家用掃地機的設計

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編號： 本科畢業(yè)設計（論文）題目：家用掃地機設計Design of household cleaning machine下屬學院 理工學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 學 號 姓 名 指導教師 完成日期 年 4 月 9 日- 2 -摘 要【摘要】隨著人們生活水平的提高，越來越多的人由于生活壓力的增加而不愿過多的做一些家中的清潔工作，所以本設計是為了幫著人們從一些繁雜的家務事中解脫出來，去做相對更重要的事情。本次設計的是一款在一般家庭中能幫著清掃地面衛(wèi)生的家用掃地機。本文主要是對家用掃地機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設計，具體有行走機構(gòu)、清掃機構(gòu)、吸塵機構(gòu)、垃圾存儲機構(gòu)的設計，通過對各種結(jié)構(gòu)中的各種方案進行對比分析，從中選取一種最適合本次設計的結(jié)構(gòu)，再對各個結(jié)構(gòu)中的一些零件進行選擇和校核，同時也對各部分機構(gòu)進行了材料的選擇，最終完成了本次設計?！娟P鍵詞】家用掃地機；清掃機構(gòu)；吸塵機構(gòu)Abstract【ABSTRACT】Enter since twenty-first Century, with the rapid development of science and technology gradually, intelligent robot has become a research topic. Among them, the intelligent robot service type is a hot topic in the research project. Therefore, summarizes several reasons of service robots appear: one is the rise in labor costs, many enterprises are unable to find suitable workers, therefore appeared different degree of labor shortage; two is the people's living standard improves, more and more people are willing to spend money to buy intelligent robot to help with housework at home; three is now more and more young people to live in the hard, have no time to care for the elderly, and the old man's demand for service robots and young people to take better care of them, which will give service robot very good market prospects. This design is to design a small, convenient. Intelligent household sweeper.【KEYWORDS】 Household sweeper; sweeping mechanism; suction mechanism- 4 -目 錄1 設計的目的和要求 11.1 家用掃地機設計的目的 .11.2 家用掃地機的要求 .12 家用掃地機的機械設計 32.1 機械結(jié)構(gòu)的組成 .33 家用掃地機的總體設計 53.1 家用掃地機的總體設計 .53.2 家用掃地機的行走機構(gòu)設計 .53.3 家用掃地機的清掃機構(gòu)設計 .83.4 家用掃地機的吸塵機構(gòu)設計 .123.5 家用掃地機的垃圾存儲機構(gòu)設計 .124 設計參數(shù)的計算 134.1 驅(qū)動輪上的電機的選擇 .134.2 清掃機構(gòu)中的電機的選擇 .144.3 蝸輪蝸桿的選擇計算 .154.3.1 選擇蝸桿傳動類型 154.3.2 選擇蝸桿蝸輪的材料 154.3.3 按齒面接觸疲勞強度進行設計 154.3.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)及幾何尺寸 164.3.5 校核齒根彎曲疲勞強度 174.3.6 驗算效率 18?4.4 帶傳動設計 .184.4.1 V 帶的選擇 .184.4.2 初選小帶輪的基本直徑 194.4.3 確定 V 帶的中心距 a 和基準長度 .194.4.4 驗算小帶輪上的包角 191?4.4.5 計算 V 帶的根數(shù) Z .204.4.6 計算單根 V 帶的初拉力的最小 .20min0F）（4.4.7 計算壓力軸 204.5 清掃軸的基本參數(shù)計算 .204.5.1 求軸上的功率 P、轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T .214.5.2 初步確定軸的最小直徑 214.5.3 軸的結(jié)構(gòu)設計 214.6 蝸桿軸上的軸承校核 .214.6.1 蝸桿軸上承受的力 224.6.2 查取參數(shù) 234.6.3 計算滾動軸承的當量動載荷 234.6.4 計算軸承壽命 235 總結(jié)和展望 245.1 總結(jié) .245.2 展望 .25參考文獻 27致謝 28附錄 29家用掃地機設計- 6 -1 設計的目的和要求1.1 家用掃地機設計的目的隨著人們的生活水平的提高，更多的人愿意花錢去買機器人來幫忙干繁重的家務，并且現(xiàn)在一般的地面沒過幾天就會在表面出現(xiàn)一層灰塵，這就要求人們時常地清理地面衛(wèi)生，但如今的人們都在為了生活打拼，都沒有太多的時間去清掃自己的家庭衛(wèi)生，因此，本次課題的提出就是為了解決這樣的問題來緩解人們的生活壓力。1.2 家用掃地機的要求本文的目的是開發(fā)一種能大面積清掃，以充分滿足大多數(shù)家庭的要求，但也需要方便、實用的家用掃地機。使其能夠完全替代傳統(tǒng)的家庭人工清洗方法，能有更加舒適的家庭環(huán)境和生活。本次課題主要是在想寬 400mm 左右，高 100mm 左右的空間里設計一款包括清掃機構(gòu)，行走機構(gòu)，吸塵機構(gòu)，垃圾存儲機構(gòu)的智能家用掃地機。其中本次設計的重中之重是清掃機構(gòu)。而且這些機構(gòu)的布置也是一個難點。要考慮到安排的合理性，但也要考慮到清掃的全面性。2 家用掃地機的機械設計2.1 機械結(jié)構(gòu)的組成本次設計主要目的是結(jié)構(gòu)簡單、靈活，控制方便，易于實現(xiàn)的半自動或全自動的家用掃地機。掃地機作為一個整體主要有兩個部分組成，即機械部分和控制系統(tǒng)。機械部分包括掃地機的整體外殼、兩個驅(qū)動輪和一個萬向輪。掃地機的整體外觀類似于如圖 2-1 所示圖 2-1 家用掃地機此次設計的家用掃地機的結(jié)構(gòu)主要有以下幾部分：- 7 -（1）兩個驅(qū)動輪和驅(qū)動電機。這個部分主要是能確保掃地機能夠在地面上移動。兩個驅(qū)動輪和前面的萬向輪形成一個三點成面的形狀，來執(zhí)行掃地機的移動。（2）清掃結(jié)構(gòu)。兩個電機帶動的清掃刷分別進行順逆時針旋轉(zhuǎn)，這樣就可以將灰塵清掃到吸塵口處達到清掃目的；（3）吸塵結(jié)構(gòu)。由風扇產(chǎn)生強大的吸力，灰塵被吸入垃圾存儲室中；（4）垃圾存儲機構(gòu)。通過吸塵機構(gòu)的風扇的吸力將垃圾存放在垃圾存儲機構(gòu)中。圖 2-2 家用掃地機的機械結(jié)構(gòu)示意圖家用掃地機設計- 8 -3 家用掃地機的總體設計3.1 家用掃地機的總體設計此次設計的家用掃地機包括清掃機構(gòu)、行走機構(gòu)、吸塵機構(gòu)、垃圾存儲機構(gòu)，其中最重要的結(jié)構(gòu)是清掃機構(gòu)。通過查閱相關資料，起初想把掃地機的外形設計為長方形，這樣便于各種機構(gòu)的放置。但后來在設計的時候發(fā)現(xiàn)長方形有很多不便之處，當碰到有棱角的家具時，家用掃地機就很難旋轉(zhuǎn)躲開這些棱角，而圓形的外形就比較容易避開這些有棱角的家具?？紤]到這些于是就將家用掃地機的外形定為圓形，其外形大體如圖 3-1：圖 3-1 家用掃地機的外形示意圖3.2 家用掃地機的行走機構(gòu)設計行走機構(gòu)是其他機構(gòu)的載體，如圖 3-2 所示，移動機器人的行走機構(gòu)按照結(jié)構(gòu)可以分為輪式、履帶式和步行式等。輪式和履帶式的結(jié)構(gòu)更適合在條件好的地面上行走，而步行的結(jié)構(gòu)則更適合在條件較差的路面行走。而本課題研制的家用掃地機的工作環(huán)境在室內(nèi)，所以可以采用輪式或者履帶式結(jié)構(gòu)，但履帶式結(jié)構(gòu)所占的空間太大，因此采用輪式移動機構(gòu)較為適合。- 9 -圖 3-3 輪式、履帶式和步行式移動機器人通過查閱相關資料得知輪式移動機器人具有三輪、四輪和六輪的結(jié)構(gòu)形式，而家用掃地機若采用三輪結(jié)構(gòu)則相對來說設計比較簡單，同時也能滿足這次體積不宜過大的要求，而且在產(chǎn)品中應用范圍也比較廣泛；而四輪結(jié)構(gòu)雖然有好的穩(wěn)定性和不錯的承載能力，但結(jié)構(gòu)相對復雜，設計也比較麻煩，最主要的是沒有這么大的空間去容納；六輪結(jié)構(gòu)與四輪結(jié)構(gòu)差不多，都有很好的承載能力和穩(wěn)定性，但還是因為其結(jié)構(gòu)的體積大而不能采用。在本課題中，家用掃地機的重量不是很大，工作環(huán)境一般只在室內(nèi)，地面條件也比較好，一般三點就能確定一個平面，而且理論上也是穩(wěn)定的，所以采用三輪結(jié)構(gòu)比較合適。三輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)的實現(xiàn)方式通常有兩種：（1）三輪鉸軸轉(zhuǎn)向式：如圖 3-4 所示，轉(zhuǎn)向輪裝在轉(zhuǎn)向鉸軸上，若輪 1 作為鉸軸轉(zhuǎn)向輪，通過電機來控制鉸軸帶動輪 1 轉(zhuǎn)動，輪 2 和輪 3 作為從動輪，這樣就可以控制家用掃地機的轉(zhuǎn)向。若輪 1 不作為驅(qū)動輪，那可以選擇輪 2 或者輪 3 作為驅(qū)動輪。圖 3-4 三輪鉸軸轉(zhuǎn)向式（2）差速轉(zhuǎn)向式：將兩個電機分別裝在后面的兩個驅(qū)動輪上，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來控制兩個驅(qū)動輪的速度來實現(xiàn)家用掃地機的轉(zhuǎn)向。家用掃地機若采用鉸軸轉(zhuǎn)向式雖然控制實現(xiàn)起來簡單，但要清掃的地方不是很容易控制，很容易造成一些地方忽略清掃；差速轉(zhuǎn)向式控制相對復雜但清掃的更仔細?？紤]到家用掃地機是在家庭中使用，將會面對著各種家具和地面情況，所以為了更好地適應家庭地面環(huán)境，所以需要精度高點。因此采用差速轉(zhuǎn)向式更能提高家用掃地機的性能。行走機構(gòu)示意圖如圖 3-5 所示：家用掃地機設計- 10 -圖 3-5 行走機構(gòu)示意圖按照上述的行走機構(gòu)的示意圖，家用掃地機采用兩個直流電機獨自帶動左右兩輪的差速轉(zhuǎn)動方式，可以實現(xiàn)家用掃地機的前進、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、后退和調(diào)頭等功能，而且可以運動到任何地方。3.3 家用掃地機的清掃機構(gòu)設計清掃機構(gòu)是這次家用掃地機機構(gòu)設計中的重中之重，這直接關系到家用掃地機結(jié)構(gòu)的總體布局、壽命和實用性，因此清掃機構(gòu)要設計的相對合理可行。在清掃機構(gòu)的傳動方式的設計過程中主要提出了五種方案：（1）電機通過減速器帶動直齒輪 1 轉(zhuǎn)動，直齒輪 1 帶動與之相配對的直齒輪 2，然后連接直齒輪 2 的軸直接帶動清潔刷子進行清掃：- 11 -圖 3-6 方案一示意圖（2）電機通過減速器帶動斜齒輪 1 轉(zhuǎn)動，斜齒輪 1 帶動與之相配對的斜齒輪 2，然后連接斜齒輪 2 的軸直接帶動清潔刷子進行清掃：圖 3-7 方案二示意圖（3）電機通過減速器帶動錐齒輪 1 轉(zhuǎn)動，錐齒輪 1 帶動與之相配對的錐齒輪 2，然后連接錐齒輪 2 的軸直接帶動清潔刷子進行清掃：圖 3-8 方案三示意圖（4）電機通過聯(lián)軸器，聯(lián)軸器連接蝸桿，然后蝸桿帶動兩個蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪上的軸直接帶動刷子進行清掃：家用掃地機設計- 12 -圖 3-9 方案四示意圖（5）電機通過聯(lián)軸器與蝸桿連接，蝸桿帶動兩個渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪上的皮帶輪通過皮帶帶動另一個皮帶輪旋轉(zhuǎn)，另一個皮帶輪的軸接刷子進行清掃：圖 3-10 方案五示意圖由于設計的家用掃地機的工作環(huán)境是在一般家庭的室內(nèi)地面，所以要求其高度不能太高，自己設計了大概 100mm 高度，這樣能滿足大部分的室內(nèi)環(huán)境，而在其寬度和高度有限- 13 -的范圍內(nèi)要很好的放置行走機構(gòu)、清掃機構(gòu)、吸塵機構(gòu)和垃圾存儲機構(gòu)，同時還要放下電池等一些輔助功能的裝置，因此要求所設計的機構(gòu)都不宜過大。方案一雖然便于安裝，但傳動不夠平穩(wěn)，而且直齒輪所占的面積非常大，這樣就不能把全部的機構(gòu)放下了，因此放棄了這種方案；方案二中的斜齒輪和方案一的情況一樣，但穩(wěn)定性好了很多，并且占的空間很大，所以也舍棄了這種方案；方案三中的錐齒輪傳動沒有斜齒輪的傳動來的平穩(wěn)，同時錐齒輪所占的空間也是相當大的，而這次設計的家用掃地機的體積本身就不大，而且還要放置其他結(jié)構(gòu)，因此出于對家用掃地機的總體布局的考慮，又放棄了方案三；方案四中電機通過聯(lián)軸器帶動蝸桿傳動，再有蝸桿帶動兩端的蝸輪轉(zhuǎn)動，由蝸輪上的軸直接帶動刷子進行清掃。為了能夠使掃地機在家里的各種角落里都能刷到，同時它再清掃的過程中沒有工作盲區(qū)。起初打算是用兩個直徑都為 200mm 的刷子來進行清掃，但是這樣的話就需要蝸輪蝸桿之間的距離為 100mm，而在這種距離情況下，設計的蝸輪蝸桿的尺寸就會很大，這樣在總體的布局下雖然可以放得下，但是會加重了掃地機的總質(zhì)量，這樣就會比較耗電，壽命就不會很長了，而且傳動效率也不是很高了，因而這種方案就不是很合理；方案五是電機通過聯(lián)軸器連接蝸桿，蝸桿帶動蝸輪，蝸輪通過皮帶帶動兩邊的皮帶輪轉(zhuǎn)動，另一邊的皮帶輪上的軸帶動刷子進行房間的清掃，這種設計的好處在于能縮短蝸輪蝸桿的中心距，同時還能減輕掃地機的總質(zhì)量，也有利于其他的結(jié)構(gòu)的放置，因而方案五是最合適的，所以這個方案就作為這次設計的清掃機構(gòu)。3.4 家用掃地機的吸塵機構(gòu)設計吸塵機構(gòu)的設計是想將風扇固定在垃圾存儲室的上表面，然后在風扇外面套一個薄壁空腔，在薄壁空腔上面開一個圓孔，這樣就可以將風扇產(chǎn)生的熱量和幾個電機產(chǎn)生熱量一起散發(fā)到空氣當中。再將薄壁空腔固定在垃圾存儲室的上表面，在其上壁的下表面上固定一個過濾網(wǎng)來過濾灰塵。其工作過程是通過風扇轉(zhuǎn)動形成的吸力來吸引由刷子清掃引起的灰塵，未過濾的空氣通過過濾網(wǎng)將灰塵阻擋在了垃圾存儲室內(nèi)，而過濾了之后的干凈空氣則通過薄壁空腔上方的圓孔排到大氣當中去，這樣就實現(xiàn)了吸塵的目的了。其大體結(jié)構(gòu)如下圖：家用掃地機設計- 14 -圖 3-11 吸塵機構(gòu)示意圖3.5 家用掃地機的垃圾存儲機構(gòu)設計此次設計的主要方案是通過刷子將垃圾清掃到吸塵口，因為吸塵口的面積最小，吸力最強。當被吸進來的垃圾通過風扇的風力吸進垃圾存儲室內(nèi)時，由于空間的突然變大，吸力就會瞬間變小，于是垃圾由于其自身的重力而停留在了垃圾存儲室內(nèi)。當垃圾堆滿存儲室后，只要將垃圾存儲室拉出就可以倒出垃圾，使掃地機可以繼續(xù)的工作。又因為此次設計的家用掃地機的工作環(huán)境是在室內(nèi)，因此一般都是一些小型的垃圾，所以設計的垃圾存儲室也不需要太大的空間，這完全符合我們的設計要求，故采用這樣的方案作為家用掃地機的垃圾存儲室。最終設計的家用掃地機的總體布局如圖 3-12 所示：- 15 -圖 3-12 家用掃地機的總布局示意圖4 設計參數(shù)的計算4.1 驅(qū)動輪上的電機的選擇（1）初步估計掃地機的重量為 10 千克，g 取 9.8N/kg，所以 ，此次的NG98.10??機身有兩個驅(qū)動輪和一個萬向輪支撐著，所以分配到每個輪子上的力F7.32因為其輪子的材質(zhì)是橡膠，那按其在良好的路面上進行清掃工作，所以取 ，1??，則：滾動摩擦阻力1.0?? mNFMf ?????0327.1?滑動摩擦力 .732?由前面的掃地機的總體結(jié)構(gòu)布置發(fā)現(xiàn)家用掃地機的底盤應該要高于地面 10mm 左右，因此因此輪子的直徑 D 為 90mm，則 ，所以輪子在行走時所受到的阻力矩：mDR4521?NMRfTfw ?????? 180.37.0.73家用掃地機設計- 16 -（2）工作時要求的功率： ，其中wwnTP???950mNT??180.i/2.16.60160rDnw??????取 ，所以8.?WPw50.8.95.?電機需要的輸出功率： ，?d其中 8047.909732321 ?????1為彈性聯(lián)軸器傳動效率； 2為軸承傳動效率； 3?為齒輪嚙合的攢動效率。所以電機所需的輸出功率WPwd1.8047.5?（3）電機的選擇 考慮到家用掃地機的兩個驅(qū)動輪上的電機是要通過差速才能實現(xiàn)其轉(zhuǎn)彎的功能，所以這電機必須具備調(diào)速的功能，再由上述計算所得的電機輸出功率，通過在網(wǎng)上查到型號為 YCJT-6-1 的電機符合我們所設計的要求，輸出功率是 6W，調(diào)速范圍是 90r/min~1350r/min，已經(jīng)完全滿足我們的要求了，而且在滿足要求的同時，其安裝尺寸也是很小的，在總體布局下能安裝的下，所以選取此型號作為行走機構(gòu)的電機。4.2 清掃機構(gòu)中電機的選擇考慮到家用掃地機的工作環(huán)境是在室內(nèi)，因此沒有太大的垃圾需要處理，所以也就不需要刷子的旋轉(zhuǎn)速度過大，估計在在 3m/s~4m/s 的速度就可以實現(xiàn)清掃了，同時也可以將垃圾掃進垃圾存儲室內(nèi)了，而為了這次設計的相對簡單點，于是將皮帶輪的傳動比定為1：1，所以刷子的速度就是皮帶輪的速度，也是蝸輪的轉(zhuǎn)速，即 180r/min~210r/min，通過蝸輪蝸桿之間的傳動比可以知道蝸桿的轉(zhuǎn)速大概在 2610r/min~3045r/min 的范圍之內(nèi)。所以查閱相關資料得型號為 55SZ01 的電機滿足要求，其具體參數(shù)為：轉(zhuǎn)速 3000r/min，功率12W，尺寸又可以滿足我們的布局要求，所以決定它作為清掃機構(gòu)的動力源。4.3 蝸輪蝸桿的選擇計算此次設計的蝸輪蝸桿為清掃機構(gòu)的輸入部分，起到的作用不是減速作用，而是執(zhí)行的- 17 -作用，是整個設計中的重要組成部分。4.3.1 選擇蝸桿傳動類型根據(jù) GB/T10085-1988 的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）4.3.2 選擇蝸桿蝸輪的材料由于蝸桿傳動的功率并不是很大，于是選蝸桿的材料為 40Cr，表面淬火硬度45~50HRC，蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，金屬模鑄造。4.3.3 按齒面接觸疲勞強度進行設計根據(jù)蝸桿傳動的設計準則，首先是按齒面接觸疲勞強度來進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度是否滿足要求。由文獻[16]中式（11-12） ，傳動中心距：??322???????HEZKTa??（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2按 ，估取效率2?z 7684.09.08.????1222 /5 inPnP?式中 ， ， ， ，則WP12?7684.0?m/301r?5.4?mNinPnT ??? 21/07685.9/5.9. 61222（2）確定載荷系數(shù) K此次設計的是小型的設備，所以工作載荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù) ；由文1??K獻[16]中表 11-5 選取使用系數(shù) ；由于沖擊不大，可取動載系數(shù) ；則15.?A 05.v21.05.??vK?（3） 確定彈性影響系數(shù) EZ因選用的是鑄錫磷青銅和鋼蝸桿相配，故 ；2160MPaZE?（4） 確定接觸系數(shù) ?先假設蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距 的比值 ，從文獻[16]中圖 11-181da35.01d家用掃地機設計- 18 -可查得 ；9.2??Z（5）確定許用接觸應力 ??H?根據(jù)蝸輪的材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，可從文獻[16]中查得蝸輪的基本許用應力 ，MPaH268'?應力循環(huán)次數(shù) 72 102.305.14306???hLjnN壽命系數(shù) 867.38?HK所以 ????MPaHN274.0' ????（6） 計算中心距 ma9.127.16052.4.13 ?????????初步選取蝸輪蝸桿中心距為 50mm，因 ，故從文獻[16]中表 11-2 中取模5.412?i數(shù) ，蝸桿分度圓直徑 。此時 ，從文獻[16]中m8?d.1?48.0ad圖 11-18 查得接觸系數(shù) ，因為 ，因此上述計算結(jié)果可用。65.2'?Z?Z?'4.3.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)及幾何尺寸（1）蝸桿從文獻[16]中表 11-2 可以查得蝸桿分度圓導程角 ，“'29071???因為 ，1tandPza???所以軸向齒距 ；63.292071tan4.tn“'1 ??????za直徑系數(shù) ；2.?q齒頂圓直徑 ；mmhdaa 4.614.1 ??????齒根圓直徑 ；??cf 82??- 19 -蝸桿軸向齒厚 mSa14.32??（2） 蝸輪蝸輪齒數(shù) ；變位系數(shù) ；9122?iz 10.2??x驗算蝸輪蝸桿的傳動比 ，傳動比誤差為 ，是在允許5.412?zi 029??范圍內(nèi)；驗算中心距 ；??mzqa2.02?蝸輪分度圓直徑 ；d589???蝸輪喉圓直徑 ；haa6.122蝸輪齒根圓直徑 ；mff 3?蝸輪咽喉母圓半徑 drag.92?蝸輪齒寬 Ba8.175.0?4.3.5 校核齒根彎曲疲勞強度 ??FFaFYmdKT?????2153.當量齒數(shù) 8.6413.0cos932??zv根據(jù) ， ，從文獻[16]中圖 11-19 中可以查得齒形系數(shù)10.2??x8.642?vz；35.FaY螺旋角系數(shù) 928.014701“'???????Y許用彎曲應力 ??FNFK?'?從文獻[16]中表 11-8 查得由 ZCuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應力??MPaH56'??壽命系數(shù) 69.0172.396???FNK家用掃地機設計- 20 -??MPaF470.369.05?????FF ???683.228413彎曲強度是滿足要求的。4.3.6 驗算效率 ????v????tan96.0~5.已知 ； ； 與相對滑動速度 有關13.0??vvfarctn?ssmds /62.413.0co1604.23.os61 ??????從文獻[16]中表 11-18 用插值法查得 、7.vf 7v?所以 ??????84.03.10tan96.~5.0tan96.0~5. ?????v???得到的值大于原先估計的值，因此不用重算。4.4 帶傳動設計4.4.1 V 帶的選擇（1）傳動比 ,小帶輪轉(zhuǎn)速 1?i 1-1minr20n??（2）確定計算功率， 由文獻[16]表 8-7 可知，取 ，.?AKWPKA 37.9.072.dca ?（3）根據(jù) 查文獻[16]圖 8-1，可知此時皮帶可以選擇in/213.1rnwca?及Y 型帶。4.4.2 初選小帶輪的基本直徑（1）查文獻[16]表 8-6 和 P157 表 8-8，可得 m48din1?取小帶輪基本直徑 m48d1?- 21 -取大帶輪基本直徑 m4810id12???（2）驗算帶速 sndv /5./10648106????因為這個速度和刷子的速度相近，所以帶速合適。4.4.3 確定 V 帶的中心距 a 和基準長度（1）根據(jù)文獻[16]公式 8-20，初定中心距： ）（）（ d210d21a7.0???）（）（ 4848ma6. 0?初定中心距 m2.67a0?（2）計算帶所需的基準長度，參照文獻[16]m79.204)8)8(270a(aL2121d ??????（?dd由文獻[16]表 8-2，選帶的基準長度 5Ld0（3）計算實際中心距 m3.6927.-9.672-a0d0 ?????）（ L圓整為 =69mm。4.4.4 驗算小帶輪上的包角 1?00d1201 91863.574-8a3.57-8 ??????）（）（ ??4.4.5 計算 V 帶的根數(shù) Z（1）計算單根 V 帶的額定功率 rP家用掃地機設計- 22 -由 ，查文獻[17]，得minr210n 48d1??和 4.6wP0?由 ，查文獻[17]，得型 帶和和 Yii ?查文獻[16]得 （包角 ） Ka?81?由基準長度 和 Y 型帶，查文獻[17]得295Ld0?8.0KL?392w.1046.Pr ???????）（）（ L?計算帶的根數(shù)5.29.3710rPcaZ?圓整后取帶根數(shù)為 3 根。4.4.6 計算單根 V 帶的初拉力的最小 min0F）（由文獻[16]表 8-3 查得 Y 型帶的單位長度質(zhì)量 mkg0.2q?NZKP685.7.025.0317-.250v-.F2camin ??????）（ ）（）（ ?應使帶的實際初拉力 minF）（?4.4.7 計算壓力軸 NZ1.46280sin65.732iF1m0minP???????）（）（4.5 清掃軸的基本參數(shù)計算4.5.1 求軸上的功率 P、轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T， ，w41.9?mi/20rmN??404.5.2 初步確定軸的最小直徑根據(jù)文獻[16]表15-3，由于最小直徑處只受扭矩作用,取 ，根據(jù)文獻[16]公97A0?- 23 -式（15-2）于是得 m45.3210.97nPAd3301 ???圓整后軸最小直徑d=6mm4.5.3 軸的結(jié)構(gòu)設計1、擬訂軸上零件的裝配方案選用如下圖所示裝配方案2、根據(jù)軸向定位的要求初步確定軸的各段直徑和長度md10??ⅡⅠ m39??ⅡⅠL7ⅢⅡ ⅢⅡ9?ⅣⅢ 14?ⅣⅢmd21?ⅤⅣ mL8?ⅤⅣ7?ⅥⅤ 20?ⅥⅤ軸的 II-III 處套有軸承，故同時選取此處的軸承。因軸承受到的徑向作用比軸向作用大，故選用深溝球軸承，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 626 型號軸承，其尺寸為d×D×T=6mm×19mm×6mm。4.6 蝸桿軸上的軸承校核本次設計計算主要針對蝸桿軸上的軸承的校核，選用 626 型深溝球軸承，根據(jù)文獻[17]查得 ， ，2340NC?4.e5.1?Y4.6.1 蝸桿軸上承受的力 WP894.7.08211 ????家用掃地機設計- 24 -NdT51.02971tan8.2tanF4costcos0t.4.5312“'a 'r1t ???? ????? mPT ??.38.95095011受力分析圖如下所示：（1）計算軸的水平支反力 NFNHNH405.1.82-7361t2t1 ????（2） 計算軸的豎直支反力 NFdNVNVa58.046.-146.072.3.7236r2r1 ?????.1F2VHr?N22r24.6.2 查取參數(shù)由文獻[16]表13-7得： 32FrYd?所以 派生軸向力 N51.0492- 25 -由圖： 49.02.15.0. 12 ?????FdFad軸承1壓緊，軸承 2放松。??Na.a21?F490d?.69.048.12??eFra 4.032.5.12??er所以由文獻[16]表 13-5 查得： 0,156.2?YX4.6.3 計算深溝球軸承的當量動載荷軸承運轉(zhuǎn)中無沖擊載荷，按文獻[16]表13-6查得 取中間值2.1~pf，滾動軸承當量動載荷1.?pf )(YFaXrfP??所以 N20.1)5.04.156(.1 ???P42??4.6.4 計算軸承壽命對于圓錐滾子軸承 3??)(601PCnLh?所以 hLh 1036.4)2.1(30???對于軸承這種標準件，若在家用掃地機上長期工作，此軸承都可滿足壽命。5 總結(jié)和展望家用掃地機設計- 26 -5.1 總結(jié)本次主要設計的是家用掃地機的整體機械結(jié)構(gòu)部分，而家用掃地機本身包括了多個功能模塊，這些功能模塊之間相輔相成，共同作用，才保證了家用掃地機的順利工作。具體的工作過程如下：（1）首先可以使用家用掃地機的遙控器或者表面的手動模式來啟動家用掃地機，讓它開始進行清掃工作；（2）家用掃地機開始工作后，就可以使清掃機構(gòu)進行清掃，同時吸塵機構(gòu)也就開始吸塵。（3）當家用掃地機開始工作后，傳感器模塊就開始不斷的通過傳感器來收集家用掃地機的周邊環(huán)境，然后將信息送回中央處理器來進行分析和決定行走路線。（4）當碰到一些障礙物需要掃地機進行轉(zhuǎn)向的時候。中央處理器就會控制行走機構(gòu)中的電機的轉(zhuǎn)速，使兩電機有差速的時候?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向。（5）當垃圾存儲室內(nèi)的垃圾滿時，家用掃地機就會自動報警，我們只要從后部抽出垃圾存儲盒將垃圾倒掉之后就可以繼續(xù)工作。本次的設計在閱讀了大量相關資料，并且與指導老師經(jīng)過討論后，選擇制定了一個較為優(yōu)秀的方案，并完成了設計題目中的要求。主要設計內(nèi)容如下：1、準備工作。設計前充分了解了一些關于家用掃地機的概念和一些產(chǎn)品，以及家用掃地機的背景，并了解在設計家用掃地機過程中應注意的問題。2、擬訂設計方案。本次設計的主要是家用掃地機的機械結(jié)構(gòu)部分，其中包括行走機構(gòu)、清掃機構(gòu)、吸塵機構(gòu)和垃圾存儲機構(gòu)。其中清掃機構(gòu)的設計是重點也是難點，要完全考慮到整個家用掃地機的空間，因為這次設計的是在室內(nèi)工作的掃地機，其體積不能太大。根據(jù)查閱的參考資料家用掃地機的形狀多種多樣，但根據(jù)此次設計的家用掃地機的工作環(huán)境，于是就決定了圓盤形的掃地機作為此次設計的外形。這種外形的好處在于能夠全面的清掃整個家庭的地面衛(wèi)生。而在設計清掃機構(gòu)的時候也設計了很多種方案，通過比較它們之間的優(yōu)缺點，從中選擇了一種最合理的方案作為清掃機構(gòu)的主體部分。3、傳動機構(gòu)的計算。在設計過程中，也不斷地考慮了經(jīng)濟成本，在其總體尺寸、設備重量以及零部件的選擇設計上都下了些工夫。盡量減小重量，但又不能降低其機械強度。本裝置主要是蝸輪蝸桿傳動、電機與軸之間的傳動和皮帶輪之間的傳動，通過對相關機械產(chǎn)品以及參考書籍的了解查閱，合理的布置了各傳動在本裝置的位置。對于蝸輪蝸桿、皮帶輪等零件的設計均按照機械設計手冊的要求，計算其幾何尺寸，并校核。 - 27 -5.2 展望雖然現(xiàn)在市場上的很多家用吸塵器解決了很多人們的清掃工作，但大部分的吸塵器的噪音都很大，這使得人們在使用它的時候都不太舒服。而小型的家用掃地機則解決了這個大問題，同時還有一些高級的掃地機能進行半自動或者全自動操作，這就給人們解決了更大的問題。雖然在這方面有了一些突破性的進展，但成本高和許多更好的技術(shù)問題還是需要科研人員去解決的，主要有以下幾個方面：（1）目前，價格過高使得很多人都望而止步，所以得不到大范圍的推廣，因此為了大幅度降低其成本我們必須要利用現(xiàn)在的計算機技術(shù)進行簡化，最好能將價格控制在一個我們大部分家庭所能承受的范圍之內(nèi)。（2）目前的一些小型的家用掃地機雖然能做到清掃工作，但還不能進行深層的清掃，只能清掃一些顆粒物，而不能清掃地面上的污垢，所以這也是今后要改進的一個地方（3）目前的家用掃地機都需要充電來實現(xiàn)清掃，這就面臨著一個問題，充完電之后的使用時間的長短。當然我們希望是使用的時間能更長點，這樣就能清掃的面積更多點，也讓家用掃地機的價值體現(xiàn)的更明顯點。家用掃地機設計- 28 -參考文獻[1] 杜祥琪編著. 工業(yè)機器人及其應用 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社,1986．[2] 王炎,周大威.移動式服務機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及我們的研究[J],電氣傳動;2000 年 04期．[3] 陳之遠. 更加人性化的智能吸塵器[J ]. 家電大視野,2002,(9) :48 - 50.[4] 譚定忠,王啟明,李金山,李林. 清潔機器人研究發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 機械工程師，2004．[5] Electrolux[EB/OL].http.www.eletrolux.fi/robot[6] Yong-Ge Wu , Jing-Yu Yang , Ke Liu. 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[8] 王耀南，李樹濤. 多傳感器信息融合及其應用綜述, 控制與決策,2001．[9] 胡躍明,丁維中,吳忻生. 吸塵機器人的研究現(xiàn)狀與展望 [J] . 機器人技術(shù)與應用,2002．[10] 黃倬. 質(zhì)子交換膜燃料電池的研究開發(fā)與應用[M] . 北京: 冶金工業(yè)出版社,2000.[11] 熊壯. 家用清潔機器人的結(jié)構(gòu)設計[D]. 浙江大學，2012．[12] 孟江華，朱紀紅，孫增圻．未知環(huán)境下基于傳感器的移動機器人路徑規(guī)劃新方法[J]．機器人，2005(7)：319—324．[13] 王建，樊少軍，聶永濤，刁云鵬，聶建紅. 全自主清掃機器人智能結(jié)構(gòu)設計.機械研究與應用,2009．[14] 蔡自興，徐光．人工智能及其應用[M]．北京：清華大學出版社,1996．[15] 王志文, 郭戈 移動機器人導航技術(shù)現(xiàn)狀與展望,機器人,2003．[16] 濮良貴，紀名剛. 機械設計[M].高等教育出版社，2006.[17] 閻邦椿，機械設計手冊 (第五版)[M]． 機械工業(yè)出版社，2009. - 29 -致謝歷時近幾個月的畢業(yè)設計終于完成了，在這段時間里，在胡少媚老師的悉心指導下，我對家用掃地機有了較為全面的了解，對里面的傳動方式也有了更進一步的學習，同時對所學的各科知識也有了重新的學習認識和系統(tǒng)化的運用。通過對相關機械書籍的學習分析，全面的了解了關于家用掃地機的相關知識，開闊了知識面，學到了更多。 同時，在設計過程中，老師的耐心指導和熱心幫助幫助我解決了一些疑難問題，讓我有了更多的認識。本次設計和說明書的編寫過程中均得到了胡少媚老師的耐心指導。最后向所有支持、幫助過我的同學表示感謝。向在白忙中評審本人論文的專家老師表示感謝！家用掃地機設計- 30 -附錄XXXXXXX XXXXXX（宋體，五號字， 1.5 倍行距，首行縮進 2 字符）