搜索
公司新闻
扫地机的设计步骤
2014-09-13 来源:
0

1 选择电动机

    1.1 电动机选择综合考虑问题

    a.根据负载转矩,速度变化范围和启动频率和制动反转,调更等要求,选择电机类型。

    b.根据负载转矩,速度变化范围和启动频率程度等要求、考虑电动机的温开限制,过载能力和起动转矩,选择电动机的容量,负荷率,一般取0.8~0.9.其功率固数将变坏,并使按电动机最大转矩,校验、强度的机械造价提高。

    c.根据使用场所的环境条件,如温度、灰尘、雨水腐蚀和易燃、易爆气体等考虑,必要保护方式选择电机的结构形式。

    d.根据企业的电网电压标准和功率因数的要求确定电功机的电压等级和类型。

    根据生产机械的最高转速和电压力传动,调速系统的过渡过渡过程的性能要求,以及机构传动机构的复杂程序,选择电动机的额定转速。

    此外,选择电动机还必须符合节能要求、考虑、运行可靠性、设备的供贷情况备品、备件的通用性,安装、检修的难易,以及产品价格,建造费用及考虑生产过程中前后期电动机变化等各因素。

    1.2 电动机选择

    按工作条件选择电动机,选用无级调速电动机。

    由于滚刷速度在一定范围内可调,工人在清扫不同路面时,就可以通过调节转速来实现更好的清扫效果。当街道垃圾比较多时,将电机的转速调大,这样就不会降低清扫的速度,当路面很不平整时,也将转速调大,提高清扫的质量,清扫平整干净的路面时便可将速度降低。速度变化频繁高,可采用无级调速电动机。

     在这里选择YCT112-A电磁调速异步电动机。但由于其价钱太贵,所以放弃。通过多方面的比较,选择Y132S-8W(户外型)电动机,各方面均符合要求。

    1.3 电动机基本参数

    型号:Y132S-8W

    电动机额定功率:2KW

    调速范围:转速710r/min

    转轴变化率:10%

    电压:220V

    电流:4.89A

    直流励磁:电压:30~80V

    电流:〈3A

    额定转矩:1.43Kg/m

    重量:55Kg

    价格:1700

    1.4电动机安装尺寸和外型尺寸

   

2 传动系统的设计

    机械通常是由原动机,传动系统,工作机和控制装置组成。传动系统介于机械中原动机之间,主要用来将原动机的运动和动力传给工作机,并协调二者的转速和转矩。

    手扶式扫地机是由电机做为动力源,通过V带同时带动后面的主刷(滚刷)和前面的副刷(侧刷)实现垃圾的清扫。向后传动时,两带轮的传动比为3.2:1,实现了降速,将电机的710r/min降到了221r/min,主刷在以这样的速度进行清扫时,完全适合人的正常的行走速度,完全能够清扫干净路面垃圾;同时由这个转速产生的切向力足够大,可以将尘土、纸削、果皮、树叶等垃圾扫到传送半上,完全能够清扫干净路面垃圾。

   

    主刷和传送轴是分开的,称这跟轴为主刷轴。主刷和主刷轴是用套筒式联轴器连接的,另两断分别固定在机架上。这样设计的优点主要有以下两方面:一方面大大减断主刷的轴向长度,因此在制造主刷时可以省很多工时、工步、同时也降低了生产的工艺性,提高了主刷的通用性;

   

    另一方面,主刷的刷毛会随着使用时间的增长而磨损,磨损过大时就得更换新的,将两者分开就大大的节省了主刷本身的用料,避免了浪费,在很大程度降低了生产成本。在主刷轴上,通过一对齿轮实现垃圾传送装置的运动,并通过两齿轮的传动比将转速提高。垃圾传送装置的速度快一些,有利于垃圾传送,不会在垃圾多的时候造成垃圾下滑重复清扫的情况。垃圾传送装置主要有三部分组成:轴、传送带、传送板。它的两端轴承都固定在机架上,中间与传送带接触的地方很粗糟,不会造成打滑失效现象。在传送带上有数跟L型的横条状的硬胶皮固定,这样在传送垃圾时就不会出现垃圾下滑的现象了;同时也可以增大传送机构的倾斜角度,使得机构的整体机构更加紧凑,方便人操作。

    传送板在此装置的下面,它由两部分组成:上半部分是铁皮固定在机架上;下半部分是胶皮的,与地面有一部分接触。次装置至关重要,因为它是连接主刷前面地面与传送带的。主刷先把垃圾扫到传送板上,再由传送板传到传送带上去,通过一小段距离的运输,将垃圾送到垃圾箱中,实现了垃圾的主要清扫。

    电机在向前传输动力时,首先也是用V带实现的由电机到第一轴的传动,并利用两带轮的大小进行了相应的降速;再利用一对相同的直齿轮传动到第二轴,第三轴与前两轴的垂直面有5度的偏转,这样就可以使侧刷与地面倾斜5度,如图2-3所示。

   

   

    在清扫时侧刷是呈上图所示倾斜状态,刷子的工作部分(前端)着地,非工作部分(后端)离地,这样设计可以减少路面对扫刷丝的磨损,更重要的是可以避免非工作部分的反向清扫动作,扫刷与地面的倾斜角取5度。第二轴与第三轴的传动是通过一对直齿圆锥齿轮实现的,如图2-4所示。第三轴到侧刷的传动通过V带轮实现。

    合理的传动系统方案,除了应满足工作机性能要求,适合工况条件及工作可靠外,还应使传动系统结构简单,尺寸紧凑,加工方便,成本低廉,效率高及便于使用和维护等。

    本传动机构的特点是:减速器横向尺寸较小,两对齿轮浸入油中深度大致相同。但轴向尺寸和重量较大,且中间轴较长,刚度差,使载荷沿齿宽分布不均匀,高速级齿轮的承受能力难于充分利用

3 带型的选择

    3.1 带传动原理

    带传动通常由主动轮1,从动轮2和张紧在两轮上的环行带3组成,根据传送原理不同,可分为摩擦传动型和啮合传动型。摩擦传动是利用传送带与带轮之间的摩擦力进行传递运动和动力。啮合传动指同步带传动,它是利用齿与带轮上的齿槽啮合来传递运动和动力。

    3.2 两种传送带的优缺点

    两类传送带都是用带作为中间饶性元件来传递运动和动力,因而具有结构简单,传动平稳,缓冲吸振和能实现两轴之间较大距离的传动等特点。摩擦传动优缺点对摩擦传动具有过载时将引起带在带轮上打滑,起到防止其他零件损坏的作用。其缺点是带与轮面之间存在相对滑动,导致传动效率低,传动比不准确,带的寿命较传动在各种机械中得到广泛应用。

    同步带传动优缺点及方式选择同步带传动工作时不会与带轮之间产生相对滑动,能获得准确的传动比,它兼有带传动与齿轮传动的特性与优点。它可用于较高速度,传送时线速度可达50r/min,传动比可达10,效率可达98%。由于不是靠摩擦传动,的带的预紧力很小,作用于带轮轴和其轴承上的力也很小。其缺点是在于制造与安装精度很高,中心距要求较严格。根据负载情况,传递动力与转矩大小选择摩擦传动。

    3.3 摩擦传动带带型选择及优缺点

    摩擦传动根据带截面形状可分为普通平带传动,V带传动,多楔带传动,圆带传动,高速带传动平带传动截面形状为矩形,带的饶性较好,带轮制造方便,工作时带的内面是工作面,与圆柱型工作面接触,属于平面滑动摩擦传动。

    V带截面形状为等腰梯形带的厚度较大,饶性较差,带轮制造比较复杂。工作时两侧面为工作面,与带轮的环槽侧面接触,属于楔面摩擦传动,在相同张紧作用下,V带摩擦力比平带传动大70%,承载能力比平带高,在一般机械中常用。

    截面形状为多楔形,它具有平带的柔软,V带摩擦力大的特点。比V带传动外廓小用于要求结构紧凑的传动,特别是要求V带根数多或轮轴垂直地面的传动。带速v>30r/min,高速轴转速n=10000~50000r/min的带传动属于高速带传动带传动强度设计的依据是在保证带有一定的寿命前题下在正常工作时不打滑,在保证不打滑的前提下,传递最大的功率,同时又使传动带有足够的使用寿命,也即有一定的疲劳强度。根据负载情况,工作要求选择V带

4 V带传动设计

    4.1 V带计算

    采用普通V带传动。已知:原动机为JZT31-4可调速电机,电动机额定功率=2kW,调速范围=120~1200r/min,传动比为i=2。

    1.计算设计功率

    由载荷变动大,且速度由120到1200之间频繁变动,可选取KA=1.4则:

   

    2.选择带型

    根据功率和电机转速,参照机械设计课本中图13-5,初步选取B型V带。

    3.选取带轮基准直径

    查机械设计课本第206页表13-7选取小带轮基准直径d1=132mm,设滑动率由机械设计手册中表12-11取直径系列值取大带轮基准直径:d2=287mm。

    4.验算带速

   

    则v在5~25m/s范内,带速合适。为充分发挥V带的传送能力,V带传动的最佳带速度范围为10—20m/s。

    5.确定中心和带的基准长度

   

    6.验算小带包角

    因此包角合适

      

  7.确定带的根数Z

    查表得:

      

  8.确定初拉力

    单根普通V带的初拉力:

   

    9.计算带轴所受的压力

   

     V带轮设计

     对V带轮设计的主要要求

    设计V带轮的一般要求为:质量小;结构工艺性好;无过大的制造内应力;质量分布均匀,转速高时要进行动平衡处理;与带接触的工作面要精细加工,以减少带的磨损。

    带轮材料的选用

    由于带速小于30m/s,所以带轮用铸铁HT200。由于带轮直径,且,采用孔板式结构。

    综上所述,选择普通V带中的Z型,满足我们的要求。

5 齿轮的设计

    5.1 材料的选择

    1.本机器为一般的工作机器,速度不高,故齿轮用8级精度

    2.齿轮采用便于制造且价格便宜的材料,选择小齿轮45号钢(调质),HBS1=200选择小齿轮齿数z1=23,由于实际要求可得i=5,大齿轮齿数为Z=z1*i=57.5,所以大齿轮的全部齿数为Z=(57.5/115)*360=180,选取扇形齿角度为1250。故该传动为硬度小于350HBS的开式传动,所以按照齿面接触疲劳强度设计,然后校核传动的齿根弯曲疲劳强度。

    5.2 按照齿面的接触疲劳强度设计

    查得设计公式为

   

    5.2.1确定公式内各个计算数值

    1 试选载荷系数

    2 计算小齿轮传递的转矩

    T1=9550*2/30=700NM

    3 由表选齿宽系数

    Φb=0.25

    4 齿数比u=5

    5 由图查得接触疲劳极限

    σHlim2=1250N/mm2

    6 由(10-13)式计算应力循环次数

    N1=60n1jLn=3.067*109
    N2=N1/I=3.067/5=1.22*109

    7由图10-21查得寿命系数KHN1=1;KHN2=1

    8材料的选择

    (1)本机器为一般的工作机器,速度不高,故齿轮用8级精度

   (2)齿轮采用便于制造且价格便宜的材料,选择小齿轮45号钢(调质),HBS1=200选择小齿轮齿数z1=23由于实际要求可得i=5,大齿轮齿数为Z=z1*i=57.5,所以大齿轮的全部齿数为Z=(57.5/115)*360=180,选取扇形齿角度为1250。故该传动为硬度小于350HBS的开式传动,所以按照齿面接触疲劳强度设计,然后校核传动的齿根弯曲疲劳强度

     5.3 按照齿面的接触疲劳强度设计

    查得设计公式为

   

    确定公式内个计算数值

    1试选载荷系数

    2计算小齿轮传递的转矩

    T1=9550*2/30=700NM

    3由表选齿宽系数Φb=0.25

    4齿数比u=5

    5由图查得接触疲劳极限

    σHlim2=1250N/mm2

    6由(10-13)式计算应力循环次数

    N1=60n1jLn=3.067*109

    N2=N1/I=3.067/5=1.22*109

    7由图10-21查得寿命系数KHN1=1;KHN2=1

    5.3.1计算

     1试计算小齿轮分度圆直径

    

    2计算圆周速率

   

    3计算载荷系数

    根据v*z1/100=0.19m/s

    由图查得Kv=1.01,因的直齿圆柱齿轮,取Kα=1

    同时由表10-2查得KA=1,由图查得KHP=1.12;KFβ=1.25

    故载荷系数k=1.13

    4按照实际的载荷系数校正分度圆直径由式10-14得

   

    5计算模数

   

    取模数为标准值m=5

    6计算分度圆直径

   

    7计算中心距

   

    8计算齿轮宽度

      

    =57.5*0.4=23mm

6 轴承的选择

    以皮带轴的轴承为例由于滚动轴承的摩擦系数小于滑动轴承的摩擦系数,所以选用向心球轴承。

    6.1本机器轴承的失效形式大致有两种:

    (一)点蚀由于滚动轴承受载后各滚动体的受力大小不同。对于回转的轴承,滚动体与内外环间产生变化的接触应力,工作若干时间后,各元件接触表面上都可能发生接触疲劳磨损,点蚀现象。

    (二)磨粒磨损由于本机处在多尘条件下工作,滚动体与内外环有产生磨粒磨损。速度越高,发热及粘度磨损将越严重。本设计为保证轴承正常工作,合理设计轴承考虑了下列几个问题:轴承的固定。轴承与相关零件的配合。轴承的滑与密封。提高轴承系统的刚度。

    6.1.1轴承采用两端固定

    由于皮带轮轴是在普通工作温度下的短轴,R<400MM,所以采用较简单的两端固定方式,每个轴承分别传递一个方向的轴向力。由于不受轴向力,可采用向心球轴承,为了允许轴工作时有少量的热膨胀,轴承安装留有0.25~0.4MM的间隙,间隙量用垫片或调整螺钉调节,轴承在轴上用轴肩和套筒定位,定位端面与轴线保持一定的垂直度。

    6.1.2滚动轴承的配合

    滚动轴承的轴向固定和径向游隙的大小,是通过轴承与轴承座的配合达到的。径向游隙不仅关系到轴承的运转精度,同时影响它的寿命,轴承内部负载的分布规律只在径向游隙为零时才能实现。

    6.1.3提高轴承的刚度

    增加轴承的刚度对提高旋转精度,减少震动噪声和保证寿命十分有利,设计中考虑了轴和轴承座的变形,所以采用对称布置的轴承座,通过加金属垫圈,内外圈分别装不同的套筒。

    6.1.4滚动轴承的润滑和密封

    本机器采用脂润滑,润滑脂的添充量不超过轴承空间的1/3~1/2。由于本机器速度较低,工作温度在30度以下,采用钙基脂。

    由于滚动轴承的线速度较低,采用接触式密封,O型密封圈,轴接触部分的硬度在40HRC以上,表面粗糙度1~6mr。

    轴承强度效核:皮带轮轴承采用57206轴承,由手册知C=24896N,=19996N。

   

7 机架的设

    机架的设计采用10MM厚的钢板支撑,用40*40*4的角铁焊接成支腿。电机底版平面用螺问连接在支腿上,机架上开一些螺纹孔,并开槽,以便使大直径齿轮与皮带等穿过,能够正常转动,焊接时还要注意使焊接的部位要求比较宽敞,使焊缝有良好的可靠性,在焊接的端部产生锐角的地方,应尽量使角度变缓,底盘采用三轮支撑,前面两个大车轮承载能力强,放在垃圾箱和电机的下面,承载主要的机体重量。在两大车轮中线上,靠机体后面一些采用的是一个可以旋转180度的工业铰轮支撑,它不承载很多重量,只要是起到平衡和转向的作用。这样可以旋转180度的铰轮,并且放在机体的后面,在拐较大的弯道时会很方便。

    在机体前面即垃圾箱的前面,设有垃圾倾倒口。其盖开口方向向上,并且内部是平滑的斜坡,这样有利垃圾的倾倒,省时省力。

    在机体后面的机体壁上,靠下部分焊接了双杆半径为15MM的把手,其高为1米左右,适合一般人在行走时双手自然放下的高度,这种人性化设计使在清扫时能够更加轻松、方便。

结论

    本次为手扶式扫地机械设计,通过社会调查,上网查询,通过对国外与我国扫地机械的了解对扫地机进行了设计与改造,使其更加方便,更加适于生产和生活,它独特的设计使我们的清扫工作变的更加简单,方便。它更加节能更加环保,更加适应我们现在低碳的社会要求。

    在这次的设计中,我了解了我国现在扫地机的发展状况和发展趋势,在老师的帮助下完成了该扫地机的设计和改造。此次设计使我学到了很多,懂得了很多,了解了很多,知识得到了丰富。
此次设计对于我来说是一个很好的考验,也是一次很好的锻炼,它给了我一个很好的独立完成一项任务的机会。通过对此次设计任务的完成使我发现了机械对于我们生产生活的重要,它的发展也可以带动社会的发展和时代的进步。

推荐阅读

    环保型扫地机的研发

    脚踏式道路扫地机的研究设计

    手推式扫地机的设计研究

    智能扫地机的硬件设计

Copyright © 2013  版权所有  上海徳沁机械有限公司   沪ICP备14023324号 XML地图 网站地图 沪公网安备 31011702001277号