小型手推清掃車畢業(yè)設計說明書.doc

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畢 業(yè) 論 文 論文題目 小型手推式道路清掃車設計 系 別 專 業(yè) 班 級 學 號 學生姓名 指導教師（簽名） 完成時間 2012 年 5 月 摘要 小型手推式道路清掃車是為城市住宅小區(qū)、廠礦、小街小巷等比較狹窄及有臺階的復雜路面的清掃而設計的專用車輛。結合未來的發(fā)展方向，以人性化、審美性和環(huán)保設計為立足點，基于人杌工程學的設計理念和設計理論，從人性化設計、功能區(qū)的布局和總體造型3個方面對小型清掃車進行了創(chuàng)新設計。此設備屬中小型清掃工具，可以對各種大小的垃圾進行清理，兩側的清掃刷可方便的清掃墻角及靠近障礙物的地方。其特點是操作方便，結構緊湊，節(jié)能環(huán)保。在實際使用中，得到很好的作業(yè)效果。 本文介紹了該車的設計思想、主要部件的設計方案和技術參數(shù)。課題研究中，通過查閱搜集大量資料，對不同清掃設備進行分析對比最終確定出一種較為理想的道路清掃車的設計方案，然后根據(jù)已定方案進行了具體結構的設計計算，并使該設備的結構更加緊湊可靠。確定出各個機構零部件的尺寸及型號后，并對其進行了校核以保證其能夠滿足設計要求。由于該設備的零部件相對比較普通易于制造，因此該設備的制造成本較低，是一種較為理想的經(jīng)濟實用的道路清掃工具。 關鍵詞：小型手推式道路清掃車 設計 環(huán)保 制造成本 The designing of a minitype hands push road sweeper Abstract A minitype hands push road sweeper is designed for road cleaning on complex roads which is compare narrow and has stairs in residential quarters of city, factory area, back street and so on. Combined with the future developing direction, based on ergonomics, a new small cleaning Vehi: ele wag designed. The innovating design considered humanization, aesthetics, and environment protection. The humanization design, function areas layout, and general modeling were introduced. This equipment is the medium and small sweeper, which can carry on the cleaning to each kind of trash. Both brushes can facilitate to sweep the wall corner and the near obstacle clearly. It features simple operation, compact structure, and high efficiency and it is better for energy conservation and environment protection. The article introduces design theory, design plan of mostly parts and technology parameter of this vehicle. In this article, massive materials can be collected. One more ideal corridor sweeper design proposal has been determined by analysis and comparison of the different scavenging arrangement. Then the concrete structure design calculation can be made according to this plan. The structure of this equipment can be made more compacted. The strength of all parts are calculated, and they all guarantee the request of design. Because the parts of equipment can be made quite easily, and the production cost is quite low, it is one more ideal economical practical corridor sweeper. Key Words: A minitype hands push road sweeper the design environmental protection Production cost 目錄 第1章 緒論 1 1.1 前 言 1 1.2 清掃設備的分類及工作原理 2 1.3 清掃機械的國內外發(fā)展狀況及發(fā)展趨勢 4 1.4 發(fā)現(xiàn)的問題和解決途徑 5 1.5 課題需要完成的任務 6 第2章 清掃車的總體設計 7 2.1 設計主要技術要求 7 2.2 總體方案的確定 7 第3章 電機驅動裝置的確定 9 3.1 蓄電池的選擇 9 3.2 電動機的選擇 10 第4章 V帶和V帶輪的結構設計 14 4.1 V帶的帶型選擇及優(yōu)缺點 14 4.2 對V帶輪設計的主要要求 14 4.3 帶輪材料的選用 14 4.4 傳動比的分配 14 4.5 帶輪的選擇設計 15 第5章 主軸及鍵的設計計算 23 5.1 主軸的結構設計與計算 23 5.2 軸的校核 24 5.3 鍵的校核 27 第6章 錐齒輪的設計計算 28 6.1 錐齒輪的各參數(shù)設計與計算 28 6.2 錐齒輪校核計算 32 第7章 工作系統(tǒng)的設計 34 7.1 側刷裝置的設計 34 7.2 主刷裝置的設計 35 7.3 噴水裝置的設計 36 7.4 工作系統(tǒng)機構設計的特點與不足 37 第8章 車架的設計與車體造型設計 38 8.1 車架的設計 38 8.2 車體造型設計 39 8.3 清掃車的整體結構設計 40 總結 42 參考文獻 43 謝辭 45 第1章 緒論 1.1 前 言 環(huán)保是世界發(fā)展的主題，是每個城市關注的焦點，也是每個人的責任。近年來環(huán)保設備更是相繼而出，清掃車就是其中重要的環(huán)衛(wèi)設備之一。路面清掃車是一種集路面清掃、垃圾回收和運輸為一體的新型道路清掃設備。近年來，利用道路清掃車進行路面養(yǎng)護已經(jīng)成為一種潮流，在未來它將成為城市中一道亮麗的風景線。 從20世紀60年代我國研制生產(chǎn)路面清掃機械并投放市場使用的主要是以大型清掃車為主，造價高、費用大、維修困難等原因普遍使用有一定難度，且其造型對城市的美化和宣傳環(huán)保的作用并沒有完全表現(xiàn)出來，也沒有突出造型設計的人性化。而中小型清掃車的研制開發(fā)則剛剛起步，相對于發(fā)達國家，我國地面清掃車在銷售規(guī)模、技術水平、清掃效果等方面都存在一定的差距。 隨著公共環(huán)境衛(wèi)生、工廠清潔機械市場的迅猛發(fā)展，2005年之后，國內地面清掃機開始呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢。但與國外相比，國內還停留在市場的初級發(fā)展階段。 目前，許多國家研制的小型清潔機器人應時而生。日本、美國、歐洲各大廠商競相開發(fā)，有些產(chǎn)品甚至很超前很微型。例如，有一種具有高效吸塵除灰功能的清潔機器人，可遙控也可自主運作，能轉向，躲避障礙物，有很高的實用價值，構造上也很靈巧簡單美觀，可對家居、廠礦企業(yè)等地面進行清潔，幫助人們從繁雜的勞動中解放出來。在這方面，國內的研發(fā)步伐較慢。我國已逐步進入現(xiàn)代化社會，靠人力掃把、鐵鍬、小車等陳舊、落后的清掃方式及設備，已不能滿足社會進步的需要。特別是現(xiàn)代化的工廠不斷建成，機關、小區(qū)、醫(yī)院、學校和公共場地面的清掃工作也越來越繁重，靠大型清掃車不能解決問題，嚴重干擾了人們的生活。因此急需開發(fā)一種成本低、節(jié)約人力物力、清掃效果良好的適應院落、小區(qū)、小巷、倉庫、走廊等小區(qū)域場所的小型清掃設備。 由于人們對環(huán)境污染問題越來越重視，燃油車在很大程度上受到限制。政府大力提倡綠色能源設備。近日國家出臺燃油含稅的政策，給電動掃地車帶來福音。小型清掃設備因其實用性強、 垃圾清掃率高 、污染小、成本底、結構緊湊、操作簡單、維修方便等特點具有廣泛的市場前景和實用價值。為了解決人力清掃耗力大、效率低、危險性高、維修困難及汽車清掃費用高等問題而提出了本實用小型手推式道路清掃車。該小型清掃車系統(tǒng)地總結了小型道路清掃車的發(fā)展狀況，結合未來的發(fā)展方向，以人性化、審美性和環(huán)保設計為立足點，基于人機工程學的設計理念，從人性化設計、功能區(qū)的布局和總體造型3個方面對小型道路清掃車進行了創(chuàng)新設計。其工作效率高，適用于校園道路、街道廣場、較大的院落、倉庫、狹窄的小巷、走廊等，可供鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上的城市全能使用，本機自代垃圾箱，在推行時就將路面上的雜物卷進垃圾箱，方便快捷。 小型手推式道路清掃車的有益效果是，利用錐形盤狀滾刷與地面有一定角度將垃圾掃到車體底部的路面中間，再利用圓柱形滾筒平行地面相切產(chǎn)生的旋轉力，將路面上的垃圾通過滾筒的傳送帶送入垃圾箱，完成連續(xù)清掃任務。本機制造和使用成本低、投資小、使用廣泛、靈活、方便，適用于城市、城鄉(xiāng)、廣場、場區(qū)等非機動路面；清掃效率高、清掃力度大、操作簡單；不但能清掃垃圾，而且還可以對道路上的空氣介質進行除塵凈化，既保證了道路的美觀，維護了環(huán)境的衛(wèi)生，延長了路面的使用壽命，又維持了路面的良好工作狀況，預防了交通事故的發(fā)生。 本文具體介紹了小型手推式道路清掃車的總體設計，并根據(jù)現(xiàn)在清掃機發(fā)展趨勢及我國國情詳細說明了設計的過程以及所應用的參考文獻，并以圖例和數(shù)據(jù)表格來輔助說明設計的詳細內容。此小型道路清掃車的設計過程涉及很多方面的知識，由于實踐等方面的不足可能會出現(xiàn)很多文字及內容的不夠周全，謹請有關老師給予批評指正。 1.2 清掃設備的分類及工作原理 清掃設備按大小可分為大型清掃設備和中小型清掃設備。大型清掃設備主要是清掃車，由于本課題主要研究的是小型清掃設備，大型的清掃設備在此不再多述。而現(xiàn)有的小型清掃設備主要按清掃方式、發(fā)動機形式、除塵系統(tǒng)等分類。 1.2.1 按清掃方式分類 按清掃方式小型掃路車可分為純掃式、純吸式和吸掃式三類。 1、純掃式小型掃路車 純掃式小型掃路車只是依靠位于掃路車兩側的蝶形刷和位于掃路車中部的滾筒刷的相互接力完成對路面的清掃。蝶形刷有很好的壓力調節(jié)裝置，可有效的清除地面的黏著物，提高清掃質量。刷毛具有很好的強度與彈性，它的設置同時增加了掃路機的清掃寬度，加大了清掃面積。滾筒刷除了清掃地面的垃圾外還有將垃圾掃入車內垃圾箱的作用。此掃路機所需功率小，操作簡單，其主要缺點是對塵土特別是細小顆粒的塵土清掃效果差清掃過程產(chǎn)生揚塵。 2、純吸式小型掃路車 純吸式小型掃路車的吸掃系統(tǒng)主要由風機、風道、吸塵嘴等組成。作業(yè)時發(fā)動機直接驅動風機將落塵箱內的空氣通過出氣管道輸送到吸塵罩內，在吸塵罩內產(chǎn)生漩渦氣流，罩內的垃圾在氣流的沖擊下懸浮起來；在吸塵嘴的另一端有吸氣管道，在風機的作用下將懸浮的垃圾隨氣流吸進落塵箱內。此掃路機克服了純掃式掃路車對塵土清掃不利的缺點，吸塵率較高，但它的缺點是不利于對馬路邊溝垃圾清除，在濕地上作業(yè)效果不好。 3、吸掃式小型掃路車 吸掃式小型掃路車汲取前兩類掃路機的特點，其清掃系統(tǒng)通過由蝶形刷和風機、風管道、吸塵嘴等組成。蝶形刷的設置加強了對馬路邊溝的清掃，將兩側的垃圾掃到吸塵嘴的工作區(qū)域，再由吸塵系統(tǒng)將垃圾吸入車內的垃圾箱。此掃路車工作效率高，適合任何道路環(huán)境的清掃，但其結構比較復雜，成本較高。 1.2.2 按發(fā)動機形式分類 按發(fā)動機形式小型掃路車可分為內燃車與電動車兩類。 隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，以電瓶為原動力驅動不存在尾氣排放問題的電動小型掃路車近年來越來越受到人們的青睞。此掃路車采用無級變速系統(tǒng)根據(jù)路況自動調整清掃速度，工作效率高，工作時噪音比內燃機要低得多，具有杰出的環(huán)保性能。且其傳動系統(tǒng)結構非常簡單，小巧靈活，有利于整體結構設計。它的主要缺點是連續(xù)工作時間受到限制：通常工作一個班次以后（6-8小時），要對電瓶進行充電，因而每次作業(yè)后的維護時間比較長。 1.2.3 按除塵系統(tǒng)分類 除塵系統(tǒng)是小型掃路車的重要組成部分，掃路車沒有它將會造成嚴重的空氣污染。其可分為濕式除塵和干式除塵兩種方式。 濕式除塵系統(tǒng)通常由水箱、水泵、水管、噴霧嘴等組成。作業(yè)時水被加壓并霧化噴出，地面的塵土被水潤濕后會增重、聚合，使塵土的質量不斷增加，從而達到控制揚塵的目的。這種除塵方法簡單有效，成本低，技術難度小。而不灑水只靠吸嘴吸塵的方式為干式。 本次設計的小型手推式道路清掃車是手推式機械濕刷式的，由機架、發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、垃圾箱、垃圾傳送系統(tǒng)組成。其設置清掃路面的垃圾裝置，能連續(xù)清掃路面垃圾并自動將垃圾傳送到垃圾箱。該清掃車解決其技術問題所采用的技術方案是：用一臺電動機做動力，通過V帶帶動錐齒輪、齒輪、機體前面底部的滾刷轉動進行清掃；通過V輪帶動滾筒垃圾傳輸裝置，將滾刷清掃的垃圾輸送到垃圾箱里。其結構是在機架的前車底安裝兩個可旋轉的工業(yè)腳輪作支撐，承載電機的重量，同時起到更好的轉向作用。前下部左右安裝一對大轉輪，轉輪上安著椎形盤狀滾刷。車體的前底面是一塊板狀底，底板的上半部是鐵板、下半部是橡膠板，底板的上部與垃圾傳送裝置相連，并用一個擋板結構與垃圾箱相接，擋板與地面接觸；垃圾傳送裝置傾斜一定角度,由數(shù)根滾動條滾動帶動，其傳送帶上有數(shù)條倒鉤，以便更好的傳送垃圾，上端與垃圾箱相通。在機架的后面安裝一對可充氣的小車輪，方便行走，也可用來調整主刷與地面的距離；垃圾箱是安裝在機架后面，采用抽拉式的結構形式，方便垃圾箱的抽出和垃圾的傾倒，省時省力。前面的側刷是圓錐型的，接觸面與地面有一定的角度，并與地面距離可調。清掃時主刷、側刷、垃圾傳送裝置同時運轉，進行連續(xù)清掃。側刷用來清掃路牙，將垃圾掃到主刷的清掃范圍內，并可擴大清掃面積；主刷將垃圾掃到擋板架上，再掃到傳送裝置上，通過傳送裝置將垃圾送進垃圾箱。垃圾箱前端開口，以便傾倒垃圾。 1.3 清掃機械的國內外發(fā)展狀況及發(fā)展趨勢 近年來，國內外清掃機械的發(fā)展較快。國內有廠家引進了國外先進吸掃式清掃機工作裝置的生產(chǎn)技術，與國產(chǎn)汽車底盤配套生產(chǎn)清掃機，大大提高了國產(chǎn)清掃機的技術性能。 1.3.1 國外清掃機械的發(fā)展趨勢 國外清掃機起步較早，技術較先進。早在20世紀80年代中期隨著國外公路的修建速度趨于平緩，公路養(yǎng)護工作在國外已提到格外重要的位置。為適應養(yǎng)護工作需要，國外工業(yè)發(fā)達的國家開始將大量的資本和開發(fā)能力投向養(yǎng)護機械的研制生產(chǎn)，從而使國外養(yǎng)護機械得到了迅速發(fā)展。清掃軍的造型設計也是千奇百態(tài)，各具特色，大型、中型、小型清掃車的造型設計都得到了快速穩(wěn)定的發(fā)展。 國外小型道路清掃車無論是從內部構造還是外部造型上，都有很大的發(fā)展。綜觀世界發(fā)達國家八十年代末掃路機具有以下特點： 1、掃路機的傳動系統(tǒng)由機械傳動向全液壓傳動方向發(fā)展； 2、純吸式、純掃式工作原理向吸掃復合式工作原理發(fā)展； 3、干式除塵形式向先進的濕式除塵形式方向愛展； 4、體積大，自重大的掃路機 向體積小和機動性好的方向發(fā)展； 5、單一功能向多功能方向發(fā)展。 1.3.2 我國清掃機械的發(fā)展趨勢 我國環(huán)衛(wèi)機械起步較晚，已有的清掃車還是以大型清掃車為主，小型清掃車相對較少，并且有一些還是經(jīng)過改裝的小型清掃車，如將三輪摩托車的后部改裝為清掃車的箱體等等 ，其造型沒表現(xiàn)出對城市的美化和宣傳環(huán)保的作用，也沒有突出造型設計的人性化?？傮w而言，目前國內路面清掃車生產(chǎn)企業(yè)還沒有專門的小型清掃車技術研發(fā)中心，研發(fā)資金投入也較少，使得產(chǎn)品設計水平整體不高。 目前隨著我國經(jīng)濟迅速發(fā)展的勢頭，經(jīng)濟實力和消費能力越來越強，同時對節(jié)約成本的要求越來越高，政府把城市的規(guī)劃、建設、管理和加強環(huán)境綜合治理納入城市政府的主要職責，積極推進了環(huán)境衛(wèi)生事業(yè)得到了快速發(fā)展。可以明確，借這些機會，全國范圍內將掀起環(huán)衛(wèi)機械化市場快速發(fā)展的高潮。我們將在之前的技術基礎之上進行改進，把清掃車車型變得簡單輕便美觀，在增大承載容積和載荷能力的同時，降低清掃機的重量，提高使用壽命，減少噪聲，降低成本，使清掃車更加的人性化智能化，更加方便人們的使用，使其更加適應時代的發(fā)展和人們的需求。因此，小型道路清掃車在國內的發(fā)展前景是遠大的。 1.4 發(fā)現(xiàn)的問題和解決途徑 本課題要求是設計一種簡單，經(jīng)濟實用的城市道路掃車，其關鍵問題就在于如何很好的實現(xiàn)清掃功能。尤其使傳動系統(tǒng)、整體結構、工作裝置的設計。由于清潔器是一種出現(xiàn)比較晚的機械產(chǎn)品，因此在其設計過程中，不可避免的出現(xiàn)了很多未解決得難點疑點，總結其難點如下： 由于清掃車是一新興產(chǎn)品，掃地功能的實現(xiàn)結構還不成熟，很難查到相關的資料。因此掃地功能的實現(xiàn)是設計工作的一個很大的難點。對掃盤高度固定不能很好地適應不同的地面作業(yè)，垃圾體積的大小也受限；而且盤上安裝的小掃把的毛太硬，與地面直接接觸，這樣會增大車與地面之間的摩擦力，如果是人力驅動，會使人覺得很費力，如果是電力驅動， 會增大能源的浪費， 都會使掃把和蓄電池的壽命減少。清掃車工作時所產(chǎn)生的二次揚塵污染、漏垃圾、噪音大和產(chǎn)品可靠性等方面也較難解決的問題。清掃范圍的大小不僅與清掃車的各部分的尺寸有關，并與它的總體設計構形式有關。機構太小工作效率就會降低，清掃范圍也就變小滿足不了要求，機構太大則設備就會太大，從而增加轉彎半徑，使清掃車在城市路面中轉彎困難。還有防滑問題，因為該清潔車是通過輪子的轉動來帶動整個輪系的轉動來產(chǎn)生作用。但是一旦路面光滑，輪子產(chǎn)生打滑的現(xiàn)象，那么車內的輪系就根本不會轉動，這樣清潔車就完全失去了作用。因此合理的選擇機構的大小及機構布置極為重要且比較困難。 為了更好的了解所作題目，查閱已有文獻資料是十分重要的，由于手推式道路清掃車的資料很少的。因此，在設計過程中，廣泛的搜集資料，并借鑒了清潔機器人的一些數(shù)據(jù)資料對我的設計工作起了很大的幫助。在這些文獻綜述中，詳細的介紹了清潔機器人的一般設計思路，如外形的設計，機器人的驅動方式如何，具體結構等等，都對我即將所作的設計提供了很大的幫助，此外，為了更好的設計清掃車的內部結構，在軸、帶、齒輪等重要元件的設計過程中保證其結構的準確性，又對機械設計等專業(yè)課本進行了系統(tǒng)的復習，但還是有很多關鍵技術是專利項目，不會公布在資料之中的。所以，我參考用的資料并不能解決我在設計過程中所遇到的所有難點，有許多的問題是根據(jù)我自己的想法來做的。因為我的這些想法并不成熟，沒有太多的實踐性，所以，在解決一些棘手問題時并不能夠很好的解決。在今后的設計中，還需要通過實踐，對其一步一步的進行改進。 1.5 課題需要完成的任務 1.5.1 設計主要內容 本課題要求設計出的小型手推式道路清掃車能完成普通清掃的功能。完成小型手推式道路清掃車的方案設計以及結構組成，并對小型手推式道路清掃車結構進行受力計算，使其結構布局和受力更加合理。 其主要設計內容為： 1、電機驅動系統(tǒng)的設計（電機電池的選擇與安裝）； 2、傳動系統(tǒng)的設計（用帶傳動帶動主刷、側刷裝置的設計及垃圾傳送裝置的設計）； 3、帶傳動的選擇與設計； 4、齒輪的選擇與設計； 5、軸和軸承的設計； 6、機架的設計； 7、繪制清掃車的零件圖及裝配圖； 8、完成設計說明書。 1.5.2 設計工作基本要求 1、結合設計題目，在老師的指導下廣泛查閱文獻，并擬定一份合理的設計任務書； 2、根據(jù)參考文獻和課題要求，提出自己擬定的可行性方案，并寫出開題報告； 3、按要求對清掃車設計的結構與零件進行受力計算，使其結構布局和受力更加合理； 4、和老師充分研討，列出論文編寫大綱； 5、翻譯英文文獻； 6、認真撰寫論文，按時完成任務，準備答辯； 總的要求就是畢業(yè)設計結束后，能夠達到預定的目標。 第2章 清掃車的總體設計 2.1 設計主要技術要求 驅動方式是以蓄電池供電給電機驅動。電瓶驅動型利用自身無級變速系統(tǒng)，能使清掃車在作業(yè)時可以隨時根據(jù)路面污染狀況及時、迅速地調整清掃速度，提高了清掃作業(yè)的工作效率。且其噪音低，污染小，適合院落、停車場、室內等小場合的清掃作業(yè)。 利用碟形刷來增加掃路車的清掃寬度，每小時清掃面積不低于1000 平方米。 滾筒刷不但能夠清掃地面的垃圾外還起到把垃圾掃入機內垃圾箱的作用，垃圾箱容量不低于30L。 噴水系統(tǒng)要達到更理想的節(jié)能噴水，并能達到灰塵顆粒和水充分親和增重，不揚塵。水箱容量達到25L以上。 2.2 總體方案的確定 由于工作的場合對環(huán)境要求較高因動力裝置都選為噪音低，污染小環(huán)保的電力驅動。最初設計了許多的方案，最終綜合考慮認為以下這種方案最為有可能實現(xiàn)我們的課題要求，方案為下圖2-1圖2-2所示： 圖2-1 方案簡圖 圖2-2 方案簡圖 工作原理：人力推動清掃車前進，電動機1 逆時針轉動將運動利用帶傳動同時傳給帶輪3 和帶輪4，使帶輪3 帶動同一根軸上的小錐齒輪旋轉，小錐齒輪通過嚙合傳動帶動大錐齒輪6逆時針旋轉，大錐齒輪通過同軸的帶輪帶動一個與掃盤2 連接的帶輪轉動來使掃盤2 順時針旋轉，另一邊也是通過同樣的原理使掃盤逆時針旋轉，這樣就可以將兩側的垃圾掃到中間。再同時由帶輪7 帶動滾筒8 順時針旋轉，將垃圾滾入導向刮板14 ，通過傾斜的導向刮板14 將垃圾送入垃圾箱13 內，這樣就完成了對垃圾清掃的全部過程。 因此綜合考慮將此方案作為最終設計方案。 第3章 電機驅動裝置的確定 清掃工作中的各個運動裝置均由電機驅動運行的。電動機由動力蓄電池提供電源后轉動，并通過皮帶輪帶動掃盤、滾筒和水泵等作業(yè)裝置進行工作。下面分別對蓄電池與電機的選用進行分析。 3.1 蓄電池的選擇 動力電池是清掃作業(yè)裝置的動力源泉。電機電池的主要性能指標是比能量、比功率和使用壽命等。要使電機驅動清掃裝置的掃地車與副發(fā)動機驅動清掃裝置的掃地車相競爭，關鍵是開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長、成本低的動力電池。目前在電動汽車市場上使用的動力電池主要有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鈉硫電池、鋰離子電池、飛輪電池、燃料電池等等。從最終產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化可行性以及經(jīng)濟性綜合因素來考慮，在電動專用環(huán)衛(wèi)車輛上主要采用鉛酸動力電池與鋰離子動力電池。下面對這兩種電池性能作一個分析比較： 1、鉛酸動力電池 鉛酸動力電池已有多年的歷史，廣泛用作內燃機汽車的起動動力源。其優(yōu)點：可靠性好、原材料易得、價格便宜；比功率也基本上能滿足電力驅動系統(tǒng)的動力性要求。但它有兩大缺點：一是比能量低，所占的質量和體積太大，深度放電能力和低溫放電能力較差，不能快速充電且一次充電作業(yè)時間較短；另一個是循環(huán)使用壽命短，使用成本過高，報廢的鉛酸蓄電池因廢棄會造成二次污染。 2、鋰離子動力電池 鋰離子動力電池已經(jīng)成為電動汽車行業(yè)動力電池的長期開發(fā)目標。其優(yōu)點是：比能量、比功率較高；循環(huán)壽命長，可達1000次；充電放電效率高；功率輸出密度大；沒有記憶效應，且不會因廢棄造成二次污染，是綠色蓄電池。其缺點是：快速沖、放電性能較差，需要進一步解決對其充放電過程的控制和配備專用的充電器；對于大容量鋰離子電池組，還需要解決電池組的可靠性和各個單體電池之間的一致性。 清掃車所使用的蓄電池要求在使用過程中能夠完全放電，不排放有害氣體，不污染環(huán)境。由此針對此設計選用鋰離子動力電池，電池名稱為磷酸鐵鋰電池。 24V 10Ah磷酸鐵鋰電池組的有關技術規(guī)格為下表3-1所示： 表3-1 磷酸鐵鋰電池組技術規(guī)格 項目 規(guī)格 標稱容量 10Ah 標稱電壓 24V 電池內阻 ≤120mΩ 最大充電電流 6A 最大充電電壓 29.20.05 最大放電電流 20A 放電終止電壓 20V 使用壽命 1000次 工作溫度 -20~45℃ 外形尺寸 10083335(mm) 重量 3.8kg 價格 550元 此蓄電池的性能： （1）該電池為全密封式電動車專用蓄電池，體積小、質量輕、儲存能量多、自放電率低、比能量高等優(yōu)點； （2）安全性能好，原材料來源廣泛； （3）污染少，噪聲小?？蓽p少排污97%，甚至可做到零排污； （4）節(jié)約能源，為普通蓄電池耗能的2/3； （5）具有良好的過充電、過放電、溫度、過流、短路保護、鎖定自恢復以及均衡功能； （6）結構簡單、控制方便，易于操作和維修； （7）使用時間長，充電后每次可用15 小時； （8）有足夠的功率供清掃機達到每小時清掃面積不低于1000 平方米的要求； （9）使用壽命長，一般可充電800 次以上。 3.2 電動機的選擇 3.2.1 選擇電動機應綜合考慮的問題 1、根據(jù)機械的負載性質和生產(chǎn)工藝對電動機的轉矩、速度變化范圍、啟動頻率、制動和反轉以及工作環(huán)境等要求，選擇電機類型及安裝方式； 2、根據(jù)負載轉矩，速度變化范圍和啟動頻率程度等要求，考慮電動機的溫開限制、過載能力和啟動轉矩，選擇電動機功率，并確定冷卻方式，所選功率應大于或等于計算所需的功率，負荷率一般取0.8～0.9； 3、根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要保護方式，選擇電機的結構型式； 4、根據(jù)工作電壓和功率因數(shù)的要求確定電機的電壓等級和類型； 5、根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉速和對電力傳動調速系統(tǒng)的過渡過程的性能要求，以及機械減速機構的復雜程度，選擇電動機的額定轉速； 此外，選擇電動機還必須符合節(jié)能要求，運行可靠性、設備的供貸情況、備件的通用性、安裝檢修的難易以及產(chǎn)品的價格等。 3.2.2 電動機的選擇 1、電動機類型和結構形式 電動機類型和結構形式可以根據(jù)電源的種類、工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸）和載荷特點（性質、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。清掃車的電動機應放置在干燥及清潔的車箱內部，散熱條件較好，要選用臥式的安裝方式。 在移動的設備中和蓄電池配套的較常使用的電機有直流電動機和步進電動機。 直流電動機具有以下優(yōu)點： （1）優(yōu)良的調速特性，調速平滑、方便，調速比可達到1：200； （2）過載能力大，并能在低速下連續(xù)輸出額定轉矩； （3）能承受頻繁的沖擊性負載，可實現(xiàn)頻繁的無極快速啟動、制動和反轉； （4）容易購得，型號多，控制簡單。 直流電動機的缺點：結構比較復雜，電流通常較大，需要齒輪減速器進行減速，維護工作量大。 步進電動機的優(yōu)點有：步距角小，功率小，過載能力強，控制簡單，啟動和運行頻率較高，不通電時有定位轉矩，型號多，適合室內清掃機器人的速度。 步進電動機的缺點：功率與自重比小，運動平穩(wěn)性差，低速性能不好，體積大，負載能力低，運動時產(chǎn)生震動，易失步。 清掃車多在室外環(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，而且是直流齒輪減速電機。 2、直流齒輪減速電動機的選擇 直流齒輪減速電機是指轉軸上帶有齒輪減速器和直流電機(馬達)的集成體，這種集成體通常也可稱為齒輪馬達或齒輪電機。齒輪減速箱的作用是提供較低的轉速,較大的力矩。減速電機廣泛應用于鋼鐵行業(yè)、機械行業(yè)等，其優(yōu)點是簡化設計、節(jié)省空間，承受過載能力高，能耗低，性能優(yōu)越，振動小、噪音低。齒輪減速電機通常通過減小電機速度來增加旋轉能力。 因為直流電動機仍然從內部伸出兩個相同的插頭，所以齒輪減速電機與普通電機一樣使用方便。與最后一級齒輪相連的是一根轉軸。這個新轉軸的末端伸出減速器的頂部，便于輪子和其他元件與其相接。這個伸出減速器的新轉軸代替了伸出電動機的老轉軸。當查看電動機時，如果轉軸沒有從中心伸出，那么這個電動機可能是齒輪減速電動機。 選擇普通直流電動機所用的標準仍然適合用來選擇齒輪減速直流電動機，即檢查電壓，尺寸，重量和RPM。在大轉矩應用場合，常選用帶有金屬齒輪和金屬減速器機架的行星輪減速器。塑料齒輪具有非常輕的質量，更適合低轉矩，需要反應迅速的應用場合。本設計中選用金屬齒輪的減速電機。 3、電機功率的計算 電動機功率選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響，當功率小于工作要求的時候，電動機不能保證工作機的正常工作，或使電動機因長期過載發(fā)熱量大而過早損壞；功率過大則電動機價格高，能量充分利用，經(jīng)常處于不滿載運行，其效率和功率因數(shù)都降低，增加電能消耗造成很大浪費。 電動機容量主要根據(jù)電動機運行的發(fā)熱條件來決定。電動機的發(fā)熱與其運行狀態(tài)有關。對于長期連續(xù)運轉，載荷不變或變化很小，常溫下工作的機械，只要所選電動機的額定功率P 等于或大于所需電動機功率P，即P≥ P，電動機在工作時就不會過熱，而不必校驗發(fā)熱和起動力矩。 清掃機清掃材料選用尼龍材料。設計圓盤毛刷受力約為F=55N，轉速為n=80r/min.滾筒清掃受力約為F=70N,轉速為n=50r/min。 圓盤毛刷轉矩 Nm 所需功率P= ==60W 圓盤毛刷到錐齒輪間用帶傳動，傳遞效率90%。 橫放錐齒輪I軸處的功率為： W 齒輪間的傳遞效率為90% 豎放齒輪處的功率 W 滾筒處II軸的轉矩 Nm 此處的功率 P===78.5W 滾筒到主動軸I軸用帶傳動，傳遞效率為90% W 電機到I軸之間用帶傳動，傳遞效率90% 電機的輸出功率 W 由于清掃機工作速度為80r/min 為較低轉速故選用 24V 280W直流齒輪減速電機，其輸出轉速為750r/min。 第4章 V帶和V帶輪的結構設計 4.1 V帶的帶型選擇及優(yōu)缺點 V帶截面形狀為等腰梯形帶的厚度較大，饒性較差，帶輪制造比較復雜。工作時兩側面為工作面，與帶輪的環(huán)槽側面接觸，屬于楔面摩擦傳動，在相同張緊作用下，V帶摩擦力比平帶傳動大70%，承載能力比平帶高，在一般機械中常用。 截面形狀為多楔形，它具有平帶的柔軟，V帶摩擦力大的特點。比等腰梯形帶外廓小，用于要求結構緊0000~50000r/min的帶傳動屬于高速帶傳動。 帶傳動強度設計的依據(jù)是在保證帶有一定的壽命前題下在正常工作時不打滑，在保證不打滑的前提下，傳遞最大的功率，同時又使傳動帶有足夠的使用壽命，也即有一定的疲勞強度。根據(jù)負載情況以及工作要求，本設計選擇等腰梯形V帶作為動力傳送帶。 4.2 對V帶輪設計的主要要求 設計V 帶輪時應滿足的要求有：質量??；結構工藝性好；無過大的鑄造內應力；質量分布均勻，輪槽工作面要精細加工（表面粗糙度一般為3.2m），以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以減少載荷分布均勻。 4.3 帶輪材料的選用 帶輪材料多采用灰鑄鐵，牌號一般選用HT150或HT200，鑄鐵帶輪允許的最大圓周速度為25m/s。由于帶速不大于10m/s，所以帶輪選用鑄鐵HT200。 4.4 傳動比的分配 電機到滾筒處II軸之間的總傳動比 i===15 分配各級傳動比 設計有電機到主軸I軸的傳動比i=5； 由主軸I軸到豎放錐齒輪III軸的傳動比i=3。 電機到圓盤毛刷的總傳動比 i===9 齒輪間的傳動比為i=2 4.5 帶輪的選擇設計 4.5.1 I軸帶輪的設計計算 1、確定計算功率 計算功率P 是根據(jù)傳遞功率P，并考慮到載荷性質和每天運行時間長短等因素影響而確定。由機械設計書表8-7查得工況系數(shù)K=1，則有 W 式中：P——計算功率 K——工況系數(shù) P——所需傳遞的額定功率 2、選擇V帶型號 根據(jù)P=235.2W，n＝750r/min，由圖8-11選取Z型V帶。 3、確定大帶輪基準直徑d 由機械設計書表8-8，取Z型V帶小帶輪基準直徑為d=50mm。 i===5 mm 4、帶速v的驗算 v===1.96m/s＜10 m/s 5、初定中心距a 即 則初取中心距a=300mm。 6、計算基準長度L L=2a+（d+ d）+ =2300+300+ =1104mm 查機械設計書表8-2，選取標準基準長度L=1120mm。 7、實際中心距a a＝a+ ＝300+ ＝308 mm 取a=308mm。 8、驗算小帶輪包角α α=180－57.3 =180－57.3 =143﹥120 所以小帶輪包角合適。 9、確定V帶根數(shù)Z Z＝＝ 由d=50mm，n＝750r/min,查表可知一般V型單根V帶可傳遞的功率達75KW。此處，所需傳遞的功率遠遠小于75KW，所以用一根V帶足以。 10、單根V帶的張緊力F F=500(－1)+qv 式中：——包角修正系數(shù) ， 查機械設計書表8-5得=0.91 q——V帶單位長度質量，kg/m。查表8-3得q=0.06 kg/m F =500(－1)+0.061.96 =22.5N 11、作用在軸上的力F F=2ZFsin ＝2122.5sin72 ＝40.5N F＝ F=60.75N 12、帶輪結構的設計 參照機械設計手冊12-7～12-10可知： 基準寬度b 為8.5 mm；基準線上槽深h為2.0 mm；基準線下槽深為h為7.0 mm；帶輪寬B為B =(Z-1)e＋2f mm；外徑d=d＋2h mm；從而確定帶輪的各部分尺寸。 B=14mm，輪槽寬b=8.5mm。因為基準直徑d≤2.5d，所以小帶輪采用實心結構。 大帶輪基準直徑d=i d=550=250 mm d= d－2（h+ f+δ） =254－2（2.0+7.0+5.5） =225 mm d=（1.8～2）d=43 mm 因為d- d﹥100mm,所以大帶輪采用孔板式。 輪寬B=20mm，S≥1.5S＝15mm，S≥0.5S＝7mm，d＝＝134mm。輪槽寬b＝8.5mm。此小齒輪的結構如圖4-1所示，大帶輪的結構如圖4-2所示： 圖4-1 I軸小帶輪結構示意圖 圖4-2 I軸大帶輪結構示意圖 4.5.2 I-Ⅱ軸帶輪的設計計算 1、確定計算功率P W 式中：P——計算功率； K——工況系數(shù)；查工況系數(shù)表得K=1 P——所需傳遞的額定功率長。 2、根據(jù)機械設計書表8-7和8-11，選擇Z型V帶。 3、計算傳動比i i===3 4、由機械設計書表8-8，取小帶輪直徑為d=56mm。 5、大帶輪直徑d mm 取d=160mm。 6、計算帶速v m/s＜10 m/s 7、初定中心距a 156.8 ≤a≤448 則初取中心距a=380mm。 8、計算基準長度L L=2a+（d+ d）+ =2380+ =1126mm 查機械設計書表8-2，取基準長度L =1120mm。 9、實際中心距a a＝a+ ＝380+ ＝374mm 考慮到滾筒與帶輪2之間有一定的間隙，所以取a=380mm。 10、小帶輪包角α α=180-57.3 =163.2﹥120 所以小帶輪包角合適。 11、確定V帶根數(shù) 此處帶輪之間所傳遞的功率遠遠小于單根V帶所傳遞的功率，所以這里僅用一根V帶。 12、單根V帶的初張緊力F F=500(－1)+qv =500(-1)+0.060.35 =130N 式中：——包角修正系數(shù)，查機械設計書表8-5得=0.95； q——V帶單位長度質量，kg/m。查表8-3得q=0.06 kg/m。 13、作用在軸上的力F F=2ZFsin ＝21130sin81.6 ＝249.2N F＝ F＝373.8N 14、帶輪結構的設計 參照機械設計手冊12-7～12-10可知，設計小帶輪孔徑d=20mm，可采用實心式。輪寬B=14mm，外徑d=60mm，輪槽寬b=8.5mm。 設計大帶輪孔徑d=25mm，因為d≧2.5d，所以采用腹板式。 d= d- （2.5+8.0+5.5） =132mm d=（1.8～2）d=40mm 此小帶輪的結構如圖4-3所示，大齒輪結構如圖4-4所示： 圖4-3 I-Ⅱ軸小帶輪結構示意圖 圖4-4 I-Ⅱ軸大帶輪結構示意圖 4.5.3 Ⅲ—Ⅳ軸的帶輪設計 1、確定計算功率P W 式中：P——計算功率 ； K——工況系數(shù)；查工況系數(shù)表得K=1。 P——所需傳遞的額定功率長。 2、確定傳動比 由總體傳動比可確定傳動比為i=1，選用Z型V帶。 3、查機械設計書表8-8，得小帶輪的基準直徑d=100mm，則d=100mm 4、計算帶速 v===0.42m/s＜10 m/s 5、計算中心距a a==456mm 6、計算基準長度L L=2a+ d）+ =2456+200 =1226mm 查機械設計書表8-2，選擇基準長度L=1250mm。 7、單根V帶的初張緊力F ＝500(-1)+0.060.42 ＝87N 式中：——包角修正系數(shù)；查機械設計書表8-5得=0.91。 q——V帶單位長度質量，kg/m。查表8-3得q=0.06 kg/m。 8、計算壓軸力F F=2Z 87sin90 =174N F= F=261N 9、帶輪結構設計 參照機械設計手冊12-7～10可得，兩個帶輪均采用腹板式結構。結構如圖4-5所示： 圖4-5 Ⅲ—Ⅳ軸大帶輪結構示意圖 第5章 主軸及鍵的設計計算 5.1 主軸的結構設計與計算 1、由于結構及工作的需要，將主軸的材料選擇45鋼，熱處理為調質處理，取材料系數(shù)A=115，則初步計算其 于是有： 所以初步取d最小直徑為20mm。 2、采用下圖所示裝配方案如圖5-1： 圖5-1主軸裝配示意圖 3、確定軸的各段直徑和長度 （1）為了滿足軸向定位要求， I-II 軸段右端須制造出一軸肩，故取 II-III 軸段的直徑為27 mm，長度為25 mm。I-II 軸段的左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑為28 mm。使帶輪繞軸動，為了保證軸端擋圈只壓在帶輪上，采用的 I-II 軸段的直徑為20 mm，長度為20 mm； （2）初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用軸承參照工作要求并根據(jù)III-Ⅳ軸段的直徑為30 mm，由軸承產(chǎn)品目錄初步選取0基本游隙組標準精度級的圓錐滾子軸承 32006型其尺寸為dDT=30 mm55 mm13 mm,故選用III-IV 軸段的直徑為30 mm，長度為22 mm。右端軸承采用采用套筒進行軸向定位。由手冊查得厚度為h=4 mm,取IV-V 軸段的直徑為30 mm。套筒右端用定位。 （3）安裝齒輪處的的軸段V-VI 的直徑為30 mm齒輪左端用擋圈定位。右端用一套筒定位，同時套筒右端定位帶輪。已知帶輪的輪轂寬度為25 mm，為了使套筒端面可靠的壓緊齒輪此軸段應略短于輪轂寬度故采用VI-Ⅶ軸段的長度為22 mm。帶輪的右端采用軸肩定位，軸肩徑為35 mm，長度為193 mm。右端的零部件結構的定位及軸徑長度與左端的大體相同。 （4）帶輪及齒輪與軸的軸向定位采用平鍵連接。按照齒輪與軸的直徑由手冊查表得平鍵截面尺寸分別為bhl=6 mm6 mm14 mm、bhl=8 mm7 mm16 mm、bhl=10 mm8 mm16 mm(GB/T1095-1979)。鍵槽用鍵槽銑加工，同時為了保證齒輪和軸的配有良好的對中性，故選擇輪轂與軸的配合為H7/n6。圓錐滾子軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證，此處選軸的直徑尺寸公差為h6。 5.2 軸的校核 5.2.1 對主軸進行校核 根據(jù)設計的軸的尺寸和各處所傳遞的功率，計算軸上的力及力矩。如下表5-1： 表 5-1 軸的力及力矩 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F F=85N, F=125N F=217N, F=217N 彎矩M M=35.37Nm M=30.38Nm 總彎矩 M=46.62 Nm 扭矩T T=20.8 Nm 其軸的受力分析如下圖5-2圖5-3所示： F F F F 11.25Nm 35.37Nm 25.36Nm M F F F F 30.38Nm 30.38Nm M 圖5-2 主軸的受力示意圖 11.25Nm 46.62Nm 39.57Nm M 16.2Nm 20.8Nm 4.6Nm T 圖5-3 主軸的受力示意圖 5.2.2 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的截面（即危險截面C）。 軸的抗彎截面系數(shù)： 由機械設計書式（15-5），軸的彎扭合成強度為： σ﹤〔σ〕 所以該軸安全。 5.3 鍵的校核 鍵的失效形式主要是工作面被壓潰，一般只對擠壓應力進行強度校核，由公式得： σ= 式中： T—傳遞 〔σ〕—鍵、軸、連軸器輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，需用擠壓應力[σ p ]=70～80MPa，取其平均值75MPa,得： σ==49.52 Mp﹤[σ] 所以，鍵是安全的。 第6章 錐齒輪的設計計算 6.1 錐齒輪的各參數(shù)設計與計算 1、選用斜齒錐齒輪傳動，小型道路清掃車為一般機械轉速不高，故選用8 級精度選擇小錐齒輪的材料為42SiMn(調質硬度240∽270HBS), 大錐齒輪的材料為42SiMn(調質硬度210∽240HBS)。 （1）齒形角α 選用EN刀盤，則α=20 （2）大端端面模數(shù) 根據(jù)強度與類比法確定 m＝4 （3）齒數(shù)比 由傳動關系可知，齒數(shù)比μ===2 （4）確定齒數(shù) 由機械設計手冊表13-3-11和實際空間得z=17，z=μz=217=34.因為z和z最好無公因數(shù)，取z=33，則實際傳動比μ=2.06 （5）分錐角δ tanδ==0.4857 δ= 2554′23″ δ=645′37″ （6）分度圓直徑 d=m z=417=68mm d=m z=433=132mm （7）錐距R R==77.82mm （8）齒寬b b=(～)R=22mm （9）假想平面齒輪齒數(shù)Z Z==38.91mm （10) 參考點錐距R R=R－0.415b=77.82－0.41522=68.69mm （11）小端錐距R R=R－b=77.82－22=55.82mm （12) 齒寬中點螺旋角 取=35，小齒輪右旋，大齒輪左旋。 （13）初定參考點螺旋角 =0.914（β+6）=0.914（35+6）=37.5 （14）選擇銑刀盤 由機械設計手冊圖13-3-10，根據(jù)=37.5，R=68.69mm,查得標準刀盤半徑r=44mm，對應的螺旋角=40，由表13-3-19得Z=4 （15）選擇刀片型號 由機械設計手冊圖13-1-11和表13-3-19，根據(jù)Z=38.91mm，=37.5,確定選用EN4-44刀盤時用3號刀片 r=1972mm. （16) 參考點法向模數(shù)m m=2=2=2.708 （17) 參考點實際螺旋角β β===0.7670 β=3955′ （1