道路垃圾清掃機設(shè)計

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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學 全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計 道路垃圾清掃機設(shè)計 ROAD SWEEPING MACHINE DESIGN 學生姓名： 劉 儉 學 號： 200940614123 年級專業(yè)及班級: 2009級機械設(shè)計制造及其自動化（1）班 指導老師及職稱：全臘珍 教授 學 院： 工學院 湖南·長沙 提交日期：2013年5月 湖南農(nóng)業(yè)大學工學院全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 畢業(yè)設(shè)計作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要……………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………………1 1 前言…………………………………………………………………………………1 1.1 垃圾清掃機研究意義……………………………………………………………2 1.2 國外研究現(xiàn)狀……………………………………………………………………2 1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀……………………………………………………………………2 2 垃圾清掃機總成設(shè)計計算…………………………………………………………3 2.1 設(shè)計思想…………………………………………………………………………3 2.2 清掃機總體結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………3 2.3 清掃機工作原理介紹……………………………………………………………4 2.4 主要技術(shù)規(guī)范及參數(shù)……………………………………………………………5 2.4.1 外形框架結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………5 2.4.2 清掃機行走所需功率…………………………………………………………6 2.4.3 清掃滾筒的速度驗算…………………………………………………………6 2.4.4 行走要求………………………………………………………………………6 2.4.5 垃圾清掃部分功率及其設(shè)計…………………………………………………6 2.4.6 垃圾收集轉(zhuǎn)運的設(shè)計…………………………………………………………8 2.4.7 動力匹配………………………………………………………………………9 3 操作系統(tǒng)及主要部件的設(shè)計與計算…………………………………………… 9 3.1 清掃滾筒傳動設(shè)計…………………………………………………………… 9 3.2 確定主要參數(shù)及各級傳動比…………………………………………………11 3.2.1 傳動比設(shè)定…………………………………………………………………11 3.2.2 計算各軸轉(zhuǎn)速………………………………………………………………11 3.2.3 計算各軸轉(zhuǎn)矩………………………………………………………………11 3.2.4 各軸功率計算………………………………………………………………11 3.3 主要工作零部件的設(shè)計計算…………………………………………………12 3.3.1 第一級傳動帶輪設(shè)計………………………………………………………12 3.3.2 第二級傳動帶輪設(shè)計………………………………………………………13 3.3.3 第三級傳動鏈傳動設(shè)計……………………………………………………15 3.3.4 齒輪傳動的設(shè)計……………………………………………………………16 4 主要受力零件的強度或壽命校核計算 …………………………………………19 4.1 軸的設(shè)計計算及校核…………………………………………………………19 4.1.1 第一級從動軸設(shè)計計算及校核……………………………………………19 4.1.2 第二級從動軸設(shè)計計算及校核……………………………………………22 4.2 軸承的設(shè)計計算及其校核……………………………………………………26 4.2.1 第一級從動軸軸承設(shè)計計算及其校核……………………………………26 4.2.2 第二級從動軸軸承設(shè)計計算及其校核……………………………………27 4.2.3 第三級從動軸軸承的設(shè)計計算及其校核…………………………………28 4.3 鍵的設(shè)計計算及校核…………………………………………………………29 4.3.1 第一級從動軸上聯(lián)接鍵的校核……………………………………………29 4.3.2 第二級從動軸上聯(lián)接鍵的校核……………………………………………29 4.3.3 第三級從動軸上聯(lián)接鍵的校核……………………………………………29 4.3.4 上滾輪軸聯(lián)接鍵的校核……………………………………………………30 5 結(jié)論………………………………………………………………………………30 5.1 維護和保養(yǎng)……………………………………………………………………30 5.2 主要優(yōu)點………………………………………………………………………30 5.3 有待改進的地方………………………………………………………………30 6 設(shè)計心得…………………………………………………………………………31 參考文獻…………………………………………………………………………… 31 致 謝…………………………………………………………………………………32 道路垃圾清掃機的設(shè)計 學 生：劉 儉 指導老師：全臘珍 （湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，長沙 410128） 摘 要：清掃裝置是清掃機的核心部件，清掃裝置性能的改進可以提高清掃機的工作的效率，減輕環(huán)衛(wèi)工人的勞動強度，加速環(huán)衛(wèi)死角的清理，提高保潔效率[1]。針對目前環(huán)衛(wèi)工作的情況設(shè)計了集清掃、收集轉(zhuǎn)運為一體的清掃裝置，該清掃裝置工作可靠，操作簡單，效果好；同時其造型簡單美觀，結(jié)構(gòu)合理，適用性強。此外，該清掃裝置在清掃過程中二次污染較小，方便與現(xiàn)有的其他 設(shè)備組合使用，便于推廣。 關(guān)鍵詞：污染；清掃機；收集轉(zhuǎn)運 Road Sweeping Machine Design Student: Liu Jian Tutor: Quan Lazhen （Polytechnic Institute of Hunan Agricultural University, Changsha 410128） Abstract: the cleaning device is the key component of cleaning machine, cleaning device perfor- mance improvement can improve the efficiency of cleaning machine work, reduce the labor intensity of sanitation worker, accelerate sanitation dead cleaning, improve the cleaning efficiency of [1]. In view of the present situation of sanitation work cleaning device set cleaning, collection and transport as one of th -e design, the cleaning device is reliable, simple operation, good effect; the other is simple in appearance, reasonable structure, strong applicability. In addition, the cleaning device in the process of cleaning two pollution is small, convenient and other existing equipment were used in combination, convenient popul- arization. Keywords: pollution; cleaning machine; collection and transport 1 前言 1.1 垃圾清掃機研究意義 一個舒適的居住和生活環(huán)境是很重要的，而且，人們對環(huán)境的要求不斷在提高。我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，城市化的進程也日益加快，從而也使得城市人口不斷增長，因而導致城市生活垃圾的不斷增長，這就使得城市環(huán)衛(wèi)工作的強度不斷加大，特別是一些死角地帶更是難以清理。此時小型清掃機就顯示出它的優(yōu)越性。盡管政府部門在這方面很重視，但是環(huán)衛(wèi)行業(yè)設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀與當前經(jīng)濟社會發(fā)展形勢存在很大差距，其中道路清掃設(shè)備落后的問題較為突出。這就要求我們的養(yǎng)護手段要不斷改進，就路面清掃而言，需要由以往原始笨拙的低效率的人工清掃改為現(xiàn)代靈活高效率的機械清掃[19]。人工掃地勞動強度高，效率低，而且污染環(huán)境，又面臨著將來人員缺乏的的困境，用機械代替人工清掃成為必然趨勢。因此，很有必要創(chuàng)造條件，實現(xiàn)清掃機械化，以減輕清掃工人的勞動強度，改善勞動條件，不斷提高道路清掃質(zhì)量和環(huán)境衛(wèi)生水平。 小型清掃機清掃裝置集清掃、收集轉(zhuǎn)運為一體。由傳動機構(gòu)、垃圾收集轉(zhuǎn)運機構(gòu)、垃圾清掃滾筒等組成?？蓱糜谑皳斐鞘薪值莱Ｒ姷纳罾纾簾燁^、紙屑、果皮、樹葉、紙質(zhì)飲料杯等雜。 1.2 國外研究現(xiàn)狀 路面養(yǎng)護機械化程度的高低，是一個國家工業(yè)化程度和綜合實力強弱的重要標志之一。世界發(fā)達國家，如日本、美國，環(huán)衛(wèi)保潔工作做的非常好，都是純機械化的。而且早已廣泛應用了先進的電子技術(shù)，有些還應用了有線和無線遙控。德國生產(chǎn)的凱馳KSM750型掃地機分為汽油驅(qū)動型和電瓶驅(qū)動型。汽油驅(qū)動型適合院落、停車場等戶外清掃作業(yè)，電瓶驅(qū)動型因其噪音低、污染小，適合室內(nèi)清掃作業(yè)。塵箱容積為40升，配合手柄和車輪，可以輕松被拉出，傾倒垃圾簡單易行。電瓶驅(qū)動型的優(yōu)點：1.移動方便，向下輕壓手柄,可以輕松移動設(shè)備,配有堅固外殼及防護杠,防止非專業(yè)人員操作時對設(shè)備造成的損害。無級變速驅(qū)動根據(jù)清掃環(huán)境的不同,調(diào)整行進速度,即可獲得最佳的清掃效果,省時省力。2.噪音低本機的外殼擁有吸收噪音的功效,精確地時間記錄表。刷毛采用V字型排列方，大垃圾擋板使得本機具有非凡的清掃效果，對于像加油站之類的環(huán)保要求極高的場所，您也可以放心使用[2]。 1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國從上個世紀六十年代以來開始研制生產(chǎn)路面清掃車，至今已有將近五十年的歷史了。但與發(fā)達國家相比，我國的路面清掃車不管是從清掃效果、技術(shù)水平還是從銷售規(guī)模上都還相差甚遠，例如有如下問題：外形單調(diào)、功能單一、操作不方便、效率低等，但能基本滿足國內(nèi)需求。目前我國生產(chǎn)路面清掃車的企業(yè)大概有30多家，其中中聯(lián)重科中標事業(yè)部、天津掃地王專用汽車有限公司和北京愛清清掃車制造有限公司等處于行業(yè)領(lǐng)先地位。產(chǎn)品規(guī)格從2噸到8噸[3]，清掃機作業(yè)方式主要為濕式吸掃結(jié)合，動力為主、副雙發(fā)動機形式[4]。 2 垃圾清掃機總成設(shè)計計算 2.1 設(shè)計思想 通過對清掃裝置性能的改進可以提高清掃機的工作的效率，減輕環(huán)衛(wèi)工人的勞動強度，加速環(huán)衛(wèi)死角的清理，提高保潔效率。該設(shè)計的主要任務是完成對小型清掃裝置的設(shè)計，主要內(nèi)容是清掃機構(gòu)和上料機構(gòu)設(shè)計，清掃工作由臥式滾刷完成，技術(shù)路線圖如下。 查閱資料了解國內(nèi)外狀況，初步認識清掃裝置 選題背景研究 根據(jù)前面對清掃裝置的了解確立研究方案 確立研究方案步驟 根據(jù)相關(guān)計算及技術(shù)手冊完成設(shè)計并繪制CAD圖 清掃裝置的設(shè)計 傳動機構(gòu)的設(shè)計 垃圾清掃滾筒設(shè)計 垃圾收集轉(zhuǎn)運設(shè)計 完成對小型清掃機的設(shè)計論文 設(shè)計成果 圖1 技術(shù)路線 Figure 1 Technology roadmap 2.2 清掃機總體結(jié)構(gòu) 總體結(jié)構(gòu)有以下幾個部分： （1）行走機構(gòu)：由四個萬向輪組成,前兩個不可變向，后兩個可改變方向。整個清掃頭由電動摩托作為行走動力。清掃頭與電動摩托之間用連結(jié)底板相連。 （2）垃圾清掃總成：由清掃刷苗、清掃滾筒、清掃滾筒鏈輪組成。清掃刷苗是通過定位銷來實現(xiàn)軸向固定，清掃滾筒軸通過軸承座固定在機架中間。 （3）垃圾輸送收集裝置：由上料板、下滾輪總成、垃圾輸送帶、上滾輪總成、變 圖2 輸送帶示意圖 Fig. 2 Schematic diagram of conveying belt 向軸以及垃圾桶等部件組成。其中垃圾桶的選擇有三種方案：.塑料袋方案，即用塑料袋做垃圾桶，綁在車架上收集垃圾，當垃圾滿后取下塑料袋即可；.采用抽屜式，當垃圾收集滿后，抽出即可將垃圾倒掉；.采用懸掛式，垃圾滿后將懸掛式垃圾桶傾倒即可將垃圾倒出。本設(shè)計采用懸掛式垃圾桶[5]。總的來說具有拆裝轉(zhuǎn)移方便、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、作業(yè)質(zhì)量好、操作輕巧省力。 （4）動力匹配：直流電動機，由電瓶驅(qū)動。 （5）操作系統(tǒng)：手推式扶手，控制電機開關(guān)。 另外清掃機上配備手工長柄夾子、鏟子等工具，以撿拾車子不能到達的地方垃圾，并可配備遮陽傘，用來改善工人勞動條件。 其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。 2.3 清掃機工作原理介紹 此次設(shè)計的道路垃圾清掃機主要由箱體、箱架，清掃部分，傳送部分，行走部分和垃圾收集部分組成。箱體、箱架主要由角鋼焊接而成，部分零件用螺栓連接，垃圾箱用塑料制成；清掃部分由安裝有清掃刷苗的橫向布置清掃滾筒構(gòu)成；清掃滾筒上的刷苗隨滾筒轉(zhuǎn)動，滾筒軸上裝有鏈輪，通過鏈傳動使?jié)L筒循環(huán)轉(zhuǎn)動，鏈傳動無整體打滑或彈性滑動現(xiàn)象，所以有準確的平均傳動比，適應在油膩或潮濕的地方工作；清掃機工作時，清掃滾筒將垃圾清掃并拋擲到傳送帶上，傳送帶通過齒輪變向與清掃機行走方向成反向旋轉(zhuǎn)，傳送帶上有直刷可以防止拋擲到帶上的垃圾在上運過程中下滑，隨著垃圾的上升最終垃圾在傳送帶的末端由于重力的作用掉入垃圾桶中；行走部分由 1.機架 2.鏈輪 3.清掃滾筒總成 4.上料板 5.輸送帶 6.下滾輪總成 7.皮帶輪 8.第二級從動軸 9.電瓶 10.萬向輪 11.第一級從動軸 12.皮帶 13.電動機 14.垃圾箱 15.上滾輪總成 16.扶手 17.齒輪 18.連結(jié)底板 圖3 垃圾清掃機主要結(jié)構(gòu)圖 1．Bracket 2. sprocket 3 .cleaning roller assembly 4 .plate 5 .conveyor belt 6 .wheel assembly 7 .pulley 8. second driven shaft 9. battery 10. universal wheels 11. first level driven shaft 12. belt 13. motor 14. garbage box 15. wheel assembly 16. arm 17. gear 18. link plate Fig. 3 Garbage cleaning machine main structure diagram 兩個定向前輪和兩個萬向后輪實現(xiàn)，既方便又經(jīng)濟；本設(shè)計能降低清潔工人的勞動強度，提高工作效率，而且動力來源于由電瓶供電的直流電動機，操作方便，污染少。 2.4 主要技術(shù)規(guī)范及參數(shù) 已知條件：清掃機生產(chǎn)率為 設(shè)計要求：清掃干凈，機構(gòu)設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，環(huán)保節(jié)能，使用方便。 2.4.1 外形框架結(jié)構(gòu) 根據(jù)任務書，要求機構(gòu)設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)緊湊，框架尺寸取1600mmX700mmX750mm。詳細尺寸見零件圖。 查閱相關(guān)資料了解到外形框架材料主要采用25mm×25mm方鋼，其壁厚為3mm，工藝采用焊接連接。部分支架桿表面在裝配時需要打磨表面和鉆孔安裝[1]。2.4.2 清掃機行走所需功率 取整機重，輪子與地面摩擦系數(shù)，清掃機以前進速度工作計算。則有： 2.4.3 清掃滾筒的速度驗算 取刷苗脫離上料板時離上料板的最高位置的距離為.設(shè)刷苗頂端的速度為v，質(zhì)量為m的垃圾要上拋到最高點，由參考文獻[24]得知必須滿足下面條件： [6] (1) 計算 取清掃輪轉(zhuǎn)速：62.5r/min 刷苗自由長度：100mm 清掃滾筒半徑：90mm 有： 所以清掃車的電機能夠保證垃圾順利地拋送到傳送帶上。 2.4.4行走要求 由任務書要求V=20km/h≈5.6m/s 只要清掃機在不低于5.6m/s的行走速度下運行，就能夠保證生產(chǎn)率的額定值。 2.4.5 垃圾清掃部分功率及其設(shè)計 （1）主要參數(shù) 刷苗的直徑：2mm 刷苗的形變量：25mm 清掃軸鏈輪半徑：80mm 清掃輪寬度：550mm 刷苗和地面摩擦系數(shù)：0.4 （2）由相關(guān)公式計算清掃部分所需功率 克服地面與刷苗間摩擦力所用功率[10]： (2) P-形變刷苗給路面壓力（N）； -刷苗和地面間摩擦系數(shù)為0.4； -刷苗圓周線速度： VM=2πRn/60=2π×0.19×62.5÷60=1.24m/s V-清掃機行走速度： V=20×103÷3600≈5.6m/s -傳動效率為0.9； P值可根據(jù)以下公式計算； (3) L-刷苗的長度 0.1m； E-刷苗的彈性模量 0.9×1011pa； J-刷苗的斷面慣性矩 3.97×10-12m4； h-刷苗的形變量 0.025m； d-刷苗的半徑 2×10-3m； R-滾刷的半徑 0.19m； Z-工作刷苗數(shù)量可由公式計算： [7] (4) 其中為刷苗和路面接觸點到它的垂直位置的轉(zhuǎn)角； (5) -速度比值為0.22； B-滾刷的清掃寬度0.55m； 計算得出 根據(jù)清掃機上刷苗數(shù)合理分布和安排以及實際情況，取Z=450; 可計算形變刷苗給路面的壓力為 (6) 所以可得 已知滾刷轉(zhuǎn)速為n=62.5r/min，可計算 (7) 因此，刷苗變形所消耗的功率為 (8) 計算克服空氣阻力所消耗的功率為 克服垃圾與上料板的摩擦阻力所需的功率為 (9) 提升垃圾所消耗的功率太小可忽略不計。 而清掃輪消耗功率N基本由下面幾個部分組成：與地面摩擦用的功率，形變所用的功率，空氣阻力所需的功率,上料板與垃圾摩擦所消耗的功率，垃圾被提升所消耗的功率[8]。 所以清掃部分所消耗的總功率為： 2.4.6垃圾收集轉(zhuǎn)運的設(shè)計 傳送帶寬幅：550mm 小齒輪分度圓直徑：50mm 大齒輪分度圓直徑：250mm 小齒輪齒數(shù)：20 大齒輪齒數(shù)：100 齒輪模數(shù)：2.5mm 滾輪外經(jīng)：160mm 滾輪轉(zhuǎn)速：100r/min 輸送帶所需功率計算： 設(shè)定任何時間段垃圾輸送帶上的垃圾質(zhì)量m=5kg，傳送帶的線速度為 [5] 則輸送帶所需功率為 (10) 2.4.7 動力匹配 （1）電動機的選擇 由以上計算可知清掃機所需要的功率為 [9] 電動機結(jié)構(gòu)形式及類型根據(jù)工作需要、載荷大小以及電源有很多種類之分；但蓄電池常常與步進電機以及直流電機搭配使用。 步進電機有很多優(yōu)點：如優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應；沒有電刷，可靠性高，壽命僅取決于軸承壽命；由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。當然步進電機也有其缺點：如超過負載時會破壞同步，高速工作時會發(fā)出振動和噪聲；難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩；在體積重量方面沒有優(yōu)勢，且能源利用率低。 直流電機調(diào)速性能優(yōu)越，易平滑調(diào)速，這個是交流電機無法取代的；直流電動機過載能力較強，熱動和制動轉(zhuǎn)矩較大。雖然直流電機也有換向困難，會產(chǎn)生火花，壽命短等缺點，但清掃機多在室內(nèi)環(huán)境下工作，要求控制較簡單，運行平穩(wěn)，因此選擇直流電動機[10]。 選定ZYT系列直流永磁電機為動力源[11]。 電機型號：110ZYT103;額定功率：;電壓： 扭矩：;轉(zhuǎn)速： （2）電池的選擇 電源選擇鉛酸蓄電池串聯(lián)，開關(guān)裝在扶手旁邊容易摸到的地方。 3 操作系統(tǒng)及主要部件的設(shè)計與計算 3.1 清掃滾筒傳動設(shè)計 方案一 圖4 垃圾清掃機傳動方案一 Fig.4 The first transmission scheme 方案二 圖5 垃圾清掃機傳動方案二 Fig.5 The second transmission scheme 由以上兩個方案可知，根據(jù)清掃機清掃時的實際情況，選用方案二更加合理恰當。因為摩擦式帶傳動有彈性滑動，不能用于分度系統(tǒng)；摩擦易起電，不宜用于易燃易爆場合。軸與軸承受力較大，帶傳動壽命較短[5]。而鏈傳動平均傳動比為常數(shù)，鏈條元件間形成的油膜有吸振能力，對惡劣環(huán)境有較強的適應能力，工作可靠，軸上載荷較小。所以選擇方案二更合理[12]。 3.2 確定主要參數(shù)及各級傳動比 3.2.1 傳動比設(shè)定 第一級傳動比 第二級傳動比 第三級傳動比 上滾輪軸齒輪傳動比 3.2.2 計算各軸轉(zhuǎn)速 第一級從動軸 第二級從動軸 第三級從動軸 上滾輪軸 3.2.3 計算各軸轉(zhuǎn)矩 根據(jù)《機械設(shè)計》（第八版，濮良貴、紀名剛主編，高等教育出版社，以下所用到的相關(guān)公式及表格均出自本書）[12] 141面表2： 帶傳遞效率==96％ 鏈傳遞效率=97％ 齒輪傳遞效率=93％ 所以有： 第一級從動軸 第二級從動軸 第三級從動軸 上滾輪軸 3.2.4 各軸功率計算 第一級從動軸 第二級從動軸 第三級從動軸 上滾輪軸 3.3 主要工作零部件的設(shè)計計算 3.3.1 第一級傳動帶輪設(shè)計 已知電機額定功率，轉(zhuǎn)速，第一級傳動比, 設(shè)定連續(xù)工作8小時。 （1）確定計算功率 根據(jù)《機械設(shè)計》（第八版，濮良貴、紀名剛主編，高等教育出版社，以下所用到的相關(guān)公式及表格均出自本書） 表8-7查得工作情況系數(shù)，故計算 (11) （2）選取V帶帶型 根據(jù)，由圖8-11選用Z型 （3）確定帶輪的基準直徑并驗算帶速 由查表8-6，表8-8,取小帶輪基準直徑 從動輪基準直徑 根據(jù)表8-8，圓整為315mm 驗算帶的速度 (12) 故帶速合適 (4)確定V帶的基準長度和傳動中心距 根據(jù)公式(8-20），初定中心距。 計算帶所需基準長度 (13) 由表8-2選取帶的基準長度 計算實際中心距為 (14) （5）驗算小帶輪上的包角 (15) 小帶輪上的包角合適 （6）計算V帶的根數(shù)z 查表8-4a，表8-4b分別得到， 查表8-5，表8-2分別得到，。計算單根V帶的功率為 (16) 計算V帶根數(shù) (17) 取Z=2。 （7）計算單根V帶的初始拉力的最小值 由表8-3得Z型V帶單位長度質(zhì)量，所以計算得 (18) 實際初拉力 （8）計算軸上的壓軸力 壓軸力最小值為 (19) 3.3.2 第二級傳動帶輪設(shè)計 已知功率，轉(zhuǎn)速，第二級傳動比4，設(shè)定連續(xù)工作8小時。 （1）確定計算功率 根據(jù)《機械設(shè)計》（第八版，濮良貴、紀名剛主編，高等教育出版社，以下所用到的相關(guān)公式及表格均出自本書）[12] 表8-7查得工作情況系數(shù)，故計算 （2）選取V帶帶型 根據(jù)，由圖8-11選用Z型 （3）確定帶輪的基準直徑并驗算帶速 查表8-6，表8-8,取小帶輪基準直徑 從動輪基準直徑 根據(jù)表8-8，圓整為315mm 驗算帶的速度 故帶速合適 (4)確定V帶的基準長度和傳動中心距 根據(jù)式（8-20），初定中心距。 計算帶所需基準長度 有表8-2選取帶的基準長度 計算實際中心距a （5）驗算小帶輪上的包角 小帶輪上的包角合適 （6）計算V帶的根數(shù)z 查表8-4a，表8-4b分別得到， 查表8-5，表8-2分別得到，。計算單根V帶的功率為 計算V帶根數(shù) ，取z=2 （7）計算單根V帶的初始拉力的最小值 由表8-3得Z型V帶單位長度質(zhì)量，所以計算得 應使帶的實際初拉力 （8）計算軸上的壓軸力 壓軸力最小值為 3.3.3 第三級傳動鏈傳動設(shè)計 （1）選擇鏈輪齒數(shù) 取小鏈輪齒數(shù)，大鏈輪的齒數(shù) （2）確定計算功率 根據(jù)《機械設(shè)計》（第八版，濮良貴、紀名剛主編，高等教育出版社，以下所用到的相關(guān)公式及表格均出自本書）[12]表9-6查得，由圖9-13查得，單排鏈，則計算功率為 （3）鏈條型號與節(jié)距的選擇 查圖9-11，可選08A鏈條，查表9-1得鏈條節(jié)距為 （4）計算鏈節(jié)數(shù)和中心距 初選中心距 (20) 取，相應的鏈長節(jié)數(shù)為 (21) 取鏈節(jié)數(shù)節(jié) 查表9-7得到中心距計算系數(shù)，則鏈傳動最大中心距為 (22) （5）計算鏈速V，確定潤滑方式 (23) 由和鏈號08A，查圖9-14可知應采用定期人工潤滑 （6）計算壓軸力 有效圓周力為 (24) 鏈輪水平布置時壓軸力系數(shù)，則壓軸力為 (25) 3.3.4 齒輪傳動的設(shè)計 （1）選定齒輪類型、精度等級、材料 又由于輸送帶為一般工作構(gòu)件，速度要求不高，軸向載荷不大，故選用7級精度（GB10095-88）直齒圓柱齒輪傳動。 根據(jù)《機械設(shè)計》（第八版，濮良貴、紀名剛主編，高等教育出版社，以下所用到的相關(guān)公式及表格均出自本書）[12] 表10-1選擇大小齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為217～255HBS,取硬度為240HBS 選擇小齒輪齒數(shù),大齒輪齒數(shù) （2）按齒面接觸強度設(shè)計 選定載荷系數(shù) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 (26) 壓軸力Fp=2Z(Fo)min=2×20×5.6=224N 由表10-7選取齒寬系數(shù) 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 由圖10-21d按齒面硬度查得大小齒輪的接觸疲勞強度極限為 由式10-13計算應力循環(huán)次數(shù)為 (27) 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) 計算接觸疲勞許用應力，取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由式10-12得 (28) 計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 (29) 計算圓周速度v 計算齒寬 計算模數(shù) 計算齒高 計算齒寬與齒高之比為 (30) 計算載荷系數(shù) 由圖10-8查得動載系數(shù)，直齒輪， 由表10-2查得使用系數(shù) 由表10-4用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時，,查圖10-13得 故載荷系數(shù)為 (31) 按實際的載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑，由式10-10a得 (32) 計算模數(shù) （3）按齒根彎曲強度設(shè)計 由圖10-20c查得大小齒輪的彎曲疲勞強度極限為 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) 計算彎曲疲勞許用應力，取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式10-12得 (33) 計算載荷系數(shù) 由表10-5查得齒形系數(shù) 由表10-5查取應力校正系數(shù) 計算大小齒輪的，并加以比較 (34) 小齒輪的數(shù)值大 計算模數(shù) (35) 綜合齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)與齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，根據(jù)模數(shù)系列值以及清掃機實際取 （4）幾何尺寸計算 分度圓直徑計算 中心距計算 計算齒輪寬度 根據(jù)清掃機實際取 ， 4 主要受力零件的強度或壽命校核計算 4.1 軸的設(shè)計計算及校核 4.1.1 第一級從動軸設(shè)計計算及校核 （1）初步確定軸的最小直徑 先根據(jù)《機械設(shè)計》（第八版，濮良貴、紀名剛主編，高等教育出版社，以下所用到的相關(guān)公式及表格均出自本書）[12] 式15-2初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取，于是得 (36) 為了保證系統(tǒng)的強度與運動平穩(wěn)，取軸的最小直徑為28mm （2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖6 第一級從動軸的結(jié)構(gòu)圖 Fig.6 The sketch map of the first level driven shaft （3） 求軸上的載荷 作為簡支梁的軸的支承跨距且，。 首先對軸進行平衡分析： 力平衡： F1+F3=224+105.5+105.5 力矩平衡： 224×L1+105.5×（L1+L2+L3）+105.5×（L1+L2+L3+L4）=F3(L1+L2) 解方程組得 F1=16N ；F3=419N ； 力F2所在截面所受彎矩： M12= F1×L1=16×65=10216N·mm 力F3所在截面所受彎矩： M23= F1×(L1+L2)-224L2 =2728 N·mm 力F4所在截面所受彎矩： M34= F1×（L1+L2+L3）-224（L2+L3）+ F3×L3 =10429.5 N·mm 由以上計算結(jié)果做出軸的彎矩圖和扭矩圖如下： 從彎扭矩圖可以看出力F4所在截面為危險截面。 圖7 第一級從動軸的載荷分析圖 Fig.7 The load analysis chart of the first level driven shaft （4）按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩截面（及危險截面）的強度。根據(jù)式（15-5）及上表中的數(shù)值，并取a=0.3，軸的計算應力 (37) 目前已選擇軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，由表15-1查得。因此，故安全。 （5）精確校核軸的疲勞強度 判斷危險截面 從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，L3與L4段的截面處引起的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，L1段得右截面不受扭矩作用，截面L3、L4的應力最大。 校核L3段得右截面 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) L3段右截面的彎矩M為 截面的扭矩為 截面上的彎曲應力 (38) 截面上的扭轉(zhuǎn)切應力 (39) 軸的材料為45鋼，調(diào)制處理。由表15-1查得, 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)以及的值可以按照附表3-2查取。因 ,經(jīng)插值法可查得： ； ； 又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為： ； ； 故有效集中系數(shù)按式（附表3-4）為 (40) (41) 由附圖3-2的尺寸系數(shù)；由附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。 軸按照車加工，由附表3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為： 軸未經(jīng)過強化處理，即則按式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為 (42) (43) 又由§3-1及§3-2得碳鋼的特性系數(shù)為 ； ； 于是，計算安全系數(shù)值，按式（15-6）~（15-8）則得 (44) (45) (46) 故可知其安全。 4.1.2 第二級從動軸設(shè)計計算及校核 （1）初步確定軸的最小直徑 先根據(jù)《機械設(shè)計》（第八版，濮良貴、紀名剛主編，高等教育出版社，以下所用到的相關(guān)公式及表格均出自本書）[12] 式15-2初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取，于是得 為了保證系統(tǒng)的強度與運動平穩(wěn)，所以一般把軸的最小直徑取大一點點，取軸的最小直徑為28mm。 （2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖8 第二級從動軸的結(jié)構(gòu)示意圖 Fig.8 The sketch map of the second level driven shaft （3） 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖。作為簡支梁的軸的支承跨距，，根據(jù)軸的簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖，具體情況見圖9。 首先對軸進行平衡分析： 力平衡： F1+F3=606+261.5 力矩平衡： 606×L1+261.5×（L1+L2+L3）=F3(L1+L2) 解方程組得 F1=28.5N ； F3=838N ； 力F2所在截面所受彎矩： M12= F1×L1=28.5×639.5=18225.75N·mm 力F3所在截面所受彎矩： M23= F1×(L1+L2)-606L2 =-2528.25 N·mm 由以上計算結(jié)果做出軸的彎矩圖和扭矩圖如下： 圖9 第二級從動軸的載荷分析圖 Fig.9 The load analysis chart of the second level driven shaft 從軸的彎矩和扭矩圖中可以看出在第二級從動軸上F2所在的截面是軸的危險截面。 （4）按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩截面（及危險截面）的強度。根據(jù)式（15-5）及上表中的數(shù)值，并取a=0.3，軸的計算應力 目前已選擇軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，由表15-1查得。因此，故安全。 （5）精確校核軸的疲勞強度 判斷危險截面 從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，L3與L4段的截面處引起的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，L1段得右截面不受扭矩作用，截面L3、L4的應力最大。 校核L3段得右截面 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) L3段右截面的彎矩M為 截面的扭矩為 截面上的彎曲應力 截面上的扭轉(zhuǎn)切應力 軸的材料為45鋼，調(diào)制處理。由表15-1查得, 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按照附表3-2查取。因,經(jīng)插值法可查得 , 又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為 , 故有效集中系數(shù)按式（附表3-4）為 由附圖3-2的尺寸系數(shù)；由附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。 軸按照車加工，由附表3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為 軸未經(jīng)過強化處理，即則按式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為 又由§3-1及§3-2得碳鋼的特性系數(shù)為 于是，計算安全系數(shù)值，按式（15-6）~（15-8）則得 故可知其安全。 4.2 軸承的設(shè)計計算及其校核 4.2.1 第一級從動軸軸承設(shè)計計算及其校核 已知清掃軸的徑向載荷和軸向載荷可以忽略不計，又帶輪的壓軸力,軸向力，軸承轉(zhuǎn)速，裝軸承處的軸徑可在28～40mm范圍內(nèi)選取，運轉(zhuǎn)有輕微沖擊看， 表13-3選擇預期使用壽命[13]。根據(jù)工作條件選取深溝球軸承。 （1）求比值 (47) 根據(jù)參考文獻13-5，。 （2）初步計算當量動載荷P, 根據(jù)《機械設(shè)計》（第八版，濮良貴、紀名剛主編，高等教育出版社，以下所用到的相關(guān)公式及表格均出自本書）[12]式（13-8a） 按照表13-6， ，按照表13-5， (48) （3）根據(jù)式13-6，求軸承應有的基本額定動載荷值 (49) 按照手冊選擇的6006軸承[11]。此軸承的基本額定靜載荷，驗算如下 根據(jù)式13-5 (50) 即高于預期計算軸承壽命，故滿足要求。軸承內(nèi)徑,外經(jīng)。 4.2.2 第二級從動軸軸承設(shè)計計算及其校核 已知清掃軸的徑向載荷和軸向載荷可以忽略不計，又鏈輪和帶輪壓軸力,軸向力，軸承轉(zhuǎn)速，裝軸承處的軸徑可在28~40mm范圍內(nèi)選取，運轉(zhuǎn)有輕微沖擊看，預期使用壽命。根據(jù)工作條件選取深溝球軸承。 （1）求比值 根據(jù)表13-5，。 （2）初步計算當量動載荷P,根據(jù)式（13-8a） 按照表13-6， ，按照表13-5， （3）根據(jù)式13-6，求軸承應有的基本額定動載荷值 按照手冊選擇的6006軸承[22]。此軸承的基本額定靜載荷，驗算如下 根據(jù)式13-5 即高于預期計算軸承壽命，故滿足要求。軸承內(nèi)徑,外經(jīng)。 4.2.3 第三級從動軸軸承的設(shè)計計算及其校核 已知清掃軸的徑向載荷和軸向載荷可以忽略不計，又鏈輪的壓軸力,軸向力，軸承轉(zhuǎn)速，裝軸承處的軸徑可在28~40mm范圍內(nèi)選取，運轉(zhuǎn)有輕微沖擊看，預期使用壽命。根據(jù)工作條件選取深溝球軸承。 （1）求比值 根據(jù)表13-5，。 （2）初步計算當量動載荷P,根據(jù)式（13-8a） 按照表13-6， ，按照表13-5， （3）根據(jù)式13-6，求軸承應有的基本額定動載荷值 按照手冊選擇的6006軸承[22]。此軸承的基本額定靜載荷，驗算如下 根據(jù)式13-5 即高于預期計算軸承壽命，故滿足要求。軸承內(nèi)徑,外經(jīng)。 4.3 鍵的設(shè)計計算及校核 4.3.1 第一級從動軸上聯(lián)接鍵的校核 鍵、軸的材料都是鋼，由表6-2查得許用應力為[]=100~120MPa，取其平均值為[]=110MPa。 齒輪與軸聯(lián)接處得軸徑為，，，由前面軸設(shè)計可知選用A型平鍵，鍵的尺寸為，鍵長為L=25mm，鍵的工作長度為，鍵與輪轂鍵槽接觸高度，根據(jù)公式參考文獻式6-1可得 <(合適) (51) 帶輪與軸聯(lián)接處得軸徑為，，，由前面軸設(shè)計可知選用A型平鍵，鍵的尺寸為，鍵長為L=50mm，鍵的工作長度為，鍵與輪轂鍵槽接觸高度，根據(jù)公式參考文獻式6-1可得 <(合適) 4.3.2 第二級從動軸上聯(lián)接鍵的校核 鍵、軸的材料都是鋼，由表6-2查得許用應力為[]=100~120MPa，取其平均值為[]=110MPa[14]。 鏈輪與軸聯(lián)接處得軸徑為，，，由前面軸設(shè)計可知選用A型平鍵，鍵的尺寸為，鍵長為L=25mm，鍵的工作長度為，鍵與輪轂鍵槽接觸高度，根據(jù)式6-1可得 <(合適) 帶輪與軸聯(lián)接處得軸徑為，，，由前面軸設(shè)計可知選用A型平鍵，鍵的尺寸為，鍵長為L=25mm，鍵的工作長度為，鍵與輪轂鍵槽接觸高度，根據(jù)式6-1可得 <(合適) 4.3.3 第三級從動軸上聯(lián)接鍵的校核 鍵、軸的材料都是鋼，由表6-2查得許用應力為[]=100~120MPa，取其平均值為[]=110MPa[14]。 鏈輪與軸聯(lián)接處得軸徑為，，，由前面軸設(shè)計可知選用A型平鍵，鍵的尺寸為，鍵長為L=25mm，鍵的工作長度為，鍵與輪轂鍵槽接觸高度，根據(jù)式6-1可得 <(合適) 4.3.4 上滾輪軸聯(lián)接鍵的校核 鍵、軸的材料都是鋼，由表6-2查得許用應力為[]=100~120MPa，取其平均值為[]=110MPa。 齒輪與軸聯(lián)接處得軸徑為，，，由前面軸設(shè)計可知選用A型平鍵，鍵的尺寸為，鍵長為L=25mm，鍵的工作長度為，鍵與輪轂鍵槽接觸高度，根據(jù)公式參考文獻[15]表6-1可得 <(合適) 5 結(jié)論 5.1 維護和保養(yǎng) （1） 為了防止鏈條和齒輪磨損、失效，要定期對鏈條和齒輪進行人工潤滑和檢查； （2）為了保證清掃干凈、徹底，要不定期的對刷毛的磨損情況進行檢查，并及時調(diào)節(jié)刷毛與地面的接觸長度。 5.2 主要優(yōu)點 （1） 設(shè)計的清掃機操作靈活方便，輕便且結(jié)構(gòu)簡單，極易保養(yǎng)和維修； （2）清掃滾筒由鏈輪驅(qū)動，能在油膩和潮濕的環(huán)境下正常工作； （3）機器清掃能力強、效率高，能夠?qū)覊m、樹葉、紙屑等日常垃圾進行有效地清掃； （4）由電瓶供電的直流電機作為動力能源，環(huán)保，綠色無污染。 5.3 有待改進的地方 （1）在機架空間空余較大的地方可設(shè)計一個工具箱用來放置一些常用清掃工具，以便在清掃機不能有效清掃的情況下使用備用清掃工具進行清掃； （2）機械零部件的布置還可以緊湊一些，尺寸可以縮小一些，減少機器本身的重量，降低機器對操作人員的要求。機架連接處可以采用弧形連接，避免方塊尖銳棱角。 6 設(shè)計心得 我認為我的這次道路垃圾清掃機設(shè)計是我大學里專業(yè)學習收獲最多的一次，在設(shè)計中我系統(tǒng)得復習了許多以前的知識，對我知識體系的鞏固和升華有很大的作用。另一方面，這次設(shè)計也使我深刻認識