自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文

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1、湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)用于室內(nèi)環(huán)境的清潔，清潔車(chē)可自動(dòng)行走，無(wú)需人工操作。根據(jù)室內(nèi)環(huán)境，當(dāng)機(jī)器碰到障礙物時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向，從而避開(kāi)障礙物，是機(jī)器在特定的區(qū)域內(nèi)按不規(guī)則路線工作，配合清潔系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清潔。 此次設(shè)計(jì)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)主要考慮三個(gè)方面的設(shè)計(jì)：自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，車(chē)身機(jī)架的設(shè)計(jì)，清潔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由電磁離合器與行星輪組成，碰到障礙物時(shí)使兩輪的實(shí)現(xiàn)差動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能；車(chē)身機(jī)架做成圓形，在四周裝上壁輪，壁輪相對(duì)機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整臺(tái)機(jī)器的轉(zhuǎn)向；清潔系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、毛刷、垃圾過(guò)渡板和可抽取垃圾箱組成，清潔系統(tǒng)裝在小車(chē)的前

2、端，工作室電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)毛刷滾動(dòng)，垃圾通過(guò)過(guò)渡板被卷入垃圾箱內(nèi)，可對(duì)較大的垃圾進(jìn)行清掃、收集[1] 。 關(guān)鍵詞: 自動(dòng)轉(zhuǎn)向，壁輪，清潔 ABSTRACT The design of the automatic steering clean cars for cleaning indoor environment, clean car can automatically walk, without manual operation. According to the indoor environment, when the machine

3、hits an obstacle, you can achieve automatic steering, thereby avoiding obstacles, the machine works as an irregular route within a specific area, with automatic cleaning system for cleaning. The design of the automatic steering clean cars mainly consider three aspects of the design: Design automat

4、ic steering mechanism, the design of the body frame, cleaning system. Electromagnetic clutch automatic steering mechanism consisting of planetary wheel, so when confronted obstacles to achieve differential rounds, enabling automatic steering function; body frame made ??of round, fitted wall around t

5、he wheel, the wheel relative to the frame wall rotation, to achieve the whole machine steering; cleaning system consists of motor, brush, garbage bins transition board composition and extraction cleaning system is installed in front of the car, studio motor rotates, driven brush roll in, garbage thr

6、ough the transition board is the involvement of the trash can to a large garbage cleaning, collecting.[2] Keywords: automatic steering, wall wheels, clean 目錄 摘要 I 第1章 緒論 1 1.1課題設(shè)計(jì)背景 1 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究 1 1.3 課題設(shè)計(jì)任務(wù) 2 1.4 設(shè)計(jì)重難點(diǎn) 3 第2章 自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)組成 4 2.2工作原理 5 2.3 自動(dòng)

7、轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 2.3.1外形設(shè)計(jì) 7 2.3.2行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 2.3.3 清掃機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8 第3章 運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 10 3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 10 3.2 傳動(dòng)裝置的各級(jí)傳動(dòng)比 11 3.3 計(jì)算各傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 11 第4章 行星輪的設(shè)計(jì) 13 4.1配齒計(jì)算 13 4.2主要參數(shù)計(jì)算 15 4.2.1齒輪模數(shù)計(jì)算 15 4.2.2 計(jì)算幾何尺寸 15 4.3傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算及校核 16 4.3.1 彎曲強(qiáng)度計(jì)算與校核 16 4.3.2齒輪齒面強(qiáng)度的計(jì)算及校核 17 4.3.3 有關(guān)系數(shù)和接觸疲勞極限 18 第5章 直齒錐齒輪的設(shè)計(jì) 20

8、5.1 齒輪材料、熱處理方法、精度和齒數(shù) 20 5.2 確定材料許用接觸應(yīng)力 20 5.3 在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則中，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 20 5.4 確定實(shí)際載荷系數(shù)與修正分度圓 21 5.5 齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 22 第6章 軸的設(shè)計(jì) 24 6.1電機(jī)軸的設(shè)計(jì) 24 6.2動(dòng)力軸的設(shè)計(jì) 25 6.3傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 25 6.4軸的校核 26 第7章 電磁離合器的選擇 28 第8章 展望 29 8.1 多功能化 29 8.2 超智能化 29 8.3 高性?xún)r(jià)比化 30 總結(jié) 31 參考文獻(xiàn) 32 致謝 33 34 第1章 緒論 1.1

9、課題設(shè)計(jì)背景 隨著生活節(jié)奏的不斷提高，人們工作后疲憊歸來(lái)希望能在一個(gè)舒適的家庭環(huán)境中好好休息，拖把已經(jīng)成為人們生活中的負(fù)擔(dān)。在此背景下，自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)逐漸走進(jìn)了家家戶(hù)戶(hù)，成為人們生活中不可缺少的一個(gè)清潔工具。但現(xiàn)有的自動(dòng)清潔機(jī)器價(jià)格過(guò)于昂貴，還不能得到普及。因此，本設(shè)計(jì)利用機(jī)械機(jī)構(gòu)代替?zhèn)鞲衅?，巧妙地利用行星輪機(jī)構(gòu)與電磁離合器的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)清潔車(chē)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能。 自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)能將人們從以前傳統(tǒng)沉重的人工清潔工作中解放，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)地面的自動(dòng)清潔功能。在商品化的角度上看，自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)將大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生活質(zhì)量，人們只需拿著遙控器按著按鈕就能擺脫清潔工作的煩惱。于是，在具有創(chuàng)新、挑戰(zhàn)性的研究

10、中自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的發(fā)展，具有重大的市場(chǎng)價(jià)值意義。本次設(shè)計(jì)的目的是開(kāi)發(fā)一個(gè)性?xún)r(jià)比高，全區(qū)域覆蓋，可以滿(mǎn)足需要和方便的自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)，使家庭生活簡(jiǎn)潔化、智能化、輕松化[3]。 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究 自動(dòng)進(jìn)行房間地面清潔的自主式清潔服務(wù)機(jī)器，集人機(jī)學(xué)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。自動(dòng)清潔機(jī)的研究始于20世紀(jì)80年代，經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，已經(jīng)生產(chǎn)出了許多自動(dòng)清潔產(chǎn)品，并已商品化、實(shí)用化，在實(shí)際生活中為人們分憂(yōu)解難。 世界上第一臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔機(jī)器RC3000，它由傳感器和單片機(jī)控制，當(dāng)感應(yīng)到障礙物時(shí)，能自動(dòng)改變前進(jìn)方向，避免碰撞，然后繼續(xù)行走完成清潔工作。該機(jī)器矮小扁平式的設(shè)計(jì)使

11、其能夠適應(yīng)家庭多變的室內(nèi)環(huán)境，在沙發(fā)、衣柜、桌幾下行動(dòng)自如。2002年松下電器公司推出了家用清潔機(jī)器人，它利用超聲波測(cè)距以此完成對(duì)室內(nèi)環(huán)境的了解，根據(jù)地面的臟亂程度的規(guī)劃合理的清潔路徑。該機(jī)器人內(nèi)置回轉(zhuǎn)體傳感器及落差傳感器用來(lái)避開(kāi)障礙物，控制行走姿勢(shì)和方向。 對(duì)于自動(dòng)清潔車(chē)技術(shù)（機(jī)器感知導(dǎo)航和定位、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、電源技術(shù)）的研究，國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)也取得了不小的成果，這些都為自動(dòng)清潔機(jī)器在國(guó)內(nèi)的推廣和發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)致力于清潔車(chē)技術(shù)的研究長(zhǎng)達(dá)二十多年，曾聯(lián)合香港中文大學(xué)研制出了一種全方位的移動(dòng)清掃機(jī)器。該機(jī)器具有如下特點(diǎn)：以全方位的移動(dòng)技術(shù)，在一個(gè)狹窄的區(qū)域機(jī)器可自動(dòng)行走轉(zhuǎn)向

12、執(zhí)行清掃工作；具有開(kāi)放性，可通過(guò)編程軟件實(shí)現(xiàn)程序控制機(jī)器，使機(jī)器作為一個(gè)服務(wù)載體執(zhí)行所要實(shí)現(xiàn)的功能；多種可變工作模式，根據(jù)室內(nèi)地面干凈程度，合理選擇切換工作模式，節(jié)約能源，提高清潔效率。 在2014年3月21號(hào)上海家博會(huì)上，iRobot推出了Braava系列中的最高端型號(hào)產(chǎn)品Braava380t。iRobotBraava380t具有更多智能系統(tǒng)，包括Pro-Clean系統(tǒng)其作用實(shí)在整個(gè)清潔過(guò)程中可以持續(xù)噴灑清潔劑，使清潔工作更徹底；配有急速充電器，比以往充電時(shí)間縮短一半，僅需兩小時(shí)就能完成充電。此款清潔機(jī)器人操作簡(jiǎn)單，只需按下啟動(dòng)按鈕就能開(kāi)始工作，它有兩種清潔模式—采用干燥清潔布的干式清潔及

13、濕潤(rùn)清潔布的濕擦模式，兩者相輔相成；此外還擁有輕觸式緩沖器及靜音馬達(dá)，在不打擾人們?nèi)粘Ｐ菹⒌那闆r下完成清潔任務(wù)，完成清潔工作后，能自動(dòng)回到起點(diǎn)并關(guān)機(jī)，節(jié)約能源。 2014年4月14日，Nanophea運(yùn)用來(lái)自荷葉的靈感，采用類(lèi)似“納米蓮花效應(yīng)”推出了納米清潔機(jī)器人。此自動(dòng)清潔車(chē)搭配智能掃描裝置，在清潔過(guò)程中能感應(yīng)到工作周?chē)h(huán)境的灰塵及污染物。工作時(shí)將水添加到清潔車(chē)的吸塵器中，清潔時(shí)機(jī)器通過(guò)加濕器將水滴變成水霧擴(kuò)散到地面，周?chē)幕覊m與水霧結(jié)合在一起，最后機(jī)器通過(guò)吸塵器把灰塵與水的混合物吸附回來(lái)，之后再將水滴進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾，使水能夠重復(fù)使用。此方法，在吸塵的同時(shí)還能達(dá)到擦洗的效果，并且還能防止清潔

14、時(shí)因灰塵飛揚(yáng)帶來(lái)的二次污染。 1.3 課題設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)的課題任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)，要求清潔車(chē)能在室內(nèi)碰到障礙物后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能，完成室內(nèi)的清潔工作。具體設(shè)計(jì)的內(nèi)容為： （1） 了解自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理； （2） 進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的總體方案設(shè)計(jì)與零部件設(shè)計(jì)； （3） 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)： 高度： 寬度： 運(yùn)行速度：約 1.4 設(shè)計(jì)重難點(diǎn) 根據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的工作模式和設(shè)計(jì)要求，在寬高的形體下合理設(shè)計(jì)和布置行走機(jī)構(gòu)、自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車(chē)身機(jī)架以及清掃機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。首先，當(dāng)清潔車(chē)碰到障礙物時(shí)要求其車(chē)身機(jī)架能隨著自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)一起旋轉(zhuǎn)，所以其外形設(shè)計(jì)也應(yīng)

15、該仔細(xì)考慮。其次，對(duì)于室內(nèi)多變的地面環(huán)境采用何種清掃方式才能安全有效地完成自動(dòng)清潔工作，保證室內(nèi)的清潔與干凈度。最后，在清潔時(shí)產(chǎn)生的垃圾如何方便快捷的收集，以及優(yōu)化布置清潔系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是本次設(shè)計(jì)中必須認(rèn)真思考的問(wèn)題。 第2章 自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)組成 本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)主要包括以下幾個(gè)部分： （1）自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)在于如何使機(jī)構(gòu)碰到障礙物的情況下，自動(dòng)改變前進(jìn)方向，轉(zhuǎn)換適當(dāng)?shù)慕嵌龋荛_(kāi)障礙物，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向。 （2）控制電路?？刂齐娐分饕呻姶烹x合器和KT通電延時(shí)繼電器

16、組成，由于選用的微動(dòng)觸發(fā)開(kāi)關(guān)是點(diǎn)動(dòng)的，所以需要一個(gè)延時(shí)控制電路，以實(shí)現(xiàn)電磁離合器分離后等到機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)向完畢再使離合器回到接合狀態(tài)，最后，通過(guò)電磁離合器的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)向角。 （3）車(chē)身機(jī)架。當(dāng)機(jī)器碰到障礙物而轉(zhuǎn)向時(shí)，機(jī)架能從障礙物表面滑過(guò)，使機(jī)器順利轉(zhuǎn)向。機(jī)架的主要功能是降低車(chē)身與障礙物表面的摩擦力，使機(jī)器轉(zhuǎn)向更順暢。 （4）清潔系統(tǒng)。清潔系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、毛刷、垃圾過(guò)渡板和可抽取垃圾箱組成，把他轉(zhuǎn)載小車(chē)前端，工作時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)毛刷滾動(dòng)，垃圾通過(guò)過(guò)渡板被卷入垃圾箱內(nèi)。 按結(jié)構(gòu)分類(lèi)移動(dòng)機(jī)構(gòu)有三種，分別是：行走、履帶式和輪式。自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的工作環(huán)境在室內(nèi)，地面大多是瓷片，無(wú)凹凸不平的環(huán)

17、境。根據(jù)三種移動(dòng)機(jī)構(gòu)選用的原則，本次設(shè)計(jì)選擇輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)最合適。 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)一般有三、四輪和六輪，三輪的使用有一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單靈活的結(jié)構(gòu)，但能夠滿(mǎn)足的需求和應(yīng)用很廣泛；四輪的穩(wěn)定性好，由于重力平均分配到每個(gè)輪，因此四輪的承載能力較大，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；類(lèi)似與四輪，六輪相比之下具有更大的承載能力和穩(wěn)定性。本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)要求結(jié)構(gòu)緊湊、配合緊密、移動(dòng)能力好，能在室內(nèi)穿梭于各種家具之間完成清潔工作。三輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)正好能適應(yīng)這種多遍環(huán)境，靈活地自動(dòng)轉(zhuǎn)向避開(kāi)障礙物，所以采用三輪結(jié)構(gòu)就能滿(mǎn)足要求。 常用的三輪轉(zhuǎn)向裝置一般有以下方式: (1) 鉸軸轉(zhuǎn)向式: 安裝在轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向輪的鉸鏈，鉸鏈軸電機(jī)控制通

18、過(guò)轉(zhuǎn)向器單元和機(jī)械聯(lián)動(dòng)控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向。 (2) 差速轉(zhuǎn)向式: 用于清潔汽車(chē)裝有電磁離合器驅(qū)動(dòng)軸，由兩個(gè)輪差引起的電磁離合器的接合和分離，這時(shí)由于只有一個(gè)輪驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)受到偏心力，以此來(lái)控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的直走和轉(zhuǎn)向。 鉸軸轉(zhuǎn)向裝置控制簡(jiǎn)單方便，但精度低，可能無(wú)法正常轉(zhuǎn)向；差動(dòng)轉(zhuǎn)向式控制方式復(fù)雜，但精度高。鑒于自動(dòng)清潔車(chē)的轉(zhuǎn)向裝置是此次設(shè)計(jì)的重要部分，對(duì)其要求需達(dá)到一個(gè)較高的標(biāo)準(zhǔn)，所以采用差動(dòng)轉(zhuǎn)向式比較好，并且其運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向的精度也高一些，為以后的避障和軌跡規(guī)劃打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。因此本次移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用三輪差速轉(zhuǎn)向式。 2.2工作原理 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)由多個(gè)功能模塊包括自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、

19、車(chē)身機(jī)架、清潔系統(tǒng)等，這些模塊之間相互協(xié)調(diào)，共同協(xié)作，保證清潔車(chē)順利完成清潔工作。具體工作原理如下： 自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與行星輪機(jī)構(gòu)組成。 轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2.1所示。當(dāng)電磁離合器處于接合狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力由動(dòng)力軸通過(guò)轉(zhuǎn)角器傳遞到傳動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)兩個(gè)輪一起同方向運(yùn)動(dòng)，這是轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)直走；當(dāng)電磁離合器處于離合狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力由動(dòng)力軸通過(guò)轉(zhuǎn)角器傳遞到傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸帶動(dòng)左輪運(yùn)動(dòng)，而右輪與傳動(dòng)軸脫開(kāi)，處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，形成兩輪差動(dòng)，這是由于只有一個(gè)輪驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)受到偏心力，轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向[6]。 圖2.1轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu) 行星輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2.2所示。當(dāng)中心輪轉(zhuǎn)動(dòng)、行星輪的中心O'固定時(shí)，

20、內(nèi)齒輪繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2.2a所示；當(dāng)中心輪轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)齒輪固定時(shí)，行星輪的中心O'繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2.2b所示。 圖2.2行星齒輪（a） 圖2.2行星齒輪（b） 將以上兩個(gè)原理綜合應(yīng)用，設(shè)計(jì)出如圖2.3所示的機(jī)構(gòu)。在直走狀態(tài)下，電磁離合器處于接合狀態(tài)，由彈簧的彈力固定行星輪機(jī)構(gòu)的內(nèi)齒輪，行星輪運(yùn)動(dòng)，通過(guò)錐齒輪、傳動(dòng)軸帶動(dòng)兩輪向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)器碰到障礙物時(shí)，由于兩輪與地面的摩擦力，兩個(gè)輪子跟地面卡死，行星輪不再作行星運(yùn)動(dòng)，這時(shí)候內(nèi)齒輪克服彈簧的彈力開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿觸發(fā)電動(dòng)開(kāi)關(guān)，再通過(guò)控制電路控制電磁離合器，使電磁離合器變成分離狀態(tài)，從而形成兩輪差動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自

21、動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向。 圖2.3自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 根據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)工作的情況，機(jī)構(gòu)需要通過(guò)電磁離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定角度的轉(zhuǎn)向，需要利用電路控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)?？刂齐娐啡鐖D2.4所示。 圖2.4控制電路 由于選用的微調(diào)觸發(fā)開(kāi)關(guān)是點(diǎn)動(dòng)的，所以需要一個(gè)延時(shí)控制電路，以實(shí)現(xiàn)電磁離合器分離后等到機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向完畢再使離合器回到接合狀態(tài)。[4] 合上開(kāi)關(guān)K，KT延時(shí)閉合，電磁離合器通電，處于接合狀態(tài)，這是自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)直走。 當(dāng)前面有障礙物時(shí)，由于行星輪機(jī)構(gòu)的作用SB被按下，KT失電而被斷開(kāi)，電磁離合器失電，處于分離狀態(tài)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)開(kāi)始轉(zhuǎn)向。SB被松開(kāi)，KT通電，開(kāi)始計(jì)時(shí)，電磁離合器仍然處于接合狀態(tài)，自

22、動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)繼續(xù)轉(zhuǎn)向。當(dāng)KT延時(shí)時(shí)間到閉合時(shí)，電磁離合器通電，轉(zhuǎn)換到接合狀態(tài)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)恢復(fù)直走[8]?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)KT的延時(shí)時(shí)間，讓自動(dòng)轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)不同的角度，實(shí)現(xiàn)不同軌跡的行走。 當(dāng)碰到障礙物時(shí)，為了便于車(chē)身機(jī)架連同自動(dòng)轉(zhuǎn)向輪一起轉(zhuǎn)向，因此把機(jī)架做成圓形，在四周裝上壁輪與自動(dòng)轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)連在一起，實(shí)現(xiàn)整臺(tái)機(jī)器的轉(zhuǎn)向。 此外，作為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的清潔系統(tǒng)是必不可少的。清潔系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、毛刷、垃圾過(guò)渡板和可抽取式垃圾箱組成，設(shè)計(jì)的目的就是對(duì)較大的垃圾進(jìn)行清掃、收集。清潔系統(tǒng)裝在小車(chē)的前端，工作室電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)毛刷滾動(dòng)，垃圾通過(guò)過(guò)渡板被卷入垃圾箱內(nèi)。 2.3 自動(dòng)轉(zhuǎn)向

23、清潔車(chē)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.3.1外形設(shè)計(jì) 根據(jù)室內(nèi)清潔車(chē)的設(shè)計(jì)要求，本課題設(shè)計(jì)的清潔車(chē)包括行走機(jī)構(gòu)、自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車(chē)身機(jī)架、清掃機(jī)構(gòu)、垃圾收集機(jī)構(gòu)等，其中自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與清掃機(jī)構(gòu)尤為重要，但車(chē)身機(jī)架座位整個(gè)機(jī)器的載體也不容忽視。接合生活實(shí)際與商場(chǎng)實(shí)體產(chǎn)品信息的采集，把清潔車(chē)的外形設(shè)計(jì)為長(zhǎng)寬均為，高為的長(zhǎng)方體，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)按此方法設(shè)計(jì)的清潔車(chē)有菱角碰到障礙物時(shí)無(wú)法隨自動(dòng)轉(zhuǎn)向輪一起旋轉(zhuǎn)避開(kāi)障礙物，因此把外形改成圓形，再在四周裝上壁輪，這樣就能輕松地實(shí)現(xiàn)整臺(tái)機(jī)器的轉(zhuǎn)向[5]。其車(chē)架輪廓如下圖所示： 圖2.5車(chē)身機(jī)架 2.3.2行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器碰到障礙物的時(shí)能自動(dòng)改變前進(jìn)方向，轉(zhuǎn)換適當(dāng)

24、的角度后再行走，避開(kāi)障礙物，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向。在機(jī)器的行走機(jī)構(gòu)中采用電磁離合器的接合與分離來(lái)控制機(jī)構(gòu)的直走與轉(zhuǎn)向，機(jī)器直走是電磁離合器處于接合狀態(tài)，動(dòng)力通過(guò)動(dòng)力軸傳遞到傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸帶動(dòng)兩輪前進(jìn)；電磁離合器斷開(kāi)時(shí)，動(dòng)力只傳動(dòng)到左輪，而右輪與傳動(dòng)軸脫開(kāi)，處于自由狀態(tài)，此時(shí)，兩輪形成差動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。 2.3.3 清掃機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 清掃機(jī)構(gòu)有以下三種方案： (1) 第一種方案由電機(jī)與三個(gè)斜齒輪組成。電機(jī)輸出動(dòng)力，通過(guò)三個(gè)斜齒輪傳動(dòng)到滾刷，由滾刷實(shí)現(xiàn)清掃功能； 圖2.6清掃機(jī)構(gòu)一 (2) 電機(jī)帶動(dòng)蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，兩個(gè)蝸輪的軸上分別接刷子，實(shí)現(xiàn)清潔工作； 圖2.7清掃機(jī)構(gòu)二

25、(3) 電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪1，錐齒輪1帶動(dòng)錐齒輪2，由錐齒輪2上的軸連接滾刷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)清掃； 圖2.8清掃機(jī)構(gòu)三 方案一雖然傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高，壽命長(zhǎng)，但是斜齒輪所占的面積大，制造成本高，選用方案一會(huì)超出設(shè)計(jì)所要求的尺寸，因而放棄此方案；方案二中蝸桿傳動(dòng)比大，具有自鎖性，缺點(diǎn)是傳動(dòng)效率低，成本高，安裝時(shí)對(duì)中心距的尺寸精度要求較高，這種方案也不合理；方案三采用兩錐齒輪傳動(dòng)，由錐齒輪2上的軸連接滾刷實(shí)現(xiàn)清掃。由于錐齒輪設(shè)計(jì)、制造、安裝均較方便，而且傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)，占用的體積也不大，而清掃機(jī)構(gòu)又是本次設(shè)計(jì)的重要部分，因此此次采用方案三中的設(shè)計(jì)。 第3章 運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 3.1電動(dòng)機(jī)的選

26、擇 （1）為了避免自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)由于行進(jìn)速度太快而撞壞及由于行進(jìn)速度太慢而工作效率低下，初選行進(jìn)速度，車(chē)輪轉(zhuǎn)速，根據(jù)公式，得； （2）初步估計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的總質(zhì)量為，取，地面動(dòng)摩擦系數(shù)，圓柱齒輪的效率，錐齒輪的效率，軸承的效率； （3）自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)前進(jìn)時(shí)受到的轉(zhuǎn)矩 機(jī)器的有效效率 從電動(dòng)機(jī)到輪子的總效率 所以電動(dòng)機(jī)所需的工作效率 所以，選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率為4KW。 （4）電機(jī)轉(zhuǎn)速選擇 通常選擇電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min和1000r/min。 （5）電機(jī)型號(hào)的選擇 表3.1電機(jī)參數(shù) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 電流 額定轉(zhuǎn)矩 Y

27、112M-4 4.0kw 1440 r/min 8.77 2.2 Y132M1-6 4.0kw 960 r/min 9.40 2.0 電動(dòng)機(jī)Y132M1-6相對(duì)于Y112M-4，轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)速適中且能夠滿(mǎn)足性能要求，因此選用Y132M1-6比較合適。 3.2 傳動(dòng)裝置的各級(jí)傳動(dòng)比 （1）行星輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比 （2）錐齒輪的傳動(dòng)比 （3）從電機(jī)到車(chē)輪的總傳動(dòng)比 3.3 計(jì)算各傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù) （1）各軸的轉(zhuǎn)速 （2）計(jì)算輸入功率 I軸上行星輪的輸入功率: II軸上錐齒輪的輸入功率： 車(chē)輪的輸入功率： （3）轉(zhuǎn)矩的計(jì)算

28、 表3.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)如下表 軸號(hào) 轉(zhuǎn)速n/(r/min) 輸入功率P（kW） 轉(zhuǎn)矩T（） 電動(dòng)機(jī)軸 960 2.46 28.43 Ⅰ軸 192 2.17 108.13 Ⅱ軸 192 2.00 99.47 車(chē)輪 192 1.88 93.51 第4章 行星輪的設(shè)計(jì) 當(dāng)遇到障礙物時(shí)為使清潔車(chē)能自動(dòng)轉(zhuǎn)向，特利用行星輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能，從而避開(kāi)障礙物，使清潔車(chē)在特定的區(qū)域按不規(guī)則路線工作，配合清潔系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清潔功能。 此次設(shè)計(jì)的單級(jí)行星輪要求輸入轉(zhuǎn)速，輸入功率，傳動(dòng)比，允許傳

29、動(dòng)比偏差，且要求給行星輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，傳動(dòng)效率高，因此采用2K-H型，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意簡(jiǎn)圖如下。 圖4.1行星齒輪 4.1配齒計(jì)算 以下計(jì)算所用公式、圖表由《行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》[6]查得。 根據(jù)2K-H型行星輪的傳動(dòng)比值及其配齒計(jì)算公式，可得內(nèi)齒輪齒數(shù)和行星輪齒數(shù)。由于設(shè)計(jì)要求的行星輪體積小，所以選取中心輪齒數(shù)，可得內(nèi)齒輪齒數(shù)： 則行星輪的齒數(shù)為： 根據(jù)行星輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)齒輪行星傳動(dòng)時(shí)，除了齒數(shù)必須滿(mǎn)足所要求的傳動(dòng)比條件外，為使行星齒輪裝配后能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，各輪齒數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足以下四個(gè)條件： （1）傳動(dòng)比條件 根據(jù)行星輪傳動(dòng)比條件

30、 （4-1） 可得 所以中心輪和內(nèi)齒輪設(shè)計(jì)使用的齒數(shù)可以滿(mǎn)足傳動(dòng)比的要求。 （2）同心條件 為保證行星輪與中心輪、內(nèi)齒輪同時(shí)正確嚙合，各輪齒數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足的同心條件為： （4-2） 各輪齒數(shù)滿(mǎn)足同心條件。 （3）裝配條件 鄰近兩個(gè)行星輪所夾的中心角=2π/ 中心輪相應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)角，角必須等于中心輪轉(zhuǎn)過(guò)個(gè)（整數(shù)）齒所對(duì)的中心角，即 （4-3） 式中為中心輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒（周節(jié)）所對(duì)的中心角。

31、 （4-4） 將和代入上式，有 （4-5） 經(jīng)整理后 滿(mǎn)足兩中心輪的齒數(shù)和應(yīng)為行星輪數(shù)目的整數(shù)倍的裝配條件。 （4）鄰接條件 相鄰條件可根據(jù)為保證相鄰的行星輪齒頂圓不相交且留有大于0.5mm的間隙推導(dǎo)得出： （4-6） 滿(mǎn)足鄰接條件。 4.2主要參數(shù)計(jì)算 4.2.1齒輪模數(shù)計(jì)算 按齒根彎曲強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)，公式為

32、 （4-7） 對(duì)于直齒輪傳動(dòng)取算式系數(shù)； ：中心輪的名義轉(zhuǎn)矩， ； ：使用系數(shù)，根據(jù)表6-7得； ：綜合系數(shù)，查表6-5得； ：計(jì)算行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)，根據(jù)公式6-5查得； ：中心齒輪齒形系數(shù)，圖6-22可得； 齒寬系數(shù) ：齒輪副中中心輪齒數(shù)，； ：試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限，根據(jù)圖6-26～6-30取 取 4.2.2 計(jì)算幾何尺寸 （1）分度圓直徑d （2) 齒頂圓直徑 （3) 齒根圓直徑 （4）齒寬b （5) 中心距A 外嚙合齒輪副 內(nèi)嚙合齒輪副 4.3傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)

33、算及校核 4.3.1 彎曲強(qiáng)度計(jì)算與校核 （1）選擇齒輪材料及精度等級(jí) 由于中心輪要求的強(qiáng)度、速度及精度都不高，因此選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度，精度選用8級(jí)，要求齒面粗糙度1.6；行星輪、內(nèi)齒輪參加的嚙合次數(shù)少，齒面硬度應(yīng)比小齒輪低30至50，取，材料選用45號(hào)鋼，正火處理，選8級(jí)精度，要求齒面粗糙度3.2。 （2）齒形系數(shù) ，， （3）應(yīng)力修正系數(shù) ，， （4）許用彎曲應(yīng)力 ， 查《行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》得：，， ==1； 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核合格。 4.3.2齒輪齒面強(qiáng)度的計(jì)算及校核 （1）齒面接觸應(yīng)力

34、 （4-8） （4-9） （4-10） （2）許用接觸應(yīng)力為 許用接觸應(yīng)力可按下式計(jì)算，即 （4-11） （3）強(qiáng)度條件 校核齒面接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件：大小齒輪的計(jì)算接觸應(yīng)力中的較大值均應(yīng)不大于其相應(yīng)的許用接觸應(yīng)力為，即； 或者校核齒輪的安全系數(shù)：大、小齒輪接觸安全系數(shù)值應(yīng)分別大于其對(duì)應(yīng)的最小安全系數(shù)，即； 查表6-11可得，所以。 4.3.3 有關(guān)系數(shù)和接觸疲勞極限 （1）使用系數(shù) 根據(jù)表6-7 選

35、取 ； （2）動(dòng)載荷系數(shù) 根據(jù)圖6-6可得； （3）齒向載荷分布系數(shù) 對(duì)于接觸情況良好的齒輪副可??； （4）齒間載荷分配系數(shù)、 根據(jù)表6-9得： ， （5）行星輪間載荷分配不均勻系數(shù) 根據(jù)公式7-13 可得： （4-12） 根據(jù)圖7-19 可得： 仿上 ； （6）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 根據(jù)圖6-9查得； （7）彈性系數(shù) 根據(jù)表6-10查得； （8）重合度系數(shù) 根據(jù)圖6-10查得； （9）螺旋角系數(shù) （10）試驗(yàn)齒的接觸疲勞極限 根據(jù)圖6-11～圖6-15查得； （11）最小

36、安全系數(shù)、 根據(jù)表6-11可得、； （12）接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) 根據(jù)圖6-11查得； （13）潤(rùn)滑油膜影響系數(shù)、、 根據(jù)圖6-17、圖6-18、圖6-19查得、、； （14）齒面工作硬化系數(shù) 根據(jù)圖6-20查得； （15）接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù) 根據(jù)圖6-21查得，得 所以，齒面接觸校核合格。 第5章 直齒錐齒輪的設(shè)計(jì) 在自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中采用齒數(shù)比的錐齒輪作為轉(zhuǎn)角器，按無(wú)限壽命計(jì)算，動(dòng)力由動(dòng)力軸通過(guò)錐齒輪傳遞到傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸帶動(dòng)兩個(gè)輪一起同方向運(yùn)動(dòng)。 以下計(jì)算所用公式、圖標(biāo)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]查得。 5.1 齒輪材料、熱處理方法

37、、精度和齒數(shù) （1）選擇齒輪材料與熱處理。根據(jù)工作條件，此次設(shè)計(jì)的清潔車(chē)采用閉式軟齒面?zhèn)鲃?dòng)。查表7-1，取齒輪材料為45號(hào)鋼，正火處理，硬度。 （2）選擇齒輪的精度。此次設(shè)計(jì)的清潔車(chē)為室內(nèi)一般工作機(jī)器，速度不高，參閱表7-7，初定為8級(jí)精度。 （3）初選齒數(shù)。再設(shè)計(jì)中，小錐齒輪齒數(shù)一般為，因?yàn)樵擙X輪為開(kāi)式齒輪傳動(dòng)取最小值，所以取，。 5.2 確定材料許用接觸應(yīng)力 （1）確定解除疲勞極限，由圖7-18（a）查MQ線得 （2）確定壽命系數(shù)，由已知條件，取。 （3）確定尺寸系數(shù)，由圖7-20查的 （4）確定安全系數(shù)，由表7-8取。 （5）計(jì)算許用接觸應(yīng)力 5.3 在標(biāo)

38、準(zhǔn)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則中，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 計(jì)算接觸強(qiáng)度，其公式為 （5-1） 確定上式中的各計(jì)算數(shù)值如下。 （1）試選載荷系數(shù)。 （2）選取齒寬系數(shù)。 （3）由表7-5得材料的彈性影響系數(shù)。 （4）由圖7-14確定節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 。 （5）試算所需齒輪的直徑 5.4 確定實(shí)際載荷系數(shù)與修正分度圓 （1）確定使用系數(shù)，按電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，查表7-2取。 （2）確定動(dòng)載荷系數(shù) 計(jì)算平均圓周速度 查表7-7，初定的8級(jí)精度足夠，由齒輪的速度與精度查圖7-8得。 （3）確定齒間載荷分配系數(shù) 錐距 齒寬初

39、定 圓周力計(jì)算 單位載荷計(jì)算 由表7-11查得 （4）確定齒向載荷分布系數(shù) 由表7-12取，有效工作齒寬，按式（7-34）計(jì)算得 （5）計(jì)算載荷系數(shù) （6）按實(shí)際載荷系數(shù)修正所算的分度圓直徑，由式（7-12）計(jì)算得 （7）試算模數(shù) 5.5 齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 按式（7-38）計(jì)算彎曲強(qiáng)度，其公式為 （5-2） 確定上式中的各計(jì)算數(shù)值如下。 （1）由圖7-21（a）確定彎曲極限應(yīng)力值，取 （2）由已知條件取彎曲疲勞壽命系數(shù) （3）由表7-8確定彎曲疲勞安全系數(shù)，查得 （4）由圖7-23確定尺寸系數(shù)，得 （

40、5）按式（7-22）計(jì)算彎曲強(qiáng)度需用應(yīng)力得 （6）確定齒形系數(shù)、 計(jì)算分度圓錐角 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)、 查圖7-16取 （7）確定應(yīng)力校正系數(shù)，根據(jù)、由圖7-17查得。 （8）將以上各值代入公式計(jì)算得 由于齒輪的模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度，所以將計(jì)算的結(jié)果3.1按照表7-9錐齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)圓整為。再根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算出的分度圓直徑，協(xié)調(diào)相關(guān)參數(shù)與尺寸為： ， 錐齒輪分度圓直徑 這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的錐齒輪能在保證滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度的前提下，取較多的齒數(shù)，做到結(jié)構(gòu)緊湊，減少浪費(fèi)，且重合度增加，傳動(dòng)平穩(wěn)。 第6章 軸的設(shè)計(jì)

41、本次設(shè)計(jì)主要涉及以下三根軸：電機(jī)傳動(dòng)到齒輪的電機(jī)軸，動(dòng)力由行星輪傳遞到錐齒輪的動(dòng)力軸以及錐齒輪帶動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)軸，以下分別對(duì)三根軸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 6.1電機(jī)軸的設(shè)計(jì) 以下計(jì)算所用公式由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]查得。 （1）選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 電機(jī)輸出的動(dòng)力由電機(jī)軸傳遞到太陽(yáng)輪，此時(shí)對(duì)軸的性能要求較高，因此材料用45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理,由表12-1查得強(qiáng)度極限,許用彎曲應(yīng)力。 （2）估算軸的最小直徑 按初步估算軸的最小直徑，根據(jù)表12-3取，得： （3）確定各軸段的直徑與長(zhǎng)度 由于電機(jī)軸作為傳動(dòng)軸一端連接電機(jī)一端連接與齒輪，因此取軸段直徑，為減少軸的變形同時(shí)受機(jī)器高度的影響取

42、總廠；軸另一端連中心輪，該齒輪的齒頂圓直徑（是軸的直徑），應(yīng)將齒輪與軸制成一體，稱(chēng)為齒輪軸。此時(shí)可選軸的直徑比第一段稍大，齒輪與軸用鍵連接，電機(jī)軸的直徑在到之間，選用的鍵的尺寸為。 設(shè)計(jì)結(jié)果畫(huà)出軸的結(jié)構(gòu)草圖： 圖6.1電機(jī)軸 6.2動(dòng)力軸的設(shè)計(jì) （1）選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 動(dòng)力經(jīng)行星輪后傳遞到轉(zhuǎn)角器，此時(shí)對(duì)軸比較重要，對(duì)軸要求的性能較高，因此材料用45號(hào)鋼,正火處理,由表12-1查得強(qiáng)度極限,許用彎曲應(yīng)力。 （2）估算軸的最小直徑 按初步估算軸的最小直徑，根據(jù)表12-3取，得： （3）確定各軸段的直徑與長(zhǎng)度 動(dòng)力軸分別在兩端連接行星輪與錐齒輪，連接行星輪一段用鍵

43、固定行星輪，另一端用推力軸承固定錐齒輪，這樣可以消除因錐齒輪產(chǎn)生的軸向推力。因此取軸段直徑，軸長(zhǎng)為行星輪的齒寬?。惠S另一端連接錐齒輪，用推力軸承固定軸與錐齒輪，根據(jù)錐齒輪的受力情況選用單向推力球軸承5 1106，其尺寸為，因此，。中間軸段長(zhǎng)。 設(shè)計(jì)出的草圖如下： 圖6.2動(dòng)力軸 6.3傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) （1）選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 傳動(dòng)軸由左右兩小段通過(guò)電磁離合器連接成一個(gè)整體，左右分別裝一個(gè)車(chē)輪，車(chē)輪用圓錐滾子軸承連接軸，中間通過(guò)錐齒輪傳導(dǎo)來(lái)自電機(jī)的動(dòng)力。此時(shí)軸比較重要，對(duì)軸要求的性能較高，因此材料選用20Cr,滲碳回火處理,由表12-1查得強(qiáng)度極限,許用彎曲應(yīng)力。 （2）估

44、算軸的最小直徑 按初步估算軸的最小直徑，根據(jù)表12-3取，得： （3）確定各軸段的直徑與長(zhǎng)度 清潔車(chē)的總體寬度小于400mm，取傳動(dòng)軸總長(zhǎng)。根據(jù)軸的最小直徑，選定圓錐滾子軸承30325，其尺寸為，可知軸段，由動(dòng)力軸上的錐齒輪可知第二段軸的直徑為，電磁離合器的軸徑也為，可將從電磁離合器處分成左右兩段，接有電磁離合器的一段長(zhǎng)為，錐齒輪與離合器之間留有一定的間隙，因此取。剩余的長(zhǎng)度按機(jī)構(gòu)的比例2:1對(duì)分，則，。 按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出的草圖 圖6.3傳動(dòng)軸 6.4軸的校核 通過(guò)對(duì)軸的各個(gè)尺寸的確定，軸上零件的位置及外載荷和支反力的作用位置也已確定，軸上的載荷可以通過(guò)計(jì)算求得，因此可按彎扭合成

45、強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。對(duì)以上三根不同的軸，此處選取電機(jī)軸來(lái)進(jìn)行校核。 （1）齒輪受力計(jì)算 （2）作用在軸上的反支力 垂直面內(nèi)反支力： 水平面內(nèi)反支力： （3）做出彎矩圖 分別計(jì)算水平面與垂直面內(nèi)的力產(chǎn)生的彎矩 總彎矩 （4）作扭矩圖 圖6.4扭矩圖 （5）校核軸的強(qiáng)度 因，所以，軸是安全的。 第7章 電磁離合器的選擇 電磁離合器是主、從動(dòng)件在同軸線上傳遞動(dòng)力時(shí)，具有結(jié)合與分離功能的設(shè)備。電磁離合器的選擇是為了控制自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的直走與轉(zhuǎn)向，電磁離合器接合時(shí)，清潔車(chē)直走；斷開(kāi)時(shí)，清潔車(chē)左右兩輪形成差動(dòng)從而轉(zhuǎn)向，避開(kāi)

46、障礙物。 電磁離合器可分為：干式電磁離合器，濕式電磁離合器，磁粉離合器，轉(zhuǎn)差式電磁離合器。濕式電磁離合器工作時(shí)必須有油液或其他泠卻液冷卻和潤(rùn)滑，相對(duì)較麻煩；磁粉離合器有較大滑差時(shí)溫升較大且相對(duì)價(jià)格高，不符合本次設(shè)計(jì)的目的；轉(zhuǎn)差式電磁離合器可調(diào)整勵(lì)磁電流來(lái)改變轉(zhuǎn)速，作無(wú)極變速，但工作時(shí)轉(zhuǎn)子中的渦流會(huì)產(chǎn)生熱量，尤其是低轉(zhuǎn)速時(shí)工作效率低。本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)清潔車(chē)轉(zhuǎn)速不高，轉(zhuǎn)差式電磁離合器也不合適。而干式電磁離合器的傳達(dá)的散熱好、扭力快、耐久性強(qiáng)、組裝維護(hù)容易。因此選用干式電磁離合器。再根據(jù)軸傳遞的扭矩及其規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)選定干式單板電磁離合器CG1010AA。[12]

47、 第8章 展望 雖然我們對(duì)自動(dòng)清潔車(chē)的研發(fā)已經(jīng)取得了一定的成果,并且走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)，實(shí)用化、商品化。很多機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)的功能已被傳感器代替，清潔車(chē)的體型也越來(lái)越小，但其工作效率、清掃程度還不夠理想,因此在傳感器規(guī)劃定位和環(huán)境認(rèn)知建模等問(wèn)題上還需我們繼續(xù)努力。在這種情況下,自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)將向著多功能化、超智能化、高性?xún)r(jià)比的方向發(fā)展。[13] 8.1 多功能化 自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)作為一個(gè)智能移動(dòng)清潔平臺(tái),除了具有清潔地面，收集垃圾的功能之外還需集其他多功能與一身。據(jù)世界火災(zāi)中心的調(diào)查報(bào)告，我國(guó)每年約發(fā)生火災(zāi)三萬(wàn)起，造成的總損失占國(guó)家GDP的1%，鑒于此情況，如果

48、室內(nèi)清潔車(chē)能有自動(dòng)防火報(bào)警系統(tǒng)將是一件多么完美的事。除此之外，家庭防盜的設(shè)計(jì)，室內(nèi)環(huán)境溫度的控制，家電開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)等，都能給人們的生活帶來(lái)質(zhì)的改變。試想下，每天下班回到家就能有一個(gè)舒適干凈的生活環(huán)境，是不是一件很美妙的事。如此集多功能與一體的清潔車(chē)才是人類(lèi)未來(lái)所急需的產(chǎn)品，也將是人類(lèi)終將實(shí)現(xiàn)的一個(gè)夢(mèng)想。 8.2 超智能化 現(xiàn)在的自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)在清掃過(guò)程中對(duì)室內(nèi)環(huán)境的的路徑規(guī)劃還不夠完善，對(duì)室內(nèi)環(huán)境的感知能力也有限。因此，在家具眾多和房間數(shù)量增加的環(huán)境下,工作效率急劇下降。因此,自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向是擁有一個(gè)超智能化的系統(tǒng)。近距離感應(yīng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)感知周?chē)沫h(huán)境，根據(jù)周?chē)h(huán)境規(guī)劃出

49、清掃路徑。定位和視覺(jué)系統(tǒng)的多傳感器融合環(huán)境建模，了解室內(nèi)環(huán)境骯臟程度，清理骯臟的地方集中，真正的人工智能。自動(dòng)充電系統(tǒng)根據(jù)清潔車(chē)自身電量的多少，配合其他感應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理清潔時(shí)間，并在低電量下自動(dòng)尋找插座，利用無(wú)線感應(yīng)為自身提供充足的電量。多種系統(tǒng)相互配合、協(xié)調(diào)，優(yōu)化成一個(gè)超智能化的平臺(tái)。 8.3 高性?xún)r(jià)比化 自動(dòng)清潔車(chē)是一個(gè)高度智能的平臺(tái),應(yīng)用了許多高性能的傳感器和先進(jìn)的制造技術(shù),因此在制造成本上偏高。試想哪個(gè)普通家庭僅僅會(huì)為了方便，而花費(fèi)近萬(wàn)元去買(mǎi)一臺(tái)清潔車(chē)，因此為了平明百姓都可以享受科技進(jìn)步帶來(lái)的成果,降低成本是每個(gè)商家必須考慮的問(wèn)題，是一條必由之路。在不偷工減料的情況下，為了降低其

50、成本,我們必須開(kāi)發(fā)出自動(dòng)清潔車(chē)專(zhuān)用的路徑規(guī)劃及控制系統(tǒng)。另外,藍(lán)牙、NFC技術(shù)在家電行業(yè)的應(yīng)用,是值得我們借鑒的好例子。通過(guò)近距離感應(yīng)技術(shù)代替高價(jià)格的傳感器，此方法有望在短時(shí)間內(nèi)將智能清潔車(chē)的價(jià)格控制在千元之內(nèi)。 隨著自動(dòng)清潔車(chē)專(zhuān)用技術(shù)的研究、靜距離感應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用以及性?xún)r(jià)比的不高提高，加上人們生活質(zhì)量的提升，根據(jù)現(xiàn)有的軟硬件條件,相信未來(lái)幾年內(nèi)自動(dòng)清潔車(chē)能像普通電子產(chǎn)品一樣走進(jìn)尋常百姓家,使科技更好地為人類(lèi)服務(wù)。 總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的目的是為了減輕人們的清潔負(fù)擔(dān)，讓人們回到家后，不必為臟亂的地面而煩擾，

51、為人們營(yíng)造一個(gè)干凈舒適的生活環(huán)境。 自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)主要有三個(gè)部分組成：車(chē)身機(jī)架，自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，清潔系統(tǒng)。由于時(shí)間有限，此次設(shè)計(jì)只完成了前面兩個(gè)部分的設(shè)計(jì)，有什么不足的地方還望老師見(jiàn)諒。車(chē)身機(jī)架的設(shè)計(jì)采用圓盤(pán)形，為了能使清潔車(chē)碰到障礙物時(shí)能輕松轉(zhuǎn)向，在機(jī)架上裝有壁輪。自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向輪機(jī)構(gòu)與雙自由度行星輪機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)兩者原理的疊加，形成了自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，這是本次設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)。 此次自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)涉及圓柱直齒輪、錐齒輪、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，連接件如平鍵、軸承、電磁離合器的選用。通過(guò)對(duì)這些機(jī)械零件的學(xué)習(xí)，我更加了解了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程及各種零件間的配合關(guān)系。懂得了齒輪只有在模數(shù)、壓力角都相同的情況下

52、才能相互正確嚙合；齒輪的根切現(xiàn)象：用展成法加工齒輪，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀刃的頂部切入齒輪的根部，把齒根切去一部分，破壞漸開(kāi)線齒廓；合理選擇材料、加工方法，這樣既能節(jié)約能源又能降低制造成本。 雖然我們即將離開(kāi)神圣的殿堂，但此次設(shè)計(jì)并不是我們學(xué)習(xí)的終點(diǎn)，相反，工作中學(xué)習(xí)之路才剛剛開(kāi)始。在以后的工作中我們要靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮它們的價(jià)值，學(xué)有所用，用知識(shí)的力量改變世界。 參考文獻(xiàn) [1] 劉剛，趙偉. 自動(dòng)清掃車(chē)[P].中國(guó)專(zhuān)利：200720158779，2012-04-11. [2] JohnJ.D'azzo. Linear C

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55、力。此次我設(shè)計(jì)的是自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到不很多苦難與麻煩，但通過(guò)湯老師的指導(dǎo)、與同學(xué)之間的交流，經(jīng)歷重重磨難，并最終完成了本次設(shè)計(jì)。 從最初選擇的論文標(biāo)題，對(duì)題目的了解到設(shè)計(jì)、繪圖直至最后完成設(shè)計(jì)，都花費(fèi)了不少心血。設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于基礎(chǔ)知識(shí)不牢固、跨度大，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)顯得很欠缺，所以遇到了不小的困難。其間，通過(guò)圖書(shū)館查閱資料，湯老師的悉心指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改，在此真誠(chéng)地感謝指導(dǎo)老師和同學(xué)的悉心幫助。 通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉，我復(fù)習(xí)了以前學(xué)過(guò)的各科專(zhuān)業(yè)知識(shí)，加深了對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)知，或許這就是古人常說(shuō)的“溫故而知新”。首先，自己對(duì)于鍵、離合器的選擇，齒輪、軸等的設(shè)計(jì)在實(shí)踐中又一次得到了鍛煉，培養(yǎng)了獨(dú)立思考的能力，提高了設(shè)計(jì)的思維；其次，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我也發(fā)現(xiàn)了自己對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)知還很薄弱、不能靈活應(yīng)用；最后，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)做出的自動(dòng)轉(zhuǎn)向清潔車(chē)是在我走向工作崗位前的一次磨練和檢驗(yàn)，也是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)一次全面性的復(fù)習(xí)。雖然即將離開(kāi)知識(shí)的殿堂，但學(xué)習(xí)之路還很漫長(zhǎng)。今后更應(yīng)該在生活中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中生活，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。 學(xué)生簽名： 日 期： 年 月 日