù)；G彈簧材料的切變模量，見前一節(jié)表<彈簧常用材料及其許用應(yīng)力>。如以Pmax代替P那么最大軸向變形量為： 1) 對于壓縮彈簧和無預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧：2對于有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧： 拉伸彈簧的初拉力(或初應(yīng)力)取決于材料、彈簧絲直徑、彈簧旋繞比和加工方法。用不需淬火的彈簧鋼絲制成的拉伸彈簧，均有一定的初拉力。如不需要初拉力時，各圈間應(yīng) 有間隙。經(jīng)淬火的彈簧，沒有初拉力。中選取初拉力時，推薦初應(yīng)力0'值在以下圖的陰影區(qū)選取。初拉力按下式計算：使彈簧產(chǎn)生單位變形所需的載荷kp稱為彈簧剛度，即 圖4.9 彈簧初應(yīng)力的選擇圍彈簧剛度是表征彈簧性能的主要參數(shù)之一。它表示使彈簧產(chǎn)生單位變形時所需的力，剛度愈大，需要的力愈大，那么彈簧的彈力就愈大。但影響彈簧剛度的因素很多，由于kp與C的三次方成反比，即C值對kp的影響很大。所以，合理地選擇C值就能控制彈簧的彈力。 另外，kp還和G、d、n有關(guān)。在調(diào)整彈簧剛度時，應(yīng)綜合考慮這些因素的影響。承受靜載荷的圓柱螺旋壓縮(拉伸)彈簧的設(shè)計 彈簧的靜載荷是指載荷不隨時間變化，或雖有變化但變化平穩(wěn)，且總的重復(fù)次數(shù)不超過次的交變載荷或脈動載荷而言。在這些情況下，彈簧是按靜載強度來設(shè)計的。 在設(shè)計時，通常是根據(jù)彈簧的最大載荷、最大變形、以及結(jié)構(gòu)要求(例如安裝空間對彈簧尺寸的限制)等來決定彈簧絲直徑、彈簧中徑、工作圈數(shù)、彈簧的螺旋升角和長度等。 具體設(shè)計方法和步驟如下: 1) 根據(jù)工作情況及具體條件選定材料，并查取其機械性能數(shù)據(jù)。 2) 選擇旋繞比C，通常可取C58(極限狀態(tài)時不小于4或超過16)，并算出補償系數(shù) K值。 3) 根據(jù)安裝空間初設(shè)彈簧中徑D2，乃根據(jù)C值估取彈簧絲直徑d，并查取彈簧絲的許用應(yīng)力。 4) 試算彈簧絲直徑d '必須注意，鋼絲的許用應(yīng)力決定于其B，而B是隨著鋼絲的直徑變化的,又因是按估取的d值查得B的H計算得來的，所以此時試算所得的d '值，必須與原來估取的d值相比擬，如果兩者相等或很接近，即可按標準圓整為鄰近的標準彈簧鋼絲直徑d，并按D2=Cd 以求出 ；如果兩者相差較大，那么應(yīng)參考計算結(jié)果重估d值，再查其而計算，代入上式進展試算，直至滿意后才能計算D2.計算出的D2，值也要按表<普通圓柱螺旋彈簧尺寸系列>進展圓整。 5) 根據(jù)變形條件求出彈簧工作圈數(shù)： 對于有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧對于壓縮彈簧或無預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧6) 求出彈簧的尺寸D、D1、H0,并檢查其是否符合安裝要求等。如不符合，那么應(yīng)改選有關(guān)參數(shù)(例如C值)重新設(shè)計。 7) 驗算穩(wěn)定性。對于壓縮彈簧，如其長度較大時，那么受力后容易失去穩(wěn)定性(如以下圖a)，這在工作中是不允許的。為了便于制造及防止失穩(wěn)現(xiàn)象，建議一般壓縮彈簧的長細比b=H0/D2按以下情況選?。?當兩端固定時，取b<5.3； 當一端固定，另一端自由轉(zhuǎn)動時，取b<3.7； 當兩端自由轉(zhuǎn)動時，取b<2.6。 圖4.10 壓縮彈簧失穩(wěn)及對策當b大于上述數(shù)值時，要進展穩(wěn)定性驗算，并應(yīng)滿足式中：Fc穩(wěn)定時的臨界載荷Kg； Cu不穩(wěn)定系數(shù)f，從以下圖<不穩(wěn)定系數(shù)線圖>中查得； Fmax彈簧的最大工作載荷Kg。 如 Fmax>Fc時，要重新選取參數(shù)，改變b值，提高Fc值，使其大于Fmax值，以保證彈簧的穩(wěn)定性。如條件受到限制而不能改變參數(shù)時，那么應(yīng)加裝導(dǎo)桿(如上圖b)或?qū)?如上圖c)。導(dǎo)桿(導(dǎo)套)與彈簧間的間隙c值(直徑差)按下表(導(dǎo)桿導(dǎo)套與彈簧間的間隙表)的規(guī)定選取。 圖4.11不穩(wěn)定系數(shù)線圖表4.2導(dǎo)桿導(dǎo)套與彈簧間的間隙中徑D2/(mm)5>510>1018>1830>3050>5080>80120>120150間隙c/(mm)0.612345678) 進展彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計。如對拉伸彈簧確定其鉤環(huán)類型等，并按表<普通圓柱螺旋壓縮及拉伸彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸mm計算公式>計算出全部有關(guān)尺寸。 1彈簧的種類：采用圓柱螺旋壓縮彈簧;2) 彈簧的材料：根據(jù)參考文獻13選用碳素彈簧鋼；3彈簧的設(shè)計計算根據(jù)參考文獻13取彈簧的工作圈數(shù)根據(jù)參考文獻13取彈簧絲直徑：，允許極限負荷下的單圈變形：單圈剛度：彈簧節(jié)距：最大工作載荷：極限工作載荷：彈簧每圈展開長度：1 計算數(shù)據(jù)彈簧中徑：彈簧徑：彈簧間隙：彈簧總展開長度：螺旋角：彈簧自由高度：允許極限負載時彈簧高度：彈簧旋向：左旋右旋均可4.2 空心軸設(shè)計為了在盤刷中心噴清洗液，并使噴嘴不隨盤刷轉(zhuǎn)動，需在盤刷用滾動軸承固定。空心軸的一端連接盤刷體，另一端與水管相連，在盤刷體轉(zhuǎn)動時，空心軸固定不動，其結(jié)構(gòu)如圖4.12：圖4.12空心軸工作時清洗液從中間的孔流出，噴到玻璃上，幾乎不受外力彎矩、扭矩，所以略去剛度、強度的計算。4.3 清洗機主機滾輪的設(shè)計當清洗機工作時，風(fēng)機向后吹出強大的高速氣流，把清洗機壓向玻璃，與玻璃接觸的盤刷和滾刷都為柔性件，太大的壓力會使刷毛彎曲過多，損壞加劇，所以大局部壓力應(yīng)由滾輪來承當，同時也增大了滾輪與玻璃之間的摩擦力。當電機驅(qū)動時，清洗機橫向行走。所以滾輪與玻璃之間應(yīng)有良好的接觸 ，不可打滑。結(jié)構(gòu)設(shè)計如以下圖4.13：圖4.13清洗機主機滾輪結(jié)構(gòu)圖4.4 主機上傳感器及行程開關(guān)的選擇為了增強清洗機的自動化程度，實現(xiàn)遠程控制，在清洗機主機上安裝傳感器，以識別玻璃的材料，來確定清洗機的進退與停止。通過查參考文獻15,選用德國TURCK公司生產(chǎn)的超聲波傳器，其特點：有效作用距離大，與被測物的顏色、周圍環(huán)境無關(guān)，具有開關(guān)量和模擬量兩種輸出，有利于控制。在清洗機主體的上下部安放超聲波傳感器，為了平安，在下邊緣安裝行程開關(guān)，結(jié)構(gòu)可見總裝配圖,該行程開關(guān)型號為：LX32-SS , 它具有彈性環(huán)節(jié)，可以緩沖猛烈的沖擊，并給單片機控制系統(tǒng)一個輸入信號，單片機經(jīng)過識別后，處理中斷，加強自動化，保護主機。4.5復(fù)合纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于本機的復(fù)雜性，管線較多包括清水管，清洗液管，電纜，數(shù)據(jù)線，控制線等，且為了平安性，設(shè)計復(fù)合纜。由于各個管路的功能不同，且方便控制，決定采用分開復(fù)合的方法，結(jié)構(gòu)如圖4.14：圖4.14復(fù)合攬結(jié)構(gòu)圖鋼絲繩是起重機上應(yīng)用最廣的撓性構(gòu)件，其優(yōu)點是：卷繞性好，承載能力大，對于沖擊載荷的承受能力也強，卷繞過程中平穩(wěn)，即使在卷繞速度高的情況下也無噪聲，由于繩股各鋼絲斷裂是逐漸發(fā)生的，一般不會發(fā)生整股鋼絲繩突然斷裂，工作時比擬平安可靠。在本復(fù)合纜中選用的型號：GB1102-74所選鋼絲繩的破斷拉力應(yīng)滿足下面的條件： (4.1)式中：鋼絲繩破斷拉力公斤鋼絲繩工作時承受的最大靜拉力公斤根據(jù)機構(gòu)重要性，工作類型及載荷情況而定的鋼絲繩平安系數(shù)。所選鋼絲繩為8，由資料查得此型號鋼絲繩破壞拉力為3130公斤。因此機構(gòu)為輕級起重機構(gòu)，所以選繩N=5?？紤]整個清洗機，由于體積較小，重量較輕，最大的靜拉力為400公斤。由公式(4.1)：所以選用的鋼絲繩強度足夠。4.6 本章小結(jié)本章確定了清洗部件(盤刷、洗刷)的尺寸及其他部件的設(shè)計，應(yīng)用雙刷系統(tǒng)，有利于對水的利用效率。第五章 玻璃清潔機器人吸附系統(tǒng)設(shè)計5.1 吸附原理要保證玻璃清潔機器人在玻璃外表平安穩(wěn)定地吸附，就必須在氣路殼體產(chǎn)生一個真空負壓，這就需要有一個負壓產(chǎn)生裝置。采用風(fēng)機抽風(fēng)使得機器人氣路殼體產(chǎn)生真空負壓，這里要求該裝置重量輕、體積小、噪音小、機構(gòu)簡單而且安裝方便、排風(fēng)量大、能夠迅速建立真空負壓，即要求瞬時響應(yīng)的時間非常短。目前使用的通風(fēng)機按氣流的運動方向大致有三類，即為離心式、軸流式和混流式。氣體在離心式通風(fēng)機的通風(fēng)機葉輪帶動下，是沿離心方向 (即沿半徑方向) 流動的，所以也被稱之為徑流式；氣體在軸流式通風(fēng)機的腔體部，沿軸線的方向流動；氣體在混流式通風(fēng)機的通風(fēng)機葉輪中帶動下，氣體的流動方向介于離心式和軸流式通風(fēng)機之間，也被稱為斜流式。離心式通風(fēng)機的特點是轉(zhuǎn)數(shù)比低(通常在ns=2.014.5),全壓高，流量小，被應(yīng)用于需要提高壓力而流量小的場合。因為其流量小，所以對裝置的密封性要求嚴格，對空氣泄露敏感。當壁面與吸盤之間存在間隙時，隨著吸盤與壁面間隙的擴大，吸盤負壓將會急劇下降。這對機器人在缺乏夠平整的壁面工作極為不利。同時，為了保證密封性而在吸盤邊緣設(shè)計的各種密封墊在機器人移動時，不僅會產(chǎn)生阻力而且自身由于摩擦也會產(chǎn)生磨損的問題。因此，這種吸附方式對于通用建筑外表的清潔機器人來說并不是非常理想的。軸流式通風(fēng)機的特點是轉(zhuǎn)數(shù)比高(通常在ns=14.590) ，全壓低，風(fēng)機氣體流量大，被應(yīng)用于流量大而風(fēng)壓要求不高的場合。并且由于軸流式風(fēng)機獨特的翼型葉片形狀，還可以產(chǎn)生一定的反推力。這樣產(chǎn)生的復(fù)合推力可以被我們所利用?；炝魇酵L(fēng)機整體機構(gòu)比擬復(fù)雜，而且空氣的流向也復(fù)雜，應(yīng)用起來較為困難，所以一般不采用。在本文中玻璃清潔機器人的負壓及反推力產(chǎn)生裝置需要流量大，但對全壓要求不高，故采用軸流風(fēng)機?；趶?fù)合吸附方式的玻璃清潔機器人吸附機構(gòu)根本上由兩局部組成，風(fēng)扇產(chǎn)生的推力和空氣流場產(chǎn)生的負壓。這兩局部都包括假設(shè)干個設(shè)計參數(shù)，在這些參數(shù)共同作用下，決定了機器人的吸附效果。為了清晰的說明玻璃清潔機器人吸附機構(gòu)的吸附原理，本文接下來的局部依照以下三個局部分別論述：風(fēng)機推力、負壓的產(chǎn)生以及推力和負壓的復(fù)合推力。采用正壓與負壓相結(jié)合，利用偏心壓緊，使清洗機的輪的一端先接觸玻璃，形成一個相對小的腔體，再利用懸吊系統(tǒng)，使清洗機逐漸靠近玻璃同時，風(fēng)機電扇的旋轉(zhuǎn)，會使空氣流動，與外界大氣產(chǎn)生一定的壓力差，從而產(chǎn)生一定的負壓，使清洗機壓緊玻璃?？諝饬鹘?jīng)由進口導(dǎo)流器、收斂器、進入風(fēng)扇，在離心力的作用下，流出蝸殼，與機體相碰撞，會產(chǎn)生一定的壓力，以減小空氣流的速度。隨著腔體的越來越小，和清洗液的涂抹，機體的壓強會越來越小，產(chǎn)生負壓，使清洗機壓緊玻璃。當腔體很大時，空氣會流通暢快，產(chǎn)生正壓，使機體壓緊玻璃。隨著腔體變小，空氣流速度減小，正壓減小，負壓增強，調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，可得到所需的壓力，使清洗機具有一定壓力的貼在玻璃體玻璃，提供連續(xù)均勻的清洗力，通過調(diào)節(jié)螺旋槳的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)清洗力的大小 ，以到達最正確清洗效果。如對于玻璃，采用低轉(zhuǎn)速，對于玻璃，采用高轉(zhuǎn)速，調(diào)速由電機的星三角轉(zhuǎn)換完成。5.2 吸附方式的實現(xiàn)5.2.1 風(fēng)機推力與其他利用反推作用力的壁面移動機器人類似，本文的吸附方式壁面機器人同樣是利用螺旋槳的推力將機器人緊壓向壁面。本文的吸附方式中，螺旋槳推力垂直指向墻面，這樣就防止了對推力夾角的復(fù)雜控制。由于復(fù)合吸附方式中的推力沒有得到最高效的利用，我們更需