手推式戶外場地清掃機(jī)設(shè)計(jì)

催化裂化富氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)及理論計(jì)算摘要各種大面積公共場所的地面清潔問題是各城市街道、廣場清潔的重點(diǎn)和難點(diǎn)， 而大型的清掃設(shè)備，在某些特定的環(huán)境下很難運(yùn)作。本論文就是針對這些問題，設(shè)計(jì)了一款使用方便、省時(shí)省力、無任何污染、清潔能力強(qiáng)的地面清掃設(shè)備。此清掃機(jī)是以手推為動(dòng)力，通過齒輪，帶輪，以及皮帶之間的相互作用與傳動(dòng)，使得毛刷， 傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，讓垃圾完成從地面毛刷傳送板傳送帶垃圾箱的整個(gè)過程。設(shè)計(jì)上采用的先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，在最終的設(shè)計(jì)方案制定后，使用軟件Pro/E繪制出了三維實(shí)體的零件圖，并進(jìn)行了整體的裝配，從中對清掃機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，最終確定的相應(yīng)的尺寸。本文設(shè)計(jì)基本合理，有較好的實(shí)用性，使用戶可以在提高工作效率的同時(shí)降低了一定的勞動(dòng)強(qiáng)度與支出經(jīng)費(fèi)，是一種實(shí)用的手推式戶外場地清掃機(jī)。關(guān)鍵詞：手推 清掃 機(jī)器IIAbstractEvery large public places clean on the ground is difficult for city streets and squares.But the large sweeper equipment in certain circumstances is very difficult to operation. This paper is solution of these issues, designed a convenient, save the time, no pollution, clean enough and strong ground cleaning equipment. This is hand - cleaning machine as driving by pushing, through the gears, pulley, and the interaction between the belt and transmission, making the brushes and the belt rotating, let the rubbish from the ground - brush - send board - belt rubbish box for the whole process. Designed by the advanced design methods, after the final design of programmed development, and use the software of Pro/E to map out a 3D map of parts, and the overall assembly, and analysis the structure of the cleaning machine, final use the corresponding size. In this paper, with the rational design and a better practicality, so that users can increase the efficiency while reduce labor intensity and the expenditure, this hand-cleaning machine is very helpful.Key words：hand sweeper machines目錄IV第一章 緒論11.1 國外道路清掃機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展11.2 國內(nèi)道路清掃機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展51.2.1 國內(nèi)路面清掃車行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢51.2.2 可清洗路牙的小型清掃車81.3 本論文的主要工作11第二章 手推式戶外場地清掃機(jī)的設(shè)計(jì)122.1 設(shè)計(jì)前的感想122.2 設(shè)計(jì)構(gòu)思122.3 設(shè)計(jì)草圖122.4 設(shè)計(jì)方案最終確定13第三章 手推式戶外場地清掃機(jī)的計(jì)算183.1 鍵的強(qiáng)度計(jì)算183.2 焊接材料與注意事項(xiàng)183.3 帶與帶輪193.4 齒輪的相關(guān)設(shè)計(jì)203.4.1 齒輪的傳動(dòng)比與嚙合條件203.4.2 齒輪傳動(dòng)的失效形式223.4.3 齒輪的材料選擇233.5 軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核233.5.1 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算233.5.2 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算24第四章 繪制清掃機(jī)的相關(guān)圖284.1 繪制清掃機(jī)的 Pro/E 圖284.2 繪制清掃機(jī)的 AutoCAD 圖29第五章 專題討論30第六章 結(jié)論32參考文獻(xiàn)33致謝34附錄35聲明36手推式戶外場地清掃機(jī)第一章緒論1.1 國外道路清掃機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展近年來, 隨著我國城市現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程不斷加快, 對市政環(huán)衛(wèi)作業(yè)機(jī)械化程度的要求越來越高,道路清掃車等環(huán)衛(wèi)車輛的需求量也在日益增加。意大利Dulevo 公司創(chuàng)立于1976年, 是世界幾家知名清潔機(jī)械制造商之一。主要產(chǎn)品有干燥除塵器設(shè)備、道路清掃機(jī), 道路清掃車和壓縮式垃圾車等。Dulevo公司能夠?yàn)橛脩籼峁└鞣N滿意的解決方案, 清掃系列產(chǎn)品集高效能、優(yōu)質(zhì)量、操作舒適可靠、環(huán)保于一身。下面介紹由此公司制造出的6款清掃車。（1）850mini易于操作, 可清潔極為狹窄的空間, 如人行道、柱廊、非機(jī)動(dòng)車道、站臺(tái)、小巷、停車位、公園等, 確保準(zhǔn)確及深度清潔城市的每一個(gè)角落, 是清潔城市中心及大型清掃車不能到達(dá)區(qū)域的理想工具。圖1-1 850mini33（2）Commando是一款性能卓越的小型清掃車采用意大利VM四缸渦淪增壓式柴油發(fā)動(dòng)機(jī), 符合歐洲M尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。革命性的前180度搖擺臂+后擺動(dòng)式雙刷設(shè)計(jì), 操作者能夠通過控制搖桿操控?fù)u擺臂, 搖擺角度達(dá)到180度，可調(diào)節(jié)升降及清掃角度特別適合中國路面狀況, 對道路死角和路邊行人道進(jìn)行有效清潔, 后擺動(dòng)式雙刷與吸塵系統(tǒng)緊密連接, 能夠左右擺動(dòng)300mm，完全清理道路邊緣, 所有刷子均配備灑水系統(tǒng), 能夠有效的防止灰塵揚(yáng)起。全液壓式設(shè)計(jì), 采用四輪助力轉(zhuǎn)向, 比一般前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供更加靈活的操控和轉(zhuǎn)向性能, 從而大幅度提高清掃效果。圖1-2 Commando（3）200 Quattro是一種中等尺寸的清掃車，可工作于惡劣的條件及環(huán)境下?？捎糜诖竺娣e清掃重作業(yè)區(qū)域及公共場所。具有獨(dú)特的機(jī)械真空組合收集系統(tǒng)。圖1-3 200 Quattro（4）5000EVOLUTION是Dulevo的大型和動(dòng)力強(qiáng)勁的清掃車，可用于每天的道路及公共區(qū)域清掃。圖1-4 5000EVOLUTION1圖1-5 5000EVOLUTION2（5）5000HYDRO可用于街道清洗及消毒要求的城市區(qū)域，四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)合緊湊的尺寸，確保良好的機(jī)動(dòng)性。圖1-6 5000HYDRO（6）5000VELOCE具有雙重清掃能力，加強(qiáng)的性能可能滿足絕大多數(shù)城市的要求。清掃工作不受季節(jié)影響，夏天可清掃道路灰塵，沙土，垃圾；秋天可清掃落葉；即使在寒冷的冬季條件下也可以運(yùn)作?？捎糜陂L距離運(yùn)輸清掃，如高速公路維護(hù)，市政工程等。圖1-7 5000VELOCE1.2 國內(nèi)道路清掃機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展1.2.1 國內(nèi)路面清掃車行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢路面清掃車作為環(huán)衛(wèi)設(shè)備之一, 是一種集路面清掃、垃圾回收和運(yùn)輸為一體的新型高效清掃設(shè)備?？蓮V泛應(yīng)用于干線公路、市政以及機(jī)場路面、城市住宅區(qū)、公園等道路清掃。路面清掃車不但可以清掃垃圾, 而且還可對道路上的空氣介質(zhì)進(jìn)行除塵凈化, 既保證了道路的美觀, 維護(hù)了環(huán)境的衛(wèi)生, 維持了路面的良好工作狀況, 又減少和預(yù)防了交通事故的發(fā)生以及進(jìn)一步延長了路面的使用壽命。目前在國內(nèi)利用路面清掃車進(jìn)行路面養(yǎng)護(hù)已經(jīng)成為一種潮流。（1） 產(chǎn)業(yè)雛形已顯, 規(guī)模檔次有待提高城市環(huán)衛(wèi)水平的高低, 是一個(gè)國家工業(yè)化程度和綜合實(shí)力強(qiáng)弱的重要標(biāo)志之一。從20世紀(jì)60年代我國研制生產(chǎn)路面清掃車開始, 已有40年的生產(chǎn)歷史。但相對于國外發(fā)達(dá)國家, 我國路面清掃車不管從銷量規(guī)模、技術(shù)水平、清掃效果等方面都存在一定的差距。目前我國生產(chǎn)路面清掃車的企業(yè)大概有30余家，從產(chǎn)銷量和技術(shù)實(shí)力上看, 中聯(lián)重科中標(biāo)事業(yè)部（原長沙中標(biāo)實(shí)業(yè)有限公司），天津掃地王專用汽車有限公司, 揚(yáng)州盛達(dá)特種車有限公司和北京愛清清掃車制造有限公司等廠家處于領(lǐng)先位置。2000年之后, 國內(nèi)路面清掃車市場開始呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢。長沙中標(biāo)公司、天津掃地王公司等專業(yè)生產(chǎn)廠家, 均獲得了較好的發(fā)展勢頭。隨之而來, 常林股份有限公司、三一重工股份有限公司等其它企業(yè)也開始進(jìn)人路面清掃車的研發(fā)和生產(chǎn), 并取得了較好的發(fā)展。但與國外相比, 國內(nèi)還停留在市場的初級發(fā)展階段。國外發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)40年代就開始批量生產(chǎn)路面清掃車, 象英國的JOHNSTON，美國的ELGIN，日本的KATO，德國的KAUN-KUKA等公司目前不管在銷量規(guī)模、技術(shù)檔次都處于世界的前列。目前, 國產(chǎn)路面清掃車在品種規(guī)格、使用性能上已能基本滿足國內(nèi)的需求, 產(chǎn)品規(guī)格從2立方米到8立方米近個(gè)規(guī)格。與國外相比, 大型產(chǎn)品所占比例不大, 產(chǎn)品品種較少, 產(chǎn)量也較低。2003年國產(chǎn)路面清掃車總銷量估計(jì)在1000臺(tái)左右, 僅相當(dāng)于國外一個(gè)企業(yè)的銷量。同時(shí), 國產(chǎn)產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象比較嚴(yán)重, 存在外形單調(diào)、功能單一、操作不方便、清掃效率低等問題。國外路面清掃車早已廣泛應(yīng)用了先進(jìn)的電子技術(shù), 如帶有微電腦的清掃及回收裝置等, 而且實(shí)現(xiàn)了有線與無線遙控, 目前國內(nèi)產(chǎn)品僅停留在路面清潔度等最原始的技術(shù)研究方面。（2） 提高整體技術(shù)水平, 適應(yīng)國內(nèi)用戶需求國內(nèi)路面清掃車的技術(shù)主要來源于三個(gè)方面一是借鑒國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù), 并結(jié)合我國國情自行開發(fā)的產(chǎn)品二是直接引進(jìn)國外技術(shù)的產(chǎn)品三是從國家科研院所轉(zhuǎn)讓技術(shù)后, 再在生產(chǎn)中進(jìn)行改進(jìn)的產(chǎn)品?？傮w而言, 目前國內(nèi)路面清掃車還沒有專門的技術(shù)研發(fā)中心, 研發(fā)資金投入也較少, 使得產(chǎn)品整體技術(shù)水平不高, 尤其在控制系統(tǒng)和清掃效率等方面與國外產(chǎn)品有相當(dāng)大的差距。國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到, 隨著外資企業(yè)的不斷進(jìn)人, 國內(nèi)市場的競爭將越來越激烈, 產(chǎn)品的技術(shù)水平將成為重中之重。目前, 大多數(shù)國內(nèi)企業(yè)都在與國外公司開展合作并積極引進(jìn)技術(shù), 以期提高自己產(chǎn)品的技術(shù)含量。像長沙中標(biāo)公司、天津掃地王專用汽車有限公司等企業(yè)制定了以技術(shù)創(chuàng)新支撐企業(yè)快速做大做強(qiáng)的發(fā)展思路, 把提高產(chǎn)品的技術(shù)水平作為企業(yè)的頭等大事來抓, 投人資金、人力, 在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上, 開發(fā)新型路面清掃車, 以期形成產(chǎn)品系列化、多功能化, 并進(jìn)一步提高產(chǎn)品的清掃效率。目前主導(dǎo)企業(yè)正加快新產(chǎn)品的開發(fā)步伐, 完善產(chǎn)品型譜, 盡快完成原有產(chǎn)品的統(tǒng)型改造, 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的制造切換和市場切換, 提升市場形象, 提高市場份額。同時(shí), 加快技術(shù)改造, 以形成制造的核心能力, 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和制造能力的雙提升。（3） 發(fā)展方向：高可靠、多功能、全天候、環(huán)保型隨著社會(huì)的不斷發(fā)展, 單純意義上的清掃作業(yè)已不能滿足現(xiàn)行路面的需求, 高可靠、多功能、全天候和環(huán)保型等方面的要求越來越多, 市場呼喚能夠滿足各種需求的路面清掃車的出現(xiàn)。高可靠：國內(nèi)的產(chǎn)品可靠性不如國外產(chǎn)品原因有多種, 但主要有三個(gè)方面的原因：一是國產(chǎn)基礎(chǔ)件質(zhì)量不穩(wěn)定；二是制造工藝問題；三是技術(shù)不善造成先天不足。因此要想提高可靠性首先需解決上述三個(gè)問題, 也只有在可靠性與進(jìn)口產(chǎn)品可以相比美時(shí)才能在市場競爭中立于不敗之地。多功能：目前國產(chǎn)路面清掃車基本上是單純意義上的掃路車即只能掃路、不能它用。而從全國許多環(huán)保部門的需求信息來看, 有的需要能清洗道路護(hù)欄, 有的要求能鏟雪等等。因此, 清掃車的多功能化將是其一個(gè)發(fā)展的方向。全天候：目前的清掃車需要噴水壓塵、除塵, 在缺水地區(qū)和北方的冬季無法使用, 要解決這一問題, 必須要開發(fā)干式吸掃和濕式吸掃兩用車或稱全天候清掃車, 該車的開發(fā)成功不但可以解決上述難題, 同時(shí)可節(jié)約用水, 降低使用成本。環(huán)保型：目前的掃路車尾氣污染和噪音污染相對來說都較大。隨著國家對環(huán)保要求越來越高, 人們的環(huán)保意識普遍增強(qiáng), 現(xiàn)有清掃車就將很難適應(yīng)需要。因此開發(fā)環(huán)保型路面清掃車勢在必行?？梢? 國內(nèi)路面清掃車生產(chǎn)企業(yè)只有調(diào)整好產(chǎn)品的研發(fā)方向, 順應(yīng)市場的需求和國家的政策, 才能在未來的市場競爭中占據(jù)一席之地。（4） 市場前景：路面清掃機(jī)械化的時(shí)代已經(jīng)到來隨著城市道路里程的不斷增加、人流車流的增大, 道路垃圾越來越多、出現(xiàn)的頻率越來越快。每天都用人力清掃、轉(zhuǎn)移已很難完成。隨著國內(nèi)道路的不斷擴(kuò)展, 機(jī)械化養(yǎng)護(hù)已經(jīng)成為一種必然, 而這一切將使得路面清掃車的需求呈現(xiàn)一個(gè)快速的增長態(tài)勢, 而這必將給國內(nèi)路面清掃車企業(yè)帶來無限的廣闊商機(jī)。從近期的資料分析來看, 路面清掃車的市場發(fā)展?jié)摿薮? 這從近幾年的產(chǎn)品銷量就可以看出,2000年行業(yè)總量為500臺(tái)，2001年為600臺(tái)，2002年為750臺(tái)，而到2003年就達(dá)到的1000臺(tái)，這其中還不包含相當(dāng)數(shù)量的進(jìn)口產(chǎn)品。在東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū), 路面清掃車市場發(fā)展很快, 已率先進(jìn)人路面清掃機(jī)械化時(shí)期。有資料顯示, 在北京、上海、廣州和深圳等大中城市, 路面清掃車的保有量已超過300臺(tái)?？傊? 隨著國家不斷加大城市化的進(jìn)程, 許多新興的中小城市正在崛起, 城市化規(guī)模不斷擴(kuò)大,同時(shí)隨著我國公路里程的不斷增加, 路面清潔養(yǎng)護(hù)已經(jīng)越來越重要。隨著我國綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷發(fā)展以及勞動(dòng)成本的不斷提高, 路面清掃車的市場前景日漸看好, 路面保潔采用路面清掃車作業(yè)已經(jīng)成為一種趨勢。路面清掃車在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部沿海地區(qū)已被廣泛使用, 目前在正向中西部地區(qū)擴(kuò)展, 可以這樣說, 路面保潔工作從人力向機(jī)械化轉(zhuǎn)變的時(shí)代已經(jīng)到來。圖1-81.2.2 可清洗路牙的小型清掃車我國所生產(chǎn)和使用的城市環(huán)衛(wèi)清掃車, 多用于路面比較平坦的城市主干道, 一般車型偏大, 而在城市住宅小區(qū)、廠礦、小街小巷等比較狹窄及有臺(tái)階道路的清掃工作, 大多仍由環(huán)衛(wèi)工人手工完成。由于手工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大, 速度慢, 特別是路邊垂直面的清掃更成為環(huán)境衛(wèi)生的“死角”。因此迫切需要一種能代替手工作業(yè)的清掃機(jī)械, 以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。為此, 我們設(shè)計(jì)了一種小型自走式道路清掃車。這種清掃車不僅能清掃路面, 而且能同時(shí)清洗有臺(tái)階路面的垂直面(也稱“路牙”)。具有操作簡單靈活、刷洗效率高、耗油量少、易維護(hù)及成本低等特點(diǎn)。清掃車的技術(shù)參數(shù)：根據(jù)這些道路的特點(diǎn)及環(huán)衛(wèi)作業(yè)的實(shí)際情況,確定清掃車的主要技術(shù)參數(shù)為: 工作車速: 13 Km / h最大爬坡度: 30%水箱容積: 300500 L刷頭轉(zhuǎn)速: 200 r / min路牙清掃高度: 200 mm路面清掃寬度: 300 mm作業(yè)方式: 一次加水可連續(xù)工作2040 min（1）傳動(dòng)方式的確定一般清掃車采用汽油發(fā)動(dòng)機(jī),然后利用液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的傳遞,實(shí)現(xiàn)無級變速,多用于20PS(1417kW )以上的傳遞,且成本較高。而本機(jī)為自走式,速度低, 體積小, 其傳遞功率在16PS(11177kW)以下,故不宜采用液壓傳動(dòng)。因此,我們確定本機(jī)采用以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力,以機(jī)電傳動(dòng)來傳遞負(fù)荷的傳動(dòng)方式,本機(jī)利用機(jī)械傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)行走,同時(shí)利用發(fā)電機(jī)帶動(dòng)洗刷機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)清掃功能,其水泵、清掃機(jī)及電磁離合器的開閉,均不受機(jī)械負(fù)載的干擾,具有獨(dú)立性,這樣的傳動(dòng)方式也使得本機(jī)調(diào)節(jié)更方便, 體積更小。（2）清掃車的系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的選取發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率Pe max = PP / 0.85Pe = (P1 + P2 + P3 ) / G（1-1）（1-2）式中:P e清掃機(jī)總功率;P 1行走系統(tǒng)所需功率; P 2水泵機(jī)構(gòu)所需功率; P 3洗刷機(jī)構(gòu)所需功率; G 傳動(dòng)總效率。通過計(jì)算,選取發(fā)動(dòng)機(jī)功率為10PS(7135KW)。（3） 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選取根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)外特性中的功率與轉(zhuǎn)速曲線,我們知道隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N 的增加,其功率Pe和轉(zhuǎn)矩Ttq都在增加,當(dāng)達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩Ttqmax后,再增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)矩有所下降,但功率繼續(xù)增加,直到達(dá)到最大功率,此時(shí)增加轉(zhuǎn)速,功率下降。三者之間的關(guān)系式為:P e=TtqN /9549。由于本機(jī)速度較低,轉(zhuǎn)矩較大,其轉(zhuǎn)速的選取應(yīng)為功率與轉(zhuǎn)矩的最佳匹配點(diǎn)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)曲線圖,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N =3000 r/m in時(shí),功率與轉(zhuǎn)矩得到最佳匹配,其值為:Ttq= 20N m、Pe=7.5PS。（4） 發(fā)動(dòng)機(jī)的選取發(fā)動(dòng)機(jī)是整車的心臟, 要求其性能好、振動(dòng)小、噪聲低, 根據(jù)以上得到的發(fā)動(dòng)機(jī)功率及轉(zhuǎn)速, 我們選取雅馬哈M Z/R 300 型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。其技術(shù)參數(shù)為:排氣量301 CC、耗油量200g/P Sh、功率10 PS、轉(zhuǎn)速3 000 r / min 。由于發(fā)動(dòng)機(jī)本身帶有一級減速,發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速為1 500 r / min 。（5） 減速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于本機(jī)行走速度很低, 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速為1 500 r / min , 其減速比較大(118178), 設(shè)計(jì)時(shí)考慮到整體結(jié)構(gòu)的緊湊性, 同時(shí)盡量利用成熟技術(shù), 選用國內(nèi)外已成型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原則, 確定其傳動(dòng)流程為:發(fā)動(dòng)機(jī) 皮帶傳動(dòng) 離合器 減速器變速器鏈輪設(shè)計(jì)時(shí)采用皮帶傳動(dòng)的目的主要是為了減小動(dòng)力和負(fù)載的波動(dòng), 起過載保護(hù)作用。在皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)后,加上電磁離合器, 使得行走系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)脫開, 以便于換檔。因?yàn)闇p速比較大, 故選用美國園林機(jī)械中的變速器, 它有五個(gè)檔位, 最大減速比為9161, 在運(yùn)行中可實(shí)現(xiàn)四個(gè)進(jìn)檔、一個(gè)退檔。進(jìn)檔速度分別為: 1 Km / h 、1.49 Km / h 、1.9 Km / h 、3 Km / h 、退檔速度216 Km / h ,滿足設(shè)計(jì)要求。（6） 行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)行走系統(tǒng)主要是承擔(dān)整車重量, 傳遞和承受路面作用于車輪的各種力及力矩, 并吸收振動(dòng)和沖擊。本車行走系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)橋、前輪、后輪和制動(dòng)器組成。其中前輪為驅(qū)動(dòng)輪, 由于它承擔(dān)整車的主要重量,因此將前輪設(shè)計(jì)為大輪；而后輪為導(dǎo)向輪,故設(shè)計(jì)為小輪。在驅(qū)動(dòng)橋中設(shè)計(jì)有差速器及大小半軸。制動(dòng)系統(tǒng)采用液壓盤式制動(dòng)。（7） 清掃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)清掃系統(tǒng)包括噴水系統(tǒng)、路牙洗刷系統(tǒng)、路面清掃系統(tǒng)。（8） 噴水系統(tǒng)在選用水泵時(shí), 考慮到水泵的開閉不應(yīng)受機(jī)械傳動(dòng)的控制, 而應(yīng)具有獨(dú)立性, 故選用24V低壓直流泵, 其開閉由電鈕開關(guān)控制, 方便合理。噴嘴采用雙噴頭, 其流量由節(jié)流閥控制, 以滿足不同路面的清掃需要。（9） 路牙洗刷系統(tǒng)路牙洗刷系統(tǒng)布置在車的側(cè)面, 通過小電機(jī)和鏈輪傳動(dòng)來帶動(dòng)洗刷軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。其不銹鋼制芯軸通過平鍵聯(lián)結(jié)在尼龍軸套上, 尼龍毛刷釘在尼龍軸套中的柳木棒上, 尼龍直徑為0.5 mm 。由于本車行駛時(shí)刷子必須抬起, 故設(shè)計(jì)為固定軸套, 活動(dòng)芯軸。（10） 路面清掃系統(tǒng)路面清掃系統(tǒng)布置在車的前面, 由另一小電機(jī)直接帶動(dòng)洗刷圓盤軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來 實(shí)現(xiàn)水平路面的清掃。圓刷直徑為300 mm , 由高強(qiáng)尼龍絲制作, 其斷面呈橢圓形。小型自走式道路清掃車適用于城市住宅小區(qū)、小街小巷等比較狹窄、有臺(tái)階及復(fù)雜路面的清掃, 能減輕環(huán)衛(wèi)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度, 提高清掃效率, 滿足了社會(huì)對城市環(huán)境衛(wèi)生日益提高的要求。1.3 本論文的主要工作通過與導(dǎo)師和同學(xué)交流，查閱相關(guān)資料，對要進(jìn)行設(shè)計(jì)的手推式戶外場地清掃機(jī)有個(gè)大概的思路。在定下了所有零件的尺寸與材料后，用Pro/E軟件畫出零件， 并進(jìn)行模擬裝配，并畫出相應(yīng)的AutoCAD圖，對于不合理的地方，在進(jìn)一步的分析與研究，最終完成整個(gè)設(shè)計(jì)。第二章手推式戶外場地清掃機(jī)的設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)前的感想剛剛拿到任務(wù)書的時(shí)候，總覺得無從下手，回到家后先與身邊的父母和長輩討論了一下，大家給了我很多的意見。大體上都是讓我去看看實(shí)際的道路清掃車，由于父親在首鋼綠化公司工作，因此我有機(jī)會(huì)看到了實(shí)物。其實(shí)這些清掃車在路上是經(jīng)常見到的，但是從未仔細(xì)的看過，看后我有了很多的想法，現(xiàn)在單一功能的道路清掃車是很少的，一般的都是一車多“角色”，原理也不難，通過毛刷將垃圾掃到車的中間，然后用吸力將車底的垃圾吸入車內(nèi)的垃圾箱，通過初步的了解，對道路清掃車有了一個(gè)大體的認(rèn)識。之后，我開始在網(wǎng)上查一些相關(guān)的資料，對國內(nèi)外的大概情況有了初步了解。雖然有了一定的了解，但是對于我要設(shè)計(jì)的手推式戶外場地清掃機(jī)還不是很清楚， 帶著一系列的問題，我找到了我的導(dǎo)師，導(dǎo)師拿出了一些資料，并很有耐心的給我講解，通過文字，圖片和錄像。從這些的資料中，我對那些大型的道路清掃車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?；氐剿奚岷?，我又將導(dǎo)師的話回想了一遍，大概的模式已經(jīng)在我的腦海中， 當(dāng)時(shí)我立即跑到了學(xué)校的圖書館，進(jìn)入數(shù)據(jù)庫查了更多的資料，拿著這些資料，開始了下一步的工作了。2.2 設(shè)計(jì)構(gòu)思我的題目是手推式戶外場地清掃機(jī)，主旨是綠色與環(huán)境。我的設(shè)計(jì)既然是手推式的，就肯定沒有電和油的參與，機(jī)構(gòu)間的力的傳遞只能是一些簡單的機(jī)械傳遞， 比如齒輪，帶，鏈等，通過這些簡單的傳遞，能夠達(dá)到環(huán)保綠色的要求。除了這一點(diǎn)之外，它應(yīng)該有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，不能像大型的道路清掃機(jī)那樣的笨重，且在清掃的地域不應(yīng)受到很大的限制，而這些就是手推式戶外場地清掃機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。各種大面積公共場所的地面清潔問題是各個(gè)城市，街道，廣場的重點(diǎn)和難點(diǎn)，北京即將迎來2008年奧運(yùn)會(huì)，設(shè)計(jì)制作一款使用方便，省時(shí)省力，無任何污染，清潔能力強(qiáng)的地面清掃設(shè)備，使用戶可以在提高工作效率的同時(shí)大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，具有廣泛的市場前景。2.3 設(shè)計(jì)草圖大量的資料在我的腦海中回蕩，在這種情況下，我開始畫設(shè)計(jì)草圖了，用了幾天的時(shí)間，我的草圖出來了。圖2-1 最初草圖我信心十足地拿著草圖找到了導(dǎo)師，原以為能夠得到導(dǎo)師的表揚(yáng)與鼓勵(lì)，結(jié)果導(dǎo)師向我潑了一盆冷水，當(dāng)然這盆冷水也沖走了我的幼稚。我們是在設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的工具，而不是在設(shè)計(jì)科幻電影中的道具。導(dǎo)師全盤否定了我的最初設(shè)計(jì)，之后很認(rèn)真的和我分析草圖中的種種問題，比如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸不合理，受力不均勻，原理不符合規(guī)則帶著這些問題，導(dǎo)師又給我看了錄像和往屆畢業(yè)生的Pro/E圖，看了之后，我漸漸的明白了導(dǎo)師之前對我說過的話，結(jié)構(gòu)不必復(fù)雜，通過簡單的機(jī)構(gòu)能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)就可以了，簡單明了！之后，導(dǎo)師又和我講了一些思路，又重新給我定了一個(gè)起點(diǎn)。2.4 設(shè)計(jì)方案最終確定根據(jù)導(dǎo)師的提示，加上自己的一點(diǎn)點(diǎn)的創(chuàng)造力，我對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做了整體的改變， 重新?lián)Q了一條路，爭取將機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡單，至少當(dāng)別人拿著草圖的時(shí)候，能看得懂機(jī)構(gòu)運(yùn)行的原理，以及能達(dá)到的目標(biāo)是什么。我將原草圖的修飾部件全部刪除后，僅僅用了齒輪與帶的傳遞，將整個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)系在了一起。我?guī)е薷暮蟮牟輬D又找到了導(dǎo)師，導(dǎo)師看后，覺得原理上還說得過去，但又給我提出了很多的意見。例如，清掃車的外形應(yīng)設(shè)計(jì)類似流水型，盡量減少尖角的出現(xiàn)；輪子，毛刷的直徑，與傳送件齒輪，皮帶輪之間的比例不太好，而導(dǎo)致了整體的形狀不夠美觀；后皮帶輪直徑與前皮帶輪的傳動(dòng)比應(yīng)稍稍的大一些，從而使掃轂的轉(zhuǎn)動(dòng)速度加大，與地面的相對速度加大，使垃圾易被掃入；將垃圾箱設(shè)計(jì)為活動(dòng)的，就好像抽屜那樣，諸如此類的問題與我談了很久，讓我對自己的這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目有了更深的了解。我將圖進(jìn)行了修改與完善，并利用幾天的時(shí)間將整體的大概尺寸定了下來，圖如下：圖2-2 草圖主視圖圖2-3 草圖俯視圖在畫完外殼后，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)重大的問題，就是外殼畫成了一體，盡管外形上沒有什么問題，但是在制作上是除了鑄造以外是不可能實(shí)現(xiàn)的，為此，我將清掃機(jī)的外殼進(jìn)行了拆分，最后又重新組裝在了一起，解決了無法制作的難題。殼體間的固定主要選用角鐵。圖 2-4 外殼Pro/E 圖在對外殼進(jìn)行了裝配后，其余的零件應(yīng)選用什么，是我目前的任務(wù)。主動(dòng)輪將力傳給誰，是齒輪傳遞好，還是皮帶傳遞好，或者是鏈傳遞好？最終我選擇與前毛刷之間的傳遞使用皮帶，而與清掃機(jī)內(nèi)部的傳送帶的傳遞使用齒輪。理由如下：1. 皮帶毛刷清掃機(jī)的主要?jiǎng)恿κ鞘滞屏?，在速度上相對來說較慢，簡單的平帶可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)運(yùn)動(dòng)，如果使用了齒輪，兩齒輪的中心距較大，齒輪會(huì)接觸到地面，這個(gè)是最不合理的地方，因此不選用齒輪。對于鏈而言，結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，在此可以不考慮，傳動(dòng)比選為 2：1，可使毛刷以后輪轉(zhuǎn)速的一倍轉(zhuǎn)動(dòng)，與地面有一定的相對速度，可使垃圾正常掃入。2. 齒輪傳送帶此處是通過推力，通過力的傳遞，傳給內(nèi)部傳送帶的軸，從而帶動(dòng)傳送帶傳動(dòng)， 使得垃圾順利進(jìn)入垃圾箱。在此處為了讓垃圾能夠正常的被掃進(jìn)，因此傳送帶的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一定要與清掃車主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，使用皮帶和鏈都無法達(dá)到這個(gè)要 求，為此，選用了齒輪傳動(dòng)。圖 2-5 清掃機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對于垃圾箱的構(gòu)形與選用，通過導(dǎo)師的建議，我也經(jīng)過了一番考慮。我開始設(shè)計(jì)的是使用清掃機(jī)的后部殼體作為垃圾箱，后來發(fā)現(xiàn)被掃入的垃圾根本無法從垃圾箱中取出，于是我將清掃機(jī)的后面殼體設(shè)計(jì)成了活動(dòng)的，但是問題又出現(xiàn)了，需要清理車內(nèi)垃圾的時(shí)候，打開后面殼體，眼前的垃圾可以從車內(nèi)取出，但是深處的卻很難掃出，除非將車體放倒。為此，我設(shè)計(jì)了抽屜式的垃圾箱，當(dāng)需要清理清掃車內(nèi)部的垃圾箱時(shí)，只需將垃圾箱從車內(nèi)抽出即可，方便實(shí)用。而清掃車的整體外形大體上是根據(jù)零件的大小與零件間的相對距離而定，車體前部以及后部，都是以輪子，齒輪，皮帶輪的相對位置而定。基于這些整體的框架， 再對其他部分進(jìn)行修正。出于美觀，前輪與上齒輪間的過渡選用平滑曲線，毛刷部分的殼體截去了 1/4 圓，使得毛刷露出了 1/4。圖 2-6 清掃機(jī)殼體形狀第三章手推式戶外場地清掃機(jī)的計(jì)算3.1 鍵的強(qiáng)度計(jì)算鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，聯(lián)接的類型有平鍵聯(lián)接，半圓鍵聯(lián)接,楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。平鍵按構(gòu)造分，有圓頭，平頭和單圓頭，我選用的是平頭鍵。鍵的頭部側(cè)面與輪轂上的鍵槽接觸，因而鍵的平頭部分可以充分的利用上，而且避免了鍵槽端部的應(yīng)力集中的問題，但對于尺寸大的鍵，宜用緊定螺釘固定在軸上的鍵槽中，以防松動(dòng)。對于采用常見的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵聯(lián)接，其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴(yán)重過載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：3o= 2T *10pkld s p （3-1）o= 2 * 0.8 * 9.8 *10 *103p0.5 * 6 * 20 * 20= 130.667MPa3.2 焊接材料與注意事項(xiàng)由于殼體和角鐵的厚度略薄，因此之間的連接用焊接完成。焊接的方法很多， 此設(shè)計(jì)選用電焊，焊接的金屬結(jié)構(gòu)常用 Q235，Q215，Q255；焊接的零件常用 Q275， 15-50 碳鋼，以及 50Mn，50Mn2，50SiMn2 等合金鋼。在焊接中，廣泛的使用各種型材，板材及管材。為了保證焊接的質(zhì)量，避免未焊透或者缺焊現(xiàn)象，焊縫應(yīng)按被焊件的厚度制成相應(yīng)的坡口形式，或者進(jìn)行一般的倒棱修邊工藝。熔化的金屬冷卻時(shí)要收縮，因此使得焊縫內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，導(dǎo)致構(gòu)件翹曲。這不僅使焊接件難以獲得精確的尺寸，且將影響到焊縫的強(qiáng)度。所以在滿足強(qiáng)度的條件下，焊縫的長度應(yīng)按實(shí)際結(jié)構(gòu)的情況盡可能取得短些或分段進(jìn)行焊接，并應(yīng)避免焊縫交叉；還應(yīng)在焊接工藝上采取措施，使構(gòu)件在冷卻時(shí)候能有微小自由移動(dòng)的可能；焊后應(yīng)經(jīng)熱處理（如退火），以消除殘余應(yīng)力。此外，在焊接厚度不同的對接板件沿對接部位平滑輾薄或者削薄到較薄板的厚度，以利焊接金屬勻稱熔化和承載時(shí)的力流得以平滑過渡。在設(shè)計(jì)焊接件時(shí)，應(yīng)注意恰當(dāng)選擇母體材料及焊條；根據(jù)被焊件厚度選擇接頭及坡口形式；合理布置焊縫及焊縫長度；正確安排焊接工藝，以避免施工不便及殘余應(yīng)力源。對于那些有強(qiáng)度要求的重要焊縫，必須按照有關(guān)行業(yè)的強(qiáng)度規(guī)范進(jìn)行焊縫尺寸的校核，同時(shí)還應(yīng)規(guī)定一定技術(shù)水平的焊工進(jìn)行焊接，并在焊后仔細(xì)的進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。3.3 帶與帶輪帶傳動(dòng)是由固聯(lián)于主動(dòng)軸上的帶輪，固聯(lián)于從動(dòng)軸上的帶輪和緊套在兩輪上的傳動(dòng)帶組成的。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于帶和帶輪間的摩擦，便拖動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并傳遞一定的動(dòng)力。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，造價(jià)低廉以及緩沖吸振等特點(diǎn)。由于此機(jī)構(gòu)的為手推式戶外清掃機(jī)，在速度上有一定的限制，為此我選用平帶。平帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)最簡單，帶輪也容易制造，在傳動(dòng)中心距較大的情況下應(yīng)用比較多。常用的平帶有帆布芯平帶，編織平帶，錦綸片復(fù)合平帶等數(shù)種，我的皮帶材料選取帆布芯平帶。圖 3-1 不工作時(shí)圖 3-2 工作時(shí)3.4 齒輪的相關(guān)設(shè)計(jì)3.4.1 齒輪的傳動(dòng)比與嚙合條件齒輪機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，與其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，齒輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，效率高，壽命長，能保證恒定的傳動(dòng)比， 而且其傳遞的功率和適用的速度范圍大。但是其制造安裝的費(fèi)用較高，低精度齒輪傳動(dòng)的振動(dòng)噪聲較大。齒輪機(jī)構(gòu)是通過一對對齒面的一次嚙合來傳遞兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，根據(jù)一對齒輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的情況，它可以分為定傳動(dòng)比和變傳動(dòng)比齒輪機(jī)構(gòu)。定傳動(dòng)比的圓形齒輪機(jī)構(gòu)的類型很多，根據(jù)兩傳動(dòng)軸線的相對位置，可以分為三類：平行軸齒輪機(jī)構(gòu)，相交軸齒輪機(jī)構(gòu)，交錯(cuò)軸齒輪機(jī)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中，我選用的是平行軸齒輪機(jī)構(gòu)，齒輪分布在圓柱體外部且與其軸線平行，嚙合的兩外輪轉(zhuǎn)向相反。適用的位置是后輪與皮帶輪，實(shí)現(xiàn)的是推動(dòng)清掃車， 后輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鍵帶動(dòng)下齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，下齒輪將傳動(dòng)傳遞給上齒輪，上齒輪得到反向的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鍵使得皮帶軸轉(zhuǎn)動(dòng)，最終內(nèi)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)。按三心定理：w1 O1C = w2 O2 C（3-2）由此得瞬時(shí)傳動(dòng)比i12 ：i12= w1w2= O2CO1C（3-3）由計(jì)算得到傳送比：wi= w1= O2C = 160 0.7122O1C230對于上齒輪：齒輪的齒數(shù)為 z1=23，分度圓直徑為 d1=230 mm ，由公式d = p1 z（3-4）1p1可以得出：1p = d1 *pz1= 230 * 3.14 31.4mm231m = d1z1= 230 1023對于下齒輪：齒輪的齒數(shù)為 z2=16，分度圓的直徑為 d2=160 mm ，由公式d 2 =p2 zp2（3-5）可以得出：p2 =d *pz2= 160 * 3.1416 31.4mm2m = d 2z2= 160 1016一對漸開線齒輪的正確嚙合條件為：m1=m2=m（3-6）a1=a2=a（3-7）由上面計(jì)算可知：分度圓壓力角相等，且：m1 = m2 = 10（3-8）因此兩齒輪可以正確嚙合。中心距 a 為：a = 1 m(z + z ) = 1 *10 *(23 + 16) = 195mm（3-9）22123.4.2 齒輪傳動(dòng)的失效形式（1） 齒輪折斷齒輪折斷有多種形式，在正常工況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷，因?yàn)樵邶X輪受載時(shí)，齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大，再加上齒根過渡部分的截面突變及加工刀痕等引起的應(yīng)力集中作用，當(dāng)齒輪重復(fù)受載后，齒根處就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)展，致使齒輪疲勞折斷。（2） 齒輪磨損在齒輪傳動(dòng)中，齒面隨著工作條件的不同會(huì)出現(xiàn)多種不同的磨損形式。例如當(dāng)嚙合齒面間落入磨料性物質(zhì)時(shí)，齒面被逐漸磨損而致報(bào)廢。（3） 齒面點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一。在潤滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)中，常見的齒面失效形式多為點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕就是齒面材料在變化著的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀損傷現(xiàn)象。齒面上最初出現(xiàn)的點(diǎn)蝕僅為針尖大小的麻點(diǎn)，如工作條件未加改變，麻點(diǎn)就會(huì)逐漸擴(kuò)大，甚至數(shù)點(diǎn)連成一片，最后形成了明顯的齒面損傷。（4） 齒面膠合對于高速重載的齒輪傳動(dòng)，齒面間的壓力大，瞬時(shí)溫度高，潤滑效果差，當(dāng)瞬時(shí)溫度過高時(shí)，相嚙合的兩齒面就會(huì)發(fā)生粘在一起的現(xiàn)象，由于此時(shí)兩齒面又在作相對的滑動(dòng)，相粘結(jié)的部位被撕破，于是在齒面上沿著相對滑動(dòng)的方向形成傷痕， 稱為膠合。傳動(dòng)時(shí)的齒面瞬時(shí)溫度越高，相對滑動(dòng)速度越大的地方，越易發(fā)生膠合。有些低速重載的重型齒輪傳動(dòng)，由于齒面間的油膜遭到破壞，也會(huì)產(chǎn)生膠合失效。此時(shí)，齒面的瞬時(shí)溫度并無明顯增高，故稱為冷膠合。加強(qiáng)潤滑措施，采用抗膠合能力強(qiáng)的潤滑油，在潤滑油中加入極壓添加劑等， 均可以防止或者減輕齒面膠合。（5） 塑性變形塑性變形屬于齒輪的永久變形，它是由于在過大的應(yīng)力作用下，齒輪材料處于屈服狀態(tài)而產(chǎn)生的齒面或齒體塑性流動(dòng)所形成的。塑性變形一般發(fā)生在硬度低的齒輪上；但在重載的作用下，硬度高的齒輪也會(huì)出現(xiàn)。3.4.3 齒輪的材料選擇（1） 鋼鍛鋼：除了尺寸大或者結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜只宜鑄造者外，一般都用鍛鋼制造齒輪，常用的是含碳量在 0.15%-0.6%的碳鋼或合金鋼。鑄鋼：鑄鋼的耐磨性及強(qiáng)度均較好，但應(yīng)經(jīng)退火及?；幚?，必要的時(shí)也可以進(jìn)行調(diào)質(zhì)。鑄鋼常用于尺寸較大的齒輪。（2） 鑄鐵灰鑄鐵性質(zhì)較脆，抗沖擊及耐磨性都較差，但抗膠合及點(diǎn)蝕的能力比較好?；诣T鐵齒輪常用于工作平穩(wěn)，速度較低，功率不大的場合。（3） 非金屬材料對于高速，輕載及精度不高的齒輪傳動(dòng)，為了降低噪音，常用的非金屬材料（如夾布塑料，尼龍等）做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。為使大齒輪具有足夠的抗磨損及抗點(diǎn)蝕的能力，齒面的硬度應(yīng)為 250-350HBS。通過上面的比較，我的齒輪選用的材料是鋼。3.5 軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核3.5.1 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算按照軸所受到的扭矩來計(jì)算強(qiáng)度。如果還受有不大的彎矩時(shí)，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的方法予以考慮。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不太重要的軸，也可作為最后計(jì)算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：T9550000 PWt T =Tn0.2d 3（3-10）P = Fv = 0.8 * 9.8 * v（3-11）=60np * dv（3-12）9550000 P95500000.8 * 9.8 * v *10360p * 0.05t= nT0.2d 3= v= 7799527.36MPa 0.2 * 0.053Tt / MPa = 7799527.36 /106 7.80表3-1 軸常用幾種材料的t T 及 A0 值軸的材料Q235A，20Q275，35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr，35SiMn38SiMnMo，3Cr13t T / MPa15-2520-2525-4535-55A0149-126135-112126-103112-97t T = 7.8 15我的軸選用的材料是Q235，滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件，為此，軸合格。3.5.2 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。圖3-2 軸的載荷分析圖已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險(xiǎn)截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）作彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力：o 2 + 4t 2o ca =（3-13）通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力s 是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 則常常不是對稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)a ，則計(jì)算應(yīng)力為：o 2 + 4(at )2o ca =（3-14）式中的彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力。當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)候，取a 0.3 ； 當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)候，則取a = 1 。對于直徑為d 的圓軸，彎曲應(yīng)力：o = MW（3-15）扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：t = W = T（3-16）WT2W將s 和代入，則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為：( M )2 + 4( aT )2W2WM 2 + (aT )2Wo ca =（3-17）由于a 在此處為0，且：pd 3W =（3-18）32公式可以簡化為：o=M 2由于：o ca =M 2pd 332capd 332(3.92 * 0.65 / 2)2=p * 0.05332 103814.86MPa（3-19）s -1 = 40o ca s106-1所以，此軸滿足彎扭合成強(qiáng)度條件，軸合格。第四章繪制清掃機(jī)的相關(guān)圖4.1 繪制清掃機(jī)的Pro/E圖當(dāng)皮帶，皮帶輪，齒輪的確定，使得整個(gè)構(gòu)件大體尺寸定了下來，接下來的就是開始對其畫實(shí)體造型。由于長時(shí)間的不用Pro/E了，突然不知道怎么畫了，而導(dǎo)師正好帶過Pro/E的課，他立即不厭其煩的又給我講了一遍，如何創(chuàng)建草圖，如何拉伸，如何陣列，如何約束，如何裝配，通過導(dǎo)師的認(rèn)真的講解，我對如何使用此工具有了新的了解。由于導(dǎo)師，以及身邊同學(xué)的幫助，我的Pro/E零件圖漸漸地畫完了。我對畫完的零件實(shí)物圖檢查了一遍，將外殼，掃轂，前輪，后輪，前皮帶輪，后皮帶輪，皮帶，齒輪及相應(yīng)的軸，墊圈，鍵，垃圾傳送帶，垃圾箱進(jìn)行了裝配，最終完成了整個(gè)機(jī)構(gòu)的裝配圖。圖4-1 清掃機(jī)Pro/E裝配圖4.2 繪制清掃機(jī)的AutoCAD圖畫完了Pro/E圖后，該開始畫工程圖了，我用Pro/E生成了工程圖，并保存成了AutoCAD的格式。之后，在CAD中對所有圖進(jìn)行了標(biāo)注，并添加了標(biāo)題欄，對于裝配圖中添加了明細(xì)欄。圖4-2 清掃機(jī)AutoCAD三視圖第五章專題討論在手推式戶外場地清掃機(jī)的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，遇到了種種問題，針對這些問題， 都有了相應(yīng)的解決，具體如下：1. 整個(gè)機(jī)構(gòu)的傳送件應(yīng)該選取什么，是鏈，皮帶，還是齒輪，針對這個(gè)問題， 具體解釋在2-4節(jié)，與前毛刷之前選用皮帶傳送，而與清掃機(jī)內(nèi)的傳送帶之間，選用齒輪傳遞。2. 對于垃圾箱的選取與設(shè)計(jì)也費(fèi)了一些功夫，開始選取殼體的后部作為垃圾箱的箱體，后發(fā)現(xiàn)垃圾無法取出，之后將殼體后面制作成可以活動(dòng)的，后發(fā)現(xiàn)車殼體深部的垃圾無法掃出，最后將垃圾箱設(shè)計(jì)為抽屜式，可以隨意的放入與取出，解決了之前的所有的問題。3. 清掃機(jī)的外殼在開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，我將它畫成了一體，之后在這個(gè)外殼上添加各種零件，導(dǎo)師說此外殼是根本無法制作出來的，應(yīng)該將其全部拆分，我聽取了導(dǎo)師的意見，將殼體拆分成了6個(gè)部分，之間的連接用10個(gè)角鐵進(jìn)行焊接，最終完成外殼的裝配，從而進(jìn)行下一步。4. 設(shè)計(jì)初期的清掃機(jī)的外形棱角稍多，直觀上比較死板，出于美觀，外殼的外形設(shè)計(jì)是基于零件的形狀，以及零件間的相互位置而定下來的，對于殼體的上部， 選用了流線形。5. 此手推式戶外場地清掃機(jī)的尺寸并不是很大，除去了個(gè)零件的尺寸外，垃圾箱的尺寸已經(jīng)越來越小，如何才能十分有效的利用僅有的空間，這個(gè)問題我考慮了一下，決定后軸不貫穿整個(gè)殼體，在外殼外部，與原后軸的同心地方，焊接上一個(gè)圓形柱體，而后輪子就安裝在此處，之后在此輪子的短軸上設(shè)好鍵，與齒輪和皮帶輪配合，從而避免了車體內(nèi)的軸占用了垃圾箱的空間，達(dá)到了一舉兩用。6. 在扶手的端部，出于對使用者的舒適，金屬的扶手外，添加了一套用海綿制作的副手套。7. 毛刷的直徑也做過一定的分析，當(dāng)毛刷的端部與傳送板間剛好重合的時(shí)候， 清掃略大的垃圾是沒有問題的，但是對于較小的可能在傳送帶上有一定的滑落或者遺漏，為此毛刷的直徑的設(shè)計(jì)比計(jì)劃的稍微大了幾毫米，與傳送板之間產(chǎn)生過盈配合，避免了上述的問題。8. 為了使得齒輪，以及皮帶的傳動(dòng)更為的穩(wěn)定，我在清掃機(jī)的兩側(cè)都有設(shè)計(jì)，達(dá)到對稱，穩(wěn)定了傳動(dòng)。9. 清掃機(jī)后面的兩齒輪的大小以及比例在設(shè)計(jì)初始也產(chǎn)生了很大的問題。由于下面的齒輪與后輪同軸，為了防止下齒輪接觸地面，因此直徑必須要小于后輪子的直徑，上齒輪的大小設(shè)計(jì)是相對隨意一點(diǎn)的，但是他的選型確決定了這個(gè)手推式戶外場地清掃機(jī)的外形，過大過小都不美觀，最終下齒輪的直徑選用了輪子直徑的2/3，而上齒輪的直徑與輪子的相同。10. 扶手的外觀與尺寸也經(jīng)過了多次的修改，在初期的設(shè)計(jì)中，扶手是和外殼一體的，后來發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題，進(jìn)行了拆分，并用螺釘與殼體進(jìn)行了裝配，扶手的上端選用了自然的弧線過渡，使得過渡后的扶手端部與地面平行，當(dāng)給導(dǎo)師看了后， 導(dǎo)師一眼就看出了問題，扶手端部太短了，當(dāng)使用者手扶扶手端推車的時(shí)候，腳步很容易踢到垃圾箱，為此，我改了整體的扶手形狀后，特意將扶手的端部加長了很多，避免了腳踢垃圾箱的問題。11. 清掃車后部的下齒輪外部與后輪的內(nèi)部剛好配合，因此不會(huì)有偏移，但是上齒輪在殼體外，很容易脫落，為了避免這一現(xiàn)象，我選用了一種墊圈來約束它， 這樣可以解決這個(gè)問題。第六章結(jié)論我所設(shè)計(jì)的手推式戶外場地清掃機(jī)，達(dá)到了環(huán)保的要求，而且在特定的場合也可以正常的使用，不受地域的限制，基本上符合設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。相應(yīng)的操作與原理如下，手推扶手，帶動(dòng)清掃機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。后輪上的皮帶輪通過皮帶，帶動(dòng)前皮帶輪，從而帶動(dòng)毛刷的軸，使其可以轉(zhuǎn)動(dòng)，將垃圾掃入車內(nèi)的前部；后輪上的齒輪與上齒輪嚙合，帶動(dòng)車內(nèi)傳送帶的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得內(nèi)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，將車內(nèi)的垃圾傳送到車后部的垃圾箱中，完成清掃任務(wù)。優(yōu)點(diǎn)是環(huán)保，結(jié)構(gòu)簡單，有一定的創(chuàng)新性，使用上也是十分的簡單，不受地域的限制。但同時(shí)也存在著一些問題，比如整個(gè)機(jī)構(gòu)的材料以鋼為主，實(shí)際重量是個(gè)不容忽視的問題；由于大部分的傳動(dòng)零件都是置于殼體的外部，因此在安全問題上也存在著一定的隱患。希望在以后的發(fā)展中，找一種材料在達(dá)到鋼的強(qiáng)度情況下， 大大的減少重量，在價(jià)格上也不要太貴；在安全問題上，對清掃機(jī)的外殼進(jìn)行相應(yīng)的改裝，最好將危險(xiǎn)的地方添加上一些隔板。我所設(shè)計(jì)的手推式戶外場地清掃機(jī)還只是個(gè)雛形，在結(jié)構(gòu)，功能，以及性能上還未完全的滿足要求，望在今后有更好的改進(jìn)。參 考 文 獻(xiàn)1 焦永和 機(jī)械制圖 北京理工大學(xué)出版社 2001年7月出版2 濮良貴, 紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)M. 北京: 高等教育出版社,2001:90- 3703 王知行,劉廷榮 機(jī)械原理 高等教育出版社 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理教研室編4 馬文星, 鄧超.筑路與養(yǎng)護(hù)路機(jī)械原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005: 1541715 羅朝東. BAQ5120GXS 型和BAQ5130GXS 型清掃車. 筑路機(jī)械與施工機(jī)械化, 1996: 19-206 羅善瞀.我國掃路車的發(fā)展和研究方向.建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理, 2005( 5) : 46-487 公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范（JTJ073-96）S. 北京：人民交通出版社，1996.8 宋森編. 汽車修理工必讀M. 吉林：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1987.9 哈爾濱電機(jī)制造學(xué)校主編. 金屬工藝學(xué)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1979.10 路秀林王者相.塔設(shè)備.化學(xué)工業(yè)出版社，2001.899111 李金山, 李琳, 譚定忠. 清潔機(jī)器人概述M. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院,2005:15- 4512 李家寶. 結(jié)構(gòu)力學(xué)M. 北京:高等教育出版社,1999:120- 36513 譚定忠, 王啟明, 孔凡凱. 自主移動(dòng)清潔機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)性能研究M. 哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,2004:10- 2514 于光瑜, 秦惠民. 材料力學(xué)M. 北京: 高等教育出版社,1999:170- 38015 Pratt, T., and Yule, J., 1997, A Brief History of the Road Sweeper, J & G Plant Ltd.16 Stango, R. J., Heinrich, S. M., and Shia, C. Y., 1989, Analysis of Constrained Filament Deformation and Stiffness Properties of Brushes, ASME J. Eng.Ind., 111, pp. 238243.17 Stango, R. J., Cariapa, V., Prasad, A., and Liang, S.-K., 1991, Measurement and Analysis of Brushing Tool Performance Characteristics, Part 1: Stiffness Response, ASME J. Eng. Ind., 113, pp. 283289.18 Meriam, J. L., and Kraige, L. G., 1993, Engineering Mechanics, John Wiley and Sons Inc., New York.附錄1. 英文翻譯2. 開題報(bào)告3. Pro/E圖4. AutoCAD圖35