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目錄
1. 引言 4
2. 課題任務(wù) 5
2.1 主要內(nèi)容 5
2.2 技術(shù)要求 5
2.3 成果要求 5
2.4 其他要求 5
3. 同類(lèi)課題考察 6
3.1 高層建筑外墻清洗機(jī)現(xiàn)狀 6
3.2 高層建筑外墻清洗機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 8
4. 總體方案擬訂 9
4.1 對(duì)樓頂樓面的實(shí)際考察 9
4.1.1 樓面結(jié)構(gòu)考察 9
4.1.2 樓頂結(jié)構(gòu)考察 10
4.2方案選擇與原理 11
4.2.1總體方案的確定 11
4.2.2總體方案內(nèi)容 14
4.2.3材料選擇 14
4.2.4輪的潤(rùn)滑問(wèn)題 15
4.2.5軸承的潤(rùn)滑問(wèn)題 15
5 重要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15
5.1刷洗部分設(shè)計(jì) 15
5.1.1清洗速度的確定 15
5.1.2 盤(pán)刷部分 15
5.1.3電機(jī)的選擇 17
5.1.4刷洗部分所用彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 18
5.2內(nèi)空心軸的設(shè)計(jì) 18
5.3 清洗機(jī)主機(jī)滾輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
5.4 主機(jī)上傳感器及行程開(kāi)關(guān)的選擇 19
5.5復(fù)合纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
5.6風(fēng)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
5.6.1采用風(fēng)壓的意義 21
5.6.2 基本原理 21
5.6.3氣動(dòng)計(jì)算的原始數(shù)據(jù)與技術(shù)要求 21
5.6.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算 22
5.6.5拋物線中線 24
5.7齒輪副的確定和檢驗(yàn) 25
5.7.1直齒輪的計(jì)算 25
5.7.2．錐齒輪副的設(shè)計(jì)計(jì)算 31
6 設(shè)備的使用與維護(hù) 35
6．1 使用方法 35
6．2 使用注意事項(xiàng) 36
6．3 日常維護(hù)與維修 36
7 CAD使用體會(huì) 37
參考文獻(xiàn) 40
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 53 頁(yè) 共 53 頁(yè)
1. 引言
隨著社會(huì)進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，城市規(guī)模越來(lái)越大，建筑越來(lái)越高，以至摩天大廈比比皆是。高層建筑更是成了一個(gè)城市面貌的核心內(nèi)容，但是由此導(dǎo)致的城市形象問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，尤其是在工業(yè)城市，這種問(wèn)題更是突出。靚麗的新大樓，不用多久，外表便成為灰暗一片，嚴(yán)重影響了城市的面貌。因此為了保持良好的城市形象，城市高層建筑的清洗工作在各大城市尤其是首都、省會(huì)等國(guó)際性大都市已經(jīng)成為直接影響城市形象的問(wèn)題。
高層建筑由于高空作業(yè)，給清洗工作帶來(lái)了極大的不方便。目前，我國(guó)大多數(shù)高層建筑清洗工作還是由人力完成，這類(lèi)清洗工作主要由工人搭乘吊籃進(jìn)行高空作業(yè)來(lái)完成，工人的環(huán)境惡劣，且有一定的危險(xiǎn)性，工作效率低，成本高，耗時(shí)長(zhǎng)，隨著機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展以及人們自我保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，人們迫切希望能用機(jī)器人代替人進(jìn)行這些高空極危險(xiǎn)的作業(yè)，從而把人類(lèi)從惡劣的環(huán)境和繁重的勞動(dòng)中解脫出來(lái)。
針對(duì)這種種問(wèn)題，本清洗機(jī)采用無(wú)人化清洗，自動(dòng)清洗，自動(dòng)供水，供清洗液。單片機(jī)系統(tǒng)控制，操作人員只需通過(guò)鍵盤(pán)即可操縱清洗機(jī)工作，而且在清洗過(guò)程中，清洗機(jī)能夠自動(dòng)進(jìn)行邊緣識(shí)別，可根據(jù)建筑樓層的具體情況選擇為縱洗或橫洗。本機(jī)的清洗效率較高，清洗效果良好，是高層建筑理想的清潔工具。本機(jī)的使用將大大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，其有相當(dāng)?shù)纳鐣?huì)效益、經(jīng)濟(jì)意義和廣闊的應(yīng)用前景。
本機(jī)器是通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品考察比較后精心設(shè)計(jì)而成，使用穩(wěn)定可靠，但不足之處在所難免，所以懇請(qǐng)老師、同學(xué)及各位同行提出寶貴意見(jiàn)。
2. 課題任務(wù)
2.1 主要內(nèi)容
高層建筑外墻清洗機(jī)主要由伺服懸吊系統(tǒng)、清洗主機(jī)和由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，本人主要承擔(dān)清洗主機(jī)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮為清洗提供足夠的壓墻力、刷洗部件設(shè)計(jì)、清洗液的噴灑和臟液體的收集、對(duì)左右邊緣和上下行程的識(shí)別、行走機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算。
2.2 技術(shù)要求
1) 清洗效率0.2平方米/s左右，清洗寬度0.8～1m， 樓房高度在120米左右。
2) 移動(dòng)機(jī)構(gòu)要小型、高效，使機(jī)器人可以在壁面上移動(dòng)。并可靈活、自如調(diào)節(jié)行走的速度和方向。
3) 設(shè)計(jì)安全有效的清洗機(jī)構(gòu)，識(shí)別清洗質(zhì)量，達(dá)到令人滿意的清洗效果。邊緣識(shí)別機(jī)構(gòu)：要能實(shí)現(xiàn)左右，上下邊緣識(shí)別。
4) 選擇壓緊力產(chǎn)生原理，設(shè)計(jì)相應(yīng)的壓緊機(jī)構(gòu)，給清洗機(jī)構(gòu)提供有效的壓緊力。
5) 盡量選取輕型材料，使整機(jī)盡量輕便。
2.3 成果要求
1) 畢業(yè)設(shè)計(jì)前期工作材料（包括選題表、任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文翻譯原文和譯文、實(shí)習(xí)報(bào)告）一份。
2) 高層建筑外墻清洗機(jī)主機(jī)裝配圖一張（零號(hào)）
3) 清洗機(jī)零件的強(qiáng)度校核
4) 高層建筑外墻清洗機(jī)零件圖。
5) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（不少于2萬(wàn)字，包括英文翻譯）。
2.4 其他要求
1) 適用于清洗平面，圓弧面外墻和玻璃表面
2) 刷洗壓力根據(jù)不同表面調(diào)節(jié)；
3) 刷洗部件應(yīng)能調(diào)換；
4) 設(shè)備實(shí)現(xiàn)邊緣識(shí)別；
5) 清洗機(jī)的體積盡量小，盡量輕。
6) 機(jī)體裝配時(shí)應(yīng)根據(jù)圖紙要求簡(jiǎn)單容易的裝配，維修容易，不需專(zhuān)門(mén)工具。
7) 盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件，對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)盡可能工藝簡(jiǎn)單，加工容易。
3. 同類(lèi)課題考察
3.1 高層建筑外墻清洗機(jī)現(xiàn)狀
機(jī)器人工程正在迅速地從工業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到服務(wù)領(lǐng)域。它的潛力非常大，它能夠代替人類(lèi)在許多危險(xiǎn)和受污染的地方做重復(fù)或繁重的工作，對(duì)老年人或者患病者進(jìn)行長(zhǎng)期持久的關(guān)懷和照顧，客運(yùn)和貨運(yùn)，野外營(yíng)救，精密手術(shù)，清洗對(duì)人體有害的或無(wú)法進(jìn)入的事物（比如說(shuō)清洗油箱）等等。
高層建筑外墻壁面清洗機(jī)是特種機(jī)器人的一種，其必須具有兩種功能：即在壁面上的吸附功能和移動(dòng)功能，由于建筑物表面的非導(dǎo)磁性，清洗壁面機(jī)器人多采用正壓和負(fù)壓兩種吸附結(jié)構(gòu)。其中負(fù)壓吸附又成為真空吸附，由風(fēng)扇、真空泵、空氣壓縮機(jī)等使吸盤(pán)內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，依靠壓差將機(jī)器人吸附在墻面上。真空吸附式壁面移動(dòng)機(jī)器人又可分為單吸和多吸兩種結(jié)構(gòu)，單吸盤(pán)真空吸附壁面機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)小型化，輕量化，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，多吸盤(pán)腳式壁面爬行機(jī)器人的吸附穩(wěn)定可靠。
九十年代最新研制成功地推進(jìn)型壁面機(jī)器人，采用直升機(jī)原理，利用螺旋槳產(chǎn)生的高速氣流帶動(dòng)機(jī)器人向上高速移動(dòng)，螺旋槳所產(chǎn)生的推力與壁面大約成20度角，始終有指向壁面的推力從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的吸附功能，使機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)緊貼壁面移動(dòng)，有一定的越障能力。
目前已有報(bào)道的高層建筑擦窗機(jī)還有以下幾種：
日本BE公司研制成功的一種固定軌道式全自動(dòng)擦窗機(jī)器人，靠安裝在樓頂?shù)能壍兰暗跛飨到y(tǒng)使擦窗機(jī)對(duì)準(zhǔn)窗口，沿固定安裝在建筑物表面導(dǎo)槽垂直上下移動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)清洗。
北京航空航天大學(xué)與北京鐵路局合作研制的擦窗樣機(jī)，有八個(gè)吸盤(pán)，采用“十”字框架式結(jié)構(gòu)，上有驅(qū)動(dòng)裝置，可驅(qū)動(dòng)兩框架做相對(duì)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)壁面機(jī)器人在固定墻面上沿X，Y方向移動(dòng)。
上?？萍即髮W(xué)機(jī)器人研究所研制的雙足式爬壁機(jī)器人，與步行式兩足機(jī)器人比較，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，省略膝關(guān)節(jié)，通過(guò)腳腕的傾斜和圓規(guī)腳的開(kāi)閉適當(dāng)結(jié)合起來(lái)，即可翻越一定的臺(tái)階，對(duì)諸多復(fù)雜環(huán)境具有適應(yīng)性。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所研制成功的清洗高層建筑瓷磚壁面或玻璃幕墻的壁面清洗爬壁機(jī)器人。該機(jī)器人吸附方式為負(fù)壓吸附，移動(dòng)方式為輪式，移動(dòng)速度為1-8米/分。采用有線遙控，計(jì)算機(jī)控制。曾向深圳、香港試銷(xiāo)二臺(tái)，反映較好。最新研制成功的Ⅱ型樣機(jī)，具有以下特點(diǎn)：
實(shí)現(xiàn)了控制器的小型化，可直接安放于機(jī)器人本體上，減小了體積；
1) 采用電力線載波通訊進(jìn)行遙控，減少了控制電纜數(shù)量，提高了機(jī)器人的爬高能力；
2) 采用噴霧、刷洗與多層橡膠板刷洗工序的綜合清洗機(jī)構(gòu)，對(duì)清洗玻璃幕墻十分有效。
該機(jī)器人采用負(fù)壓吸附、雙輪驅(qū)動(dòng)、氣墊密封結(jié)構(gòu)、有線遙控與專(zhuān)用清洗機(jī)構(gòu)，滿足了可靠吸附，靈活移動(dòng)和高效清洗的要求，設(shè)計(jì)是成功的，并在解決密封，遙控和清洗等關(guān)鍵技術(shù)上創(chuàng)新。
除此之外，我們分別在圖書(shū)館，專(zhuān)利局，網(wǎng)絡(luò)等各種途徑還搜集到以下資料：
① 壁面清洗機(jī)器人及其控制系統(tǒng)
劉淑良 邵浩 高波 楊宏 趙炎正 王言
（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）
《黑龍江自動(dòng)化技術(shù)及應(yīng)用》 1997.3
② 高樓壁面清洗機(jī)器人及其相關(guān)技術(shù)的研究
劉淑霞 趙炎正 王言
（哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所）《技術(shù)縱橫》
③ 爬壁機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用
劉淑霞
《機(jī)器人》 1999. 2
④ 高層建筑墻面自動(dòng)清洗裝置
設(shè)計(jì)人：項(xiàng)中貸
專(zhuān)利號(hào)：96205687.1
⑤ 高層建筑外墻清洗機(jī)
設(shè)計(jì)人：蔣崇偉
專(zhuān)利號(hào)：96228332.0
⑥ 垂直壁面行走機(jī)器人系統(tǒng)研制
談力士 沈林勇 陳振華
⑦ 組合式高樓外墻清洗機(jī)（網(wǎng)上查詢(xún)）
⑧ 硬平整表面的清洗設(shè)備（美國(guó)專(zhuān)利）
⑨ 壁虎式自動(dòng)擦窗機(jī)
⑩ 高層智能化墻體清洗機(jī)
設(shè)計(jì)人：馬驥
專(zhuān)利號(hào)：95219263.2
從以上調(diào)研的情況看，清洗對(duì)象主要是墻面，其次是圓弧面和一些不規(guī)則的墻面；其壁面材料為瓷磚，玻璃幕墻，噴涂面，其中以瓷磚和噴涂面為多，故設(shè)計(jì)時(shí)可重點(diǎn)考慮這兩種材料的墻面；
3.2 高層建筑外墻清洗機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
由于清洗工作環(huán)境及任務(wù)的特殊性，清洗爬壁機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)要求相當(dāng)苛刻。其總的設(shè)計(jì)原則是：減輕重量，降低造價(jià)，安全可靠，能適應(yīng)多種建筑物表面，且要有足夠高的清洗效率。
從清洗機(jī)的工作環(huán)境來(lái)看，其主機(jī)可能有兩個(gè)發(fā)展方向：
其一：是應(yīng)與憑證瓷磚和玻璃幕墻清洗，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，屬小型輕量化。
其二：適應(yīng)于復(fù)雜墻面，如階梯墻面，壁面多窗戶(hù)的壁面清洗，它的結(jié)構(gòu)、動(dòng)作、控制都很復(fù)雜。
其三：以壁面機(jī)器人為載體，配以專(zhuān)用的清洗機(jī)構(gòu)，可以適應(yīng)不同壁面機(jī)構(gòu)。
4. 總體方案擬訂
4.1 對(duì)樓頂樓面的實(shí)際考察
在接受課題之后，為了順利地完成我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，我們參觀了省會(huì)石家莊幾處典型的高層建筑。并且查閱了多種關(guān)于高層建筑和以往對(duì)建筑物的清洗的相關(guān)資料，其中大部分是難以人工清洗的，因此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)高層建筑外墻清洗機(jī)是非常必要的。
4.1.1 樓面結(jié)構(gòu)考察
參觀調(diào)查得到初步方案，清洗機(jī)主要由樓頂?shù)碾S動(dòng)小車(chē)和清洗主機(jī)部分組成，并且采用單片機(jī)控制。樓頂?shù)碾S動(dòng)小車(chē)在樓頂上預(yù)裝的軌道上行走，可使懸吊的清洗機(jī)部件實(shí)現(xiàn)縱洗和橫洗；清洗機(jī)部件利用風(fēng)壓使之貼在墻壁上，通過(guò)盤(pán)刷和滾刷完成清洗墻面的工作。因此，樓面情況就決定了我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)軌道、變向、壓緊和清洗液的輸送、回收等問(wèn)題。
幾種典型建筑物樓面結(jié)構(gòu)如圖4-1：
圖4-1 幾種典型建筑物樓面結(jié)構(gòu)
4.1.2 樓頂結(jié)構(gòu)考察
幾種典型建筑物樓頂結(jié)構(gòu)如圖4-2：
4-2 幾種典型建筑物樓頂結(jié)構(gòu)
4.2方案選擇與原理
4.2.1總體方案的確定
根據(jù)以上提出的技術(shù)性能及要求，初步確定總體方案如下：
清洗機(jī)主體貼在垂直墻面上，清洗液通過(guò)水泵從水箱抽出，噴在外墻上，自動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪子及主清洗機(jī)行走；樓頂鋪有導(dǎo)軌，隨動(dòng)小車(chē)沿導(dǎo)軌與清洗主機(jī)隨動(dòng)。
我們經(jīng)過(guò)認(rèn)真考慮及分析確定以下方案：
第一種：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4-3：
圖4-3 方案一
此種方案采用負(fù)壓履帶吸盤(pán)式盤(pán)滾組合式清洗，由于受到墻表面材料的影響較大，一般情況下，每?jī)蓧K瓷磚之間都有4~5毫米的縫隙，密封不可靠。
第二種：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4-4：
圖4-4 方案二
這種方案采用了風(fēng)壓式壓緊，盤(pán)滾組合式清洗，清洗效率高，可靠性高，可以采用。但由于中間傳動(dòng)的需要，結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng),風(fēng)扇的中心與刷子的中心不重合，刷洗壓力不均勻，中心不穩(wěn)定，容易引起震動(dòng)問(wèn)題。但可以考慮配重問(wèn)題。
第三種：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖：
這種方案吸取了第二種方案的優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)的改變，使振動(dòng)的問(wèn)題減小，機(jī)體尺寸減小。
圖4-5 方案三
這種方案為螺旋槳風(fēng)壓式高層建筑外墻清洗機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是：① 在清洗機(jī)外機(jī)架背后安裝可調(diào)風(fēng)壓系統(tǒng)來(lái)提供連續(xù)均勻的清洗力，螺旋槳可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)控制清洗壓力；② 機(jī)架內(nèi)采用一清洗系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)裝置，方便的實(shí)現(xiàn)了縱橫兩不同清洗方向的調(diào)整，減少非作業(yè)時(shí)間，增加了工作柔性，大大提高了工作效率；③ 應(yīng)用兩盤(pán)兩滾相結(jié)合的清洗方式，清洗液和清水分別由盤(pán)刷和滾刷提供以達(dá)到最佳清洗效果。
綜合比較以上三種方案，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由于對(duì)于墻面的壓力要求大，工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，最后我決定用第三種方案。
通過(guò)螺旋槳風(fēng)壓系統(tǒng)使主機(jī)吸附在墻面上，并使盤(pán)刷和滾刷壓緊，產(chǎn)生一定的刷洗壓力，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)刷子轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到刷洗的目的。旋轉(zhuǎn)的刷子的軌跡為包絡(luò)線，從而清洗干凈墻面。滾刷噴的是清水，將墻面沖洗干凈，以避免留下來(lái)的清洗機(jī)腐蝕墻面，同時(shí)盤(pán)刷和滾刷采用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減小了清洗主機(jī)的重量，清潔度提高，清洗效率也提高了一倍；由于采用兩盤(pán)兩滾結(jié)構(gòu)可減少不必要的回程時(shí)間，以達(dá)到提高效率的目的。
4.2.2總體方案內(nèi)容
本主機(jī)主要由箱體，支撐架，防護(hù)罩，刷子，電機(jī)，螺旋槳風(fēng)壓系統(tǒng)，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。，通過(guò)螺旋槳風(fēng)壓系統(tǒng)使主機(jī)吸附在墻面上，并使刷子壓緊，產(chǎn)生一定的刷洗壓力，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)刷子轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到刷洗的目的。
本主機(jī)有一懸吊支撐架，其外側(cè)與懸吊系統(tǒng)相連，可調(diào)風(fēng)壓系統(tǒng)安裝在懸吊支撐架背后，風(fēng)壓系統(tǒng)可通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋漿轉(zhuǎn)速控制清洗力，懸吊支撐架通過(guò)一圓導(dǎo)軌和箱體（其上安裝兩盤(pán)兩滾）相連，所有的清洗裝置均安裝在該箱體上，清洗系統(tǒng)由固定在懸吊支撐架上的步進(jìn)電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行以90度為單位的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)橫洗和縱洗的轉(zhuǎn)換。箱體上有兩個(gè)圓盤(pán)形清洗刷，盤(pán)刷底部都有十二個(gè)清洗液噴射孔，另有兩圓柱形滾刷，在其行走前方有清水噴射孔，并安裝一軟質(zhì)刮水板，以使清洗過(guò)的部位快速風(fēng)干并避免留下來(lái)的清洗液腐蝕墻面。箱體上還有一電機(jī)通過(guò)錐形齒輪將轉(zhuǎn)動(dòng)傳到其中一個(gè)盤(pán)型清洗刷上，再通過(guò)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給另一盤(pán)刷，所以?xún)杀P(pán)刷轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，可以達(dá)到更好的清洗效果，圓柱形滾刷是由電機(jī)尾部的軸通過(guò)V帶驅(qū)動(dòng)的。在懸吊支撐架上有防護(hù)罩，防止清洗液四濺。清水，清洗液，電機(jī)的供電和控制電纜都是是由復(fù)合纜供給的，復(fù)合纜連接懸吊系統(tǒng)。在風(fēng)壓支架上有配重塊，配重塊可以沿光杠絲杠移動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)配重塊可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡，以達(dá)到減小震動(dòng)的效果。在清洗機(jī)主體的上下部安放超聲波傳感器，以進(jìn)行邊緣識(shí)別。箱體上裝有兩對(duì)滾輪，滾輪通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)前后移動(dòng)，而轉(zhuǎn)向通過(guò)箱體的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
本方案通過(guò)螺旋槳風(fēng)壓系統(tǒng)使主機(jī)吸附在墻面上，并使盤(pán)刷和滾刷壓緊，產(chǎn)生一定的刷洗壓力，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)刷子轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到刷洗的目的。旋轉(zhuǎn)的刷子的軌跡為包絡(luò)線，從而清洗干凈墻面。滾刷噴的是清水，將墻面沖洗干凈，以避免留下來(lái)的清洗機(jī)腐蝕墻面，同時(shí)盤(pán)刷和滾刷采用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減小了清洗主機(jī)的重量，清潔度提高，清洗效率也提高了一倍；由于采用兩盤(pán)兩滾結(jié)構(gòu)可減少不必要的回程時(shí)間，以達(dá)到提高效率的目的。
4.2.3材料選擇
根據(jù)課題要求，總體重量越輕越好，由于使用清洗液，耐腐蝕性能也要好而且此產(chǎn)品是輕載荷，故材料首先選用鋁合金材料及非金屬材料。
整個(gè)及其涉及到齒輪減速器的地方，齒輪的材料經(jīng)過(guò)篩選與比較采用聚甲醛（均聚），見(jiàn)《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》P.244。
本機(jī)的各個(gè)傳動(dòng)軸均采用硬質(zhì)合金LY11。
螺旋槳材料選用尼龍66。
機(jī)架的材料采用鋁合金。
其他機(jī)件的選擇根據(jù)通常材料在重量最輕原則下進(jìn)行確定。
4.2.4輪的潤(rùn)滑問(wèn)題
由于齒輪的材料已確定為聚甲醛，據(jù)《機(jī)械工程手冊(cè)》（第二版）2-369，其工作要求少潤(rùn)滑或無(wú)潤(rùn)滑，。故不考慮齒輪的潤(rùn)滑問(wèn)題。
4.2.5軸承的潤(rùn)滑問(wèn)題
大空心軸的轉(zhuǎn)速較低為400r/min,鼓起潤(rùn)滑方式應(yīng)為脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑脂為鈣機(jī)潤(rùn)滑脂。
注：以上潤(rùn)滑脂的選擇見(jiàn)《非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》P.582
5 重要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.1刷洗部分設(shè)計(jì)
5.1.1清洗速度的確定
以離我校最近的送變電大廈為例：
設(shè)計(jì)要求兩天時(shí)間清洗完成，每天按8小時(shí)計(jì)算（7小時(shí)工作時(shí)間，一小時(shí)的裝拆時(shí)間），共計(jì)2×7×60=840min
送變電大廈周長(zhǎng)為120m，建筑物高度為80m,初步估算清洗面積約為9600㎡，效率約為：9600/840=11.4㎡/min=0.19㎡/s 取清洗效率為0.2㎡/s
以縱向清洗為例，因清洗寬度為900mm，則可計(jì)算移動(dòng)速度為：0.2/0.9約為0.22m/s
以下設(shè)計(jì)按上述要求完成，盡可能完成設(shè)計(jì)要求。
5.1.2 盤(pán)刷部分
1）盤(pán)刷
采用在塑料體上在塑料毛的盤(pán)刷，其具有一定的彈性和剛度，可保證一定的壓緊力來(lái)清洗墻面，同時(shí)若墻面有一定高度的凸出物，塑料毛有一定的彈性可以退讓?zhuān)樌ㄟ^(guò)。刷子半徑214，有毛半徑208，刷毛長(zhǎng)度為50，盤(pán)刷與聯(lián)刷體可通過(guò)螺栓來(lái)裝配連接。
2）聯(lián)刷體
采用聯(lián)刷體的目的：
⑴使電機(jī)與盤(pán)刷連接起來(lái);
⑵使盤(pán)刷具有可換性；
⑶可調(diào)節(jié)盤(pán)刷與墻面的距離；
聯(lián)刷體保證與電機(jī)連接處的強(qiáng)度、材料應(yīng)盡量輕，其結(jié)構(gòu)如圖5-1：
圖5-1 盤(pán)刷結(jié)構(gòu)圖
3）盤(pán)刷的工藝性
根據(jù)資料可知：刷類(lèi)的刷毛是用制毛器植上的，其基本原理如下：
在殼體剛注塑完時(shí)，趁著殼體還為硬化，用機(jī)械方法把刷毛植進(jìn)去。
把一撮毛（約四至五根）折彎，在根部裝上一韌性卡子，用專(zhuān)門(mén)植毛機(jī)把毛插入未硬化的殼體內(nèi)，卡子插入后，待殼體凝固，便把刷毛固定下來(lái)，這樣整個(gè)植毛工藝就完成了。
根據(jù)上述原理，盤(pán)刷也可以采用這種方法制作，其技術(shù)要求：
毛孔直徑：2.5mm
間距：5mm
孔深：10 mm
每孔刷毛密度：五根
下面滾刷原理與上面相同
5.1.2滾刷
采用在鋼軸外面加套橡膠軸套，在橡膠軸上栽刷毛的方法做成，可通過(guò)調(diào)換橡膠套的方法調(diào)換滾刷，滾刷半徑為106，有刷毛部分長(zhǎng)度為940。滾刷結(jié)構(gòu)如圖5-2：
圖5-2 滾刷結(jié)構(gòu)圖
5.1.3電機(jī)的選擇
為了控制的方便，減輕主機(jī)的重量，應(yīng)盡量減輕電機(jī)的數(shù)量，所以盤(pán)刷、滾刷共用一雙輸出軸電機(jī)，中間用齒輪和V帶傳動(dòng)；從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，采用普通的三相電機(jī)，帶動(dòng)兩盤(pán)兩滾共四個(gè)清洗刷。
依據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，取洗刷的壓強(qiáng)為螺旋槳工作壓力為20公斤力。
四個(gè)角輪 分別承受3公斤力。
盤(pán)滾刷均承受兩公斤力
刷毛與墻面的摩擦系數(shù)為0.1～0.2，取μ=0.15
對(duì)盤(pán)刷求積分轉(zhuǎn)矩為 : F=20N×0.15=3N.m
⑴．洗力矩：
盤(pán)刷M1=P×S×U×R=4.2N.M
兩個(gè)刷子的轉(zhuǎn)矩:T=2×M1=8.4N.M
滾刷：M2=0.206×78×5=0.8034N．M
所需總的刷洗力矩：
M=2×M1+M2=8.4+0.8034=9.2034N．M
(2)．初定盤(pán)刷轉(zhuǎn)速：360r/min
根據(jù)刷洗力矩，型號(hào)為Y2-802-6，額定功率0.55KW,轉(zhuǎn)速900r/min,平鍵4×20，保持轉(zhuǎn)矩為9.8N.M(查GBM)
5.1.4刷洗部分所用彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算
1）彈簧的種類(lèi)：采用圓柱螺旋壓縮彈簧;
2) 彈簧的材料：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用碳素彈簧鋼；
3）彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算
⑴根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》取彈簧的工作圈數(shù)
⑵根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》取彈簧絲直徑：D=3.5，
允許極限負(fù)荷下的單圈變形：
單圈剛度：
彈簧節(jié)距：T=5.2
最大工作載荷：
極限工作載荷：
彈簧每圈展開(kāi)長(zhǎng)度：L=52mm
⑶計(jì)算數(shù)據(jù)
彈簧中徑：
彈簧內(nèi)徑：＝２０－２×３.５＝１３mm
彈簧間隙：
彈簧總展開(kāi)長(zhǎng)度：L=1×n=52×5=260mm
螺旋角：
彈簧自由高度：H=
允許極限負(fù)載時(shí)彈簧高度：
彈簧旋向：左旋右旋均可
5.2內(nèi)空心軸的設(shè)計(jì)
為了在盤(pán)刷中心噴清洗液，并使噴嘴不隨盤(pán)刷轉(zhuǎn)動(dòng)，需在盤(pán)刷內(nèi)用滾動(dòng)軸承固定?？招妮S的一端連接盤(pán)刷體，另一端與水管相連，在盤(pán)刷體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空心軸固定不動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖5-3：
圖5-3 空心軸結(jié)構(gòu)圖
工作時(shí)清洗液從中間的孔流出，噴到墻面上，幾乎不受外力彎矩、扭矩，所以略去剛度、強(qiáng)度的計(jì)算。
5.3 清洗機(jī)主機(jī)滾輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
當(dāng)清洗機(jī)工作時(shí)，風(fēng)機(jī)向后吹出強(qiáng)大的高速氣流，把清洗機(jī)壓向墻面，與墻面接觸的盤(pán)刷和滾刷都為柔性件，太大的壓力會(huì)使刷毛彎曲過(guò)多，損壞加劇，所以大部分壓力應(yīng)由滾輪來(lái)承擔(dān)，同時(shí)也增大了滾輪與墻面之間的摩擦力。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，清洗機(jī)橫向行走。所以滾輪與墻面之間應(yīng)有良好的接觸 ，不可打滑。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖5-4：
圖5-4 清洗機(jī)主機(jī)滾輪結(jié)構(gòu)圖
5.4 主機(jī)上傳感器及行程開(kāi)關(guān)的選擇
為了增強(qiáng)清洗機(jī)的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在清洗機(jī)主機(jī)上安裝傳感器，
以識(shí)別墻面的材料，來(lái)確定清洗機(jī)的進(jìn)退預(yù)停止。通過(guò)查手冊(cè)《傳感器技術(shù)>>,
選用德國(guó)TURCK公司生產(chǎn)的超聲波傳器，其特點(diǎn)：有效作用距離大，與被測(cè)物的顏色、周?chē)h(huán)境無(wú)關(guān)，具有開(kāi)關(guān)量和模擬量?jī)煞N輸出，有利于控制。
在清洗機(jī)主體的上下部安放超聲波傳感器，為了安全，在下邊緣安裝行程開(kāi)關(guān)，結(jié)構(gòu)可見(jiàn)總裝配圖,該行程開(kāi)關(guān)型號(hào)為：LX32-SS , 它具有彈性環(huán)節(jié)，可以緩沖猛烈的沖擊，并給單片機(jī)控制系統(tǒng)一個(gè)輸入信號(hào)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)識(shí)別后，處理中斷，加強(qiáng)自動(dòng)化，保護(hù)主機(jī)。
5.5復(fù)合纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于本機(jī)的復(fù)雜性，管線較多（包括清水管，清洗液管，電纜，數(shù)據(jù)線，控制線等），且為了安全性，設(shè)計(jì)復(fù)合纜。由于各個(gè)管路的功能不同，且方便控制，決定采用分開(kāi)復(fù)合的方法，結(jié)構(gòu)如圖5-5：
圖5-5 復(fù)合攬結(jié)構(gòu)圖
鋼絲繩是起重機(jī)上應(yīng)用最廣的撓性構(gòu)件，其優(yōu)點(diǎn)是：卷繞性好，承載能力大，對(duì)于沖擊載荷的承受能力也強(qiáng)，卷繞過(guò)程中平穩(wěn)，即使在卷繞速度高的情況下也無(wú)噪聲，由于繩股各鋼絲斷裂是逐漸發(fā)生的，一般不會(huì)發(fā)生整股鋼絲繩突然斷裂，工作時(shí)比較安全可靠。在本復(fù)合纜中選用的型號(hào)：GB1102-74
所選鋼絲繩的破斷拉力應(yīng)滿足下面的條件：
S繩/SMAX>N繩
S繩—鋼絲繩破斷拉力]（公斤）
SMAX—鋼絲繩工作時(shí)承受的最大靜拉力（公斤）
N繩—根據(jù)機(jī)構(gòu)重要性，工作類(lèi)型及載荷情況而定的鋼絲繩安全系數(shù)。
所選鋼絲繩為8，由資料查得此型號(hào)鋼絲繩破壞拉力為3130公斤。因此機(jī)構(gòu)為輕級(jí)起重機(jī)構(gòu)，所以選繩N=5?？紤]整個(gè)清洗機(jī)，由于體積較小，重量較輕，最大的靜拉力為400公斤。
S繩/SMAX=3130/400=7.825>5
所以選用的鋼絲繩強(qiáng)度足夠。
5.6風(fēng)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.6.1采用風(fēng)壓的意義
采用風(fēng)壓作為洗刷壓力，可以避免因外墻材料和形狀的變化對(duì)穩(wěn)定性和可靠性的影響，即有障礙物，或者有突起，對(duì)壓力影響不大，提高了可靠性，對(duì)建筑物外形形狀的適應(yīng)性也更強(qiáng)。
5.6.2 基本原理
采用正壓與負(fù)壓相結(jié)合，利用偏心壓緊，使清洗機(jī)的輪的一端先接觸墻面，形成一個(gè)相對(duì)小的腔體，再利用懸吊系統(tǒng)，使清洗機(jī)逐漸靠近墻面同時(shí)，風(fēng)機(jī)電扇的旋轉(zhuǎn)，會(huì)使空氣流動(dòng)，與外界大氣產(chǎn)生一定的壓力差，從而產(chǎn)生一定的負(fù)壓，使清洗機(jī)壓緊墻面?？諝饬鹘?jīng)由進(jìn)口導(dǎo)流器、收斂器、進(jìn)入風(fēng)扇，在離心力的作用下，流出蝸殼，與機(jī)體相碰撞，會(huì)產(chǎn)生一定的壓力，以減小空氣流的速度。隨著腔體的越來(lái)越小，和清洗液的涂抹，機(jī)體內(nèi)的壓強(qiáng)會(huì)越來(lái)越小，產(chǎn)生負(fù)壓，使清洗機(jī)壓緊墻面。當(dāng)腔體很大時(shí)，空氣會(huì)流通暢快，產(chǎn)生正壓，使機(jī)體壓緊墻面。隨著腔體變小，空氣流速度減小，正壓減小，負(fù)壓增強(qiáng)，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，可得到所需的壓力，使清洗機(jī)具有一定壓力的貼在墻體表面，提供連續(xù)均勻的清洗力，通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋槳的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)清洗力的大小 ，以達(dá)到最佳清洗效果。如對(duì)于玻璃墻面，采用低轉(zhuǎn)速，對(duì)于磚墻，采用高轉(zhuǎn)速，調(diào)速由電機(jī)的星—三角轉(zhuǎn)換完成。
5.6.3氣動(dòng)計(jì)算的原始數(shù)據(jù)與技術(shù)要求
原始數(shù)據(jù)給定為：
箱體的長(zhǎng)*寬*高=945*1080*540
其中的充氣體積為 V-240*80*335*27
=945*1080*540-240*80*335*27
=377460000MM
=0.377M
螺旋槳初定選用參數(shù)：
1. 螺旋槳直徑D的選擇：D約為1000mm..
2. 所選電機(jī)：選用普通的三相電機(jī)，由于螺旋槳的要求轉(zhuǎn)速較高，故選用風(fēng)扇電機(jī)的功率為5.5千瓦，額定電壓為380伏，轉(zhuǎn)速為3000R/M
3. 電機(jī)軸與螺旋槳直接用鍵和軸連接，輪轂和電機(jī)軸過(guò)盈配合由定位銷(xiāo)定位。因螺旋槳的洗刷壓力始終使螺旋槳壓向電機(jī)，不會(huì)甩脫。
4. 被壓縮氣體進(jìn)口條件下的容積效率為10%
容積效率為GV=3.14*420*420*120*3000*0.1/4*10E-9
=0.083M^3/MIN
進(jìn)口氣體參數(shù)為PI=1.01*105PA；TI=293K;CI=0.22M/S
技術(shù)要求為：1.高效率；
2.尺寸小，重量輕；
3.變工況特性好；
4.使用壽命要求在8000小時(shí)以上；
5.結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)行安全可靠。
5.6.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算
風(fēng)扇部分的結(jié)構(gòu)如圖所示，其中進(jìn)口導(dǎo)流器的作用是使氣流以軸線方向或以所需方向進(jìn)入下一級(jí)或固定容器，起著整流作用。收斂器的作用是使利用氣體自中心向外緣流動(dòng)過(guò)程中有效流動(dòng)面積的增加和減??；來(lái)達(dá)到增壓的目的，減小空氣流的速度。風(fēng)扇的作用是產(chǎn)生離心力，使空氣向四周流動(dòng)，增大空氣流的動(dòng)能，使其對(duì)機(jī)體產(chǎn)生較大的沖擊力。
假設(shè)有1/10V的氣體被抽出腔體，由氣體連續(xù)性方程：
P1*V1=P2*V2
P1*V1=P2*11/10V1
P2=10/11P1
F1=(P0-P10)*S=1/11P0*S=1/11*1.01*105*945*1080
=9371N
氣體進(jìn)口即進(jìn)入導(dǎo)流器時(shí)的速度為：
V1=QV/S=0.083*4/(3.14*330*330*10-6)
=0.97M/S
忽略中間的損失，由氣體連續(xù)方程可得：
V1*R1*R1=V2*R2*R2
V2= V1*R1*R1/(R2*R2)=0.97*330*330/(180*180)
=3.26 M/S
V2即為氣體進(jìn)入風(fēng)扇的進(jìn)口速度。
氣體質(zhì)量流率為：0.083*10295*10E-3=1.075*10E-4 KG/S
1 小時(shí)內(nèi)的氣體質(zhì)量為1.075*10E-4*3600=0.387KG
電機(jī)功率為550W/H
由動(dòng)能定理可得：
1/2MV*V=P
500=1/2*0.175*V*V
V=79.28M/S
氣體出口處與大氣相通，速度一般為10-15M/S,取C2=15M/S
由流體力學(xué)動(dòng)量定理知，單位時(shí)間內(nèi)流出控制面的動(dòng)量與流入控制面的動(dòng)量的差值，等于作用于控制面內(nèi)流體的全部外力之和，即：
∑F=M*(C2-C1)
C32=C12+C22-2*C1*C2*COS140
=79.282+152+2*79.28*15*COS140
=8332.27
C3=91.28M/S
∑F=0.387*91.28=35.325N
所產(chǎn)生的總的壓力為：
F總=9371+35.325=9406.325N
沿半徑方向各翼型的確定和疊加成葉身，在平均半徑處：
B=90
T=2*3.14*R/Z
=2*3.14*90/4
=141.3
一般沿半徑高度取5-9個(gè)截面計(jì)算，并且必須包括葉片頂部，平均半徑及葉片根部三個(gè)截面。
葉柵的幾何參數(shù)為：
T_柵距，沿葉柵額線向相鄰兩葉型對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離。
BS_安裝角，它是葉型弦線（通常是外弦）與葉柵額線之間的夾角（指銳角）.
B1P_進(jìn)口幾何角，它是指葉型中線在前緣的切線與葉柵前額之間的夾角。
B2P_出口幾何角，指葉型中線在后緣的切線與葉柵額線之間的夾角。
葉柵的氣動(dòng)參數(shù)有：
B1_進(jìn)氣角，指葉柵額線于進(jìn)口氣流相對(duì)速度W1之間的夾角。
B2-出氣角，指葉柵額線于出口氣流相對(duì)速度W2之間的夾角。
△ B_氣流折轉(zhuǎn)角，指氣流流經(jīng)葉柵轉(zhuǎn)過(guò)的角度。
I_沖角，指來(lái)流速度與葉型中線在前緣點(diǎn)的切線之間的角。
δ_落后角，指氣流進(jìn)口速度方向與葉型中線自后緣點(diǎn)的切線之間的夾角。定義δ=B2P-B1
在平均半徑處，
BM=ARCTG0.5/0.6=39.8
I=-1
B1P=B1+I=39.8-1=38.8
BS=B1P+X1=38.8+24=62.8
B2P=δ+B1P=40+38.8=78.8
5.6.5拋物線中線
目前采用的中線有兩種彎曲形式，即圓弧和拋物線中線，其中圓弧中線適用于馬赫數(shù)較高的氣體，此處采用拋物線中線。
當(dāng)中線為拋物線時(shí)，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的中線方程為：
（X+AY）/2+BX+CY+D=0
拋物線中線見(jiàn)圖所示：
式中的系數(shù)A,B,C,D可由邊界條件決定。
X=0,Y=0,DY/DX=TGX1;
X=B,Y=0,DY/DX=-TGX2;
所得 A=(CTGX2-CTGX1)/2
B=-b
C=bctgx1
D=0
葉型彎曲較小時(shí)，中線坐標(biāo)Y比橫坐標(biāo)X要小的多。故拋物線方程中AY 可以忽略，這樣方程可簡(jiǎn)化為Y=-(X^2+BX+D)/(2*AX+C)
代入系數(shù)后，得
1/Y=ctgx1/x+ctgx2/(b-x)
設(shè)計(jì)中取X1=0.6δ,X2=0.4δ,a/b=0.45
所以X1=0.6*40=24
X2=0.4*40=16
B=90
a=40.5
中線長(zhǎng)度為:
L=Bδ/(2*SINδ/2)=90*40/9180*2*SIN20)=29.4
翼型結(jié)構(gòu)尺寸請(qǐng)見(jiàn)零件圖。
5.7齒輪副的確定和檢驗(yàn)
5.7.1直齒輪的計(jì)算
1．齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的閉式直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，標(biāo)稱(chēng)功率P=1.5kW,小齒輪轉(zhuǎn)速n1=1500r/min，傳動(dòng)比i=4.03許有4%的誤差,長(zhǎng)時(shí)工作，預(yù)期壽命五年，每年按200天計(jì)。工作有輕微沖擊，齒輪對(duì)稱(chēng)布置。
（1）選材料確定初步參數(shù)
a) 選材料 小齒輪：40Cr調(diào)質(zhì)，平均取齒面硬度為260HBS
大齒輪：45鋼調(diào)質(zhì)，平均取齒面硬度為230HBS
（2）初選齒數(shù) 取小齒輪齒數(shù)為z=32，則大齒輪齒數(shù)為：
z=I×z=4.1×32=131.2,
園整，為使u為除不盡的數(shù)取 z=129
(3) 齒數(shù)比 u= =129/32=4.03
驗(yàn)算傳動(dòng)比誤差，×100%=-0.1.7%允許
（4）選擇齒寬系數(shù)d和傳動(dòng)精度等級(jí) 查表得齒寬系數(shù)d=0.275
初估小齒輪直徑d=80mm
,則齒寬 b=d×d=0.275×80mm=22mm
齒輪圓周速度：
v=,
查表可選擇精度等級(jí)為7級(jí),
（5） 計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩T
T=9.55×10
=9.55×10×N·mm=9.55×10 N·mm
⑹．定重合度系數(shù)z、Y
由公式=1.88-3.2×(1/ z±1/ z)
重合度 =1.88-3.2×（1/32+1/129）=1.755
分別由公式得 z===0.865
Y=0.25+
(7) 確定載荷系數(shù)K、K
1）使用系數(shù)K 由已知條件查表，取K=1.35
2）動(dòng)載系數(shù)K 由圖可查得，K=1.14
3）齒向載荷分布系數(shù)K,由圖可取K=1.29
4）齒間載荷分配系數(shù)K、K 根據(jù)條件
查表得 K=1/ z=1/0.865=1.34
K=1/ Y=1/0.677=1.48
5） 載荷系數(shù)K 、K 由公式可算得
K= K K K K=1.35×1.14×1.29×1.34=2.66
K= K K/ K=2.66×1.48/1.34=2.94
2、 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
(1) 確定許用應(yīng)力〔〕
1） 總工作時(shí)間：t=8×200×5=8000h
2） 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N、N由公式及表可計(jì)算查得：
N=60=60×1×1500×8000=7.2×10
N=
3)壽命系數(shù)、
由圖9-17取=1 =1
4）接觸疲勞極限 ：
由圖9-13取=630MPa，=490MPa
5）安全系數(shù)S ：
參照表9-13，取S=1
6）許用應(yīng)力〔〕、〔〕：
由式（9-15）
〔〕=
〔〕=
（2）彈性系數(shù)Z：
由表9-11，取Z=190
（3）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z ：
由圖9-12，取Z=2.5
（4）求所需小齒輪直徑d 由式（9-11）
d≥=
符合初估數(shù)值
（5）確定中心距、模數(shù)等主要幾何參數(shù)
1）中心距a 初算中心距
園整取中心距a=200mm
2). 模數(shù)m 由中心距a及初選齒數(shù)z、z得
m=
按標(biāo)準(zhǔn)取m=2.5mm
3). 分度圓直徑d、d
d=m z=2.5×32=80mm
d=m z=2.5×129=322.5mm 取為d=320mm
4）.確定齒寬
取大齒輪齒寬b=b=22mm,小齒輪齒寬b=32mm
3．齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
（1）求許用彎曲應(yīng)力
1）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N N 由以上計(jì)算可得
N=7.2×10 N=1.79×10
2) 壽命系數(shù)Y、Y 取Y= Y=1
3) 極限應(yīng)力 、
由圖9-21?。?220MPa =170MPa
4) 尺寸系數(shù)Y 由圖9-26，取Y=1
5）安全系數(shù)S 參照表9-13，取S=1.5
6）許用應(yīng)力、 由式（9-20），許用彎曲應(yīng)力
=
=
（2）齒形系數(shù)、
由圖9-19，取： =2.5
=2.15
（3）應(yīng)力修正系數(shù)、
由圖9-20，?。?1.63
=1.82
（4）校核齒根抗彎曲疲勞強(qiáng)度 由式（9-17），齒根彎曲應(yīng)力
抗彎疲勞強(qiáng)度足夠。
4、齒面靜強(qiáng)度計(jì)算
（1）確定許用接觸應(yīng)力：
參照表9-13，取靜強(qiáng)度安全系數(shù)1.1
由圖9-17，取壽命系數(shù)
于是由式（9-21），許用接觸應(yīng)力（大輪較低）
=
（2）校核齒面靜強(qiáng)度
根據(jù)過(guò)載條件，由式（9-21），齒面最大接觸應(yīng)力
齒面靜強(qiáng)度足夠。
5、齒根（抗彎）靜強(qiáng)度驗(yàn)算
（1）確定許用彎曲應(yīng)力
參照表9-13，取靜強(qiáng)度安全系數(shù)
由圖9-25，取壽命系數(shù)
于是由式（9-22），許用彎曲應(yīng)力
686.7MPa
（2）求最大彎曲應(yīng)力并校核強(qiáng)度
由式（9-22），最大彎曲應(yīng)力
靜強(qiáng)度滿足要求。
帶動(dòng)兩個(gè)盤(pán)刷的齒輪對(duì)稱(chēng)布置
5.7.2．錐齒輪副的設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)《機(jī)械工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版2-369，材料選擇聚甲醛（均聚），參照《機(jī)械工程手冊(cè)》第6卷
1) 基礎(chǔ)尺寸確定
由小錐齒輪所傳遞轉(zhuǎn)距為T(mén)=106.4,根據(jù)圖和圖選擇小齒輪大端分度圓直徑為，取大端模數(shù)。
則齒數(shù)：
mm
軸交角 分錐角
外錐距：
齒寬系數(shù)取0.3，則齒寬： 取b=24mm
齒頂高：
齒根高：
齒高：
大端齒頂圓直徑：
=66.45mm
=
=151mm
齒根角：
齒頂角：
頂錐角：
根錐角：
冠頂距：
=
=73.5mm
=
=28.5mm
2) 確定傳動(dòng)的精度等級(jí)
初選平均切線速度Vmt=π×d×n/(60×1000)=3.3m/s
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》pg159 表9-5，選擇傳動(dòng)等級(jí)為8級(jí)
3) 確定載荷系數(shù)K:
①．使用系數(shù)KA,由已知條件查表9-9，取KA=1.25
②．動(dòng)載荷系數(shù)KV,由圖9-6，取KV=1.16
③．齒向載荷分布系數(shù)Kβ,按小錐齒輪懸臂考慮取 Kβ=1.8
④．載荷系數(shù)K=KA*Kβ*KV=1.25×1.16×1.8=2.61
4) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
⑴ 確定許用應(yīng)力[σH]
①．壽命系數(shù)ZN,由已知條件取ZN1=ZN2=1
②．安全系數(shù)SH,參照表9-13，取SH1=SH2=1
③．接觸疲勞極限
σHlim1=σHlim2=350公斤力/cm2=35Mpa
④．[σH1]=[σH2]= σHlim1× ZN1/ SH1=35Mpa
⑵ 彈性系數(shù)ZE=56.4
⑶ 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH=2.5
⑷ 小齒輪所需大端分度圓直徑d1,由式（9-44）
d1=
=37mm
⑸ 驗(yàn)算速度Vmt
平均直徑：
dm1=d1 ×(1-ψR(shí))
=37×(1-0.5×0.3)=31.456m/s
平均線速度：
Vmt=π×dm1×n1/(60×1000)=3.1m/s
⑹ 確定模數(shù)m:
m=d1/z1=2.5
5) 齒根抗彎疲勞強(qiáng)度計(jì)算
(1) 確定許用彎曲應(yīng)力[σF1][σF2]
1> 壽命系數(shù)YN1=YN2=1
2> 安全系數(shù)SF1=SF2=1.3
3> 尺寸系數(shù)YX=1
4> 極限應(yīng)力σFlim1 ,σFlim2取σFlim1=σFlim2=30Mpa
5> 許用彎曲應(yīng)力
[σF1]=[σF2]=2×σFlim1× YN1×YX/SF
=2×30×1×1/1.3=46.154Mpa
( 2 ) 齒形系數(shù)YFa1, YFa21
1> 分錐角 σ1=21.8
2> 當(dāng)量齒數(shù):
ZV1=Z1/COSσ1=23.8
Z=Z2/COSσ2=59.6
由圖9-19，取YFa1=2.78, YFa2=2.13
3> 應(yīng)力修正系數(shù)
由圖9-20 取YSa1=1.56 ，YSa2=1.88
4> 校核齒根抗彎疲勞強(qiáng)度由式9-46
σF1=4.71KT1* YFa1*
=YSa1/{ΨR(1-0.5ΨR)2Z12M3}
=39.6Mpa
6 設(shè)備的使用與維護(hù)
6．1 使用方法
1) 搬運(yùn)：
本機(jī)器尺寸如裝配圖所示，主機(jī)長(zhǎng)1712，寬1130mm，高1260mm，懸吊系統(tǒng)長(zhǎng)，寬，高均在1500mm左右，體積較大，雖采用輕型材料，但其總重量也在600公斤左右，屬于較大型的機(jī)器。因此，在確定清洗建筑物后，應(yīng)采用合適的運(yùn)輸工具將其運(yùn)送到目的地。再加上要在頂部安裝的懸吊系統(tǒng)，應(yīng)考慮用電梯等提升裝置將清洗部件及懸吊系統(tǒng)運(yùn)到建筑物頂層。
2) 安裝：
在適用本機(jī)器進(jìn)行建筑物外墻清洗前，建筑物頂層應(yīng)事先依據(jù)建筑物的外部輪廓，裝有導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的尺寸應(yīng)與小車(chē)滾輪的間距相配合。將小車(chē)用提升裝置提升至導(dǎo)軌上，并開(kāi)動(dòng)小車(chē)將其調(diào)整到清洗位置。將清洗主機(jī)的鋼纜系好，并連于小車(chē)的卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)上。
3) 裝水：
a) 在水箱內(nèi)加入水。
b) 在洗滌液箱內(nèi)加入洗滌液。
4) 提調(diào)：
利用小車(chē)的卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)將清洗主機(jī)吊起，并通過(guò)小車(chē)上的絲杠螺母調(diào)節(jié)清洗部件與建筑物外墻的位置。
5) 清洗：
開(kāi)動(dòng)洗刷電機(jī)，螺旋槳電機(jī)及水泵，開(kāi)啟行走電機(jī)，采用縱洗或橫向清洗，注意調(diào)節(jié)小車(chē)與清洗主機(jī)的位置關(guān)系，注意中途補(bǔ)水。
6) 轉(zhuǎn)向：
當(dāng)需要橫向清洗與縱向清洗轉(zhuǎn)換時(shí)，既需要轉(zhuǎn)向。這時(shí)應(yīng)該先關(guān)閉行走電機(jī)，水泵，再關(guān)閉洗刷電機(jī)，調(diào)小螺旋槳轉(zhuǎn)速，然后開(kāi)啟轉(zhuǎn)向電機(jī)，待轉(zhuǎn)向完畢后再開(kāi)啟洗刷電機(jī)，水泵，調(diào)大螺旋槳轉(zhuǎn)速，最后開(kāi)啟行走電機(jī)。
7) 關(guān)機(jī)：
清洗完畢后，關(guān)機(jī)進(jìn)行清理工作。
6．2 使用注意事項(xiàng)
1) 本機(jī)器屬于清洗設(shè)備，必然與液體接觸頻繁，并且懸吊裝置內(nèi)還裝有水箱。因此對(duì)各部件要求密封和放水。在使用過(guò)后注意擦拭所剩余液體。條件允許最好進(jìn)行冷風(fēng)吹干。
2) 當(dāng)進(jìn)行建筑物外墻清洗時(shí)，懸繩鋼絲要進(jìn)行檢查，確保安全。要檢查主機(jī)上各部件的緊固螺栓，要擰緊螺旋槳緊固螺釘。
3) 在進(jìn)行建筑物外墻清洗時(shí)，關(guān)閉所有窗戶(hù)。
4) 清洗機(jī)工作時(shí)，主機(jī)下方一定范圍內(nèi)不要站人。
5) 污水箱泄水螺栓的膠皮管用夾子加緊，確保不會(huì)漏水。
6) 在進(jìn)行建筑物外墻清洗時(shí)，建筑物外墻上不要留有綢布等裝飾品，不要人為的豎起突出物。
7) 當(dāng)建筑物污染較為嚴(yán)重或室外溫度過(guò)低不便清洗時(shí)，考慮到保證清洗效果，可將洗滌液加熱后在加入洗滌液箱內(nèi)使用。
6．3 日常維護(hù)與維修
1) 本機(jī)在工作一段時(shí)間后，考慮到軸承的潤(rùn)滑脂的流失。應(yīng)注意添加一定數(shù)量的潤(rùn)滑脂。
2) 在機(jī)器使用完畢后，請(qǐng)用干布擦拭剩余水分，防止生銹。
3) 洗滌箱盛放有腐蝕性的液體，在機(jī)器使用完畢后請(qǐng)用清水沖洗。防止起化學(xué)反應(yīng)。
4) 本機(jī)的部分零件的材料采用非金屬材料，為防止零件變形，請(qǐng)不要將本機(jī)置于日下暴曬。
5) 本機(jī)宜放置于干燥，低溫的環(huán)境下。
6) 刷子在磨損后要注意更換刷體。
7 CAD使用體會(huì)
本次設(shè)計(jì)所有圖紙的設(shè)計(jì)繪制均采用國(guó)際上流行的設(shè)計(jì)軟件AutoCAD進(jìn)行設(shè)計(jì)的。這也是考慮到社會(huì)進(jìn)步和現(xiàn)代企業(yè)的要求而采取的繪圖方式。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們可算得設(shè)計(jì)軟件由多種，其中最具代表性的是國(guó)外的AutoCAD和國(guó)內(nèi)二次開(kāi)發(fā)的CAD軟件例如機(jī)械工程師和電子圖板。AutoCAD功能強(qiáng)大，在設(shè)計(jì)繪圖領(lǐng)域一直占據(jù)主導(dǎo)地位，其簡(jiǎn)介方便的交互式操作工作方式非常利于設(shè)計(jì)人員使用。而且，該軟件考慮到了用戶(hù)在設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新和獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)的思想，使得該軟件的重點(diǎn)放在了開(kāi)發(fā)方面。國(guó)內(nèi)軟件在功能上與其相差無(wú)幾，在某些方面例如這些軟件建立了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，使得用戶(hù)使用起來(lái)很方便。不過(guò)在應(yīng)用到開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，便顯得稍遜一籌。因此我們選擇了AutoCAD。
在使用過(guò)程中我們體會(huì)到，該軟件確實(shí)功能完善強(qiáng)大，很有助于我們完成設(shè)計(jì)任務(wù)。使用中也走了一些彎路，主要的體會(huì)如下：
1. 圖紙的設(shè)計(jì)繪制一般應(yīng)在模型空間進(jìn)行設(shè)計(jì)最后再到布局中打印。
2. 在設(shè)計(jì)繪圖中，要制定不同的圖層放置相同的內(nèi)容。例如，如粗實(shí)線層，細(xì)實(shí)線層，標(biāo)注層等。必要時(shí)可以?xún)鼋Y(jié)或所訂圖層，以防止意外對(duì)圖紙的損毀。
3. 注意某些命令的使用方法，大部分命令既可以選定物體后執(zhí)行也可以先選擇命令后選擇物體執(zhí)行。但有些命令時(shí)必須按后者的方式使用，例如縮放、拉伸等。有些命令屬于透明命令可以在執(zhí)行一個(gè)令的過(guò)程中執(zhí)行，例如實(shí)時(shí)平移、實(shí)時(shí)縮放等命令。命令必須是滿足其執(zhí)行所需的要件之后才能執(zhí)行，不可以讓其執(zhí)行該命令所不可能實(shí)現(xiàn)的功能。最典型的例子是，經(jīng)常有些人用剪切命令去剪切看上去在一起但確實(shí)是一個(gè)分離的物體，像線、圓等。當(dāng)出現(xiàn)類(lèi)似這樣的錯(cuò)誤時(shí)，AutoCAD在命令行可能給出一些提示，需要用戶(hù)注意。
4. 打印圖紙時(shí)，最好先打印一張足以體現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的小圖，糾正某些錯(cuò)誤最終確定無(wú)誤后在打印正式圖紙，以期減少損失。從實(shí)際上說(shuō)，每張圖紙都會(huì)有某些潛在的不合理之處，經(jīng)過(guò)檢查校核之后會(huì)得到改善，所以我們建議采取上述方法。如果有投影儀的話亦可以先行投影在幕布上，由工程人員糾正錯(cuò)誤之后，在行打印。
5. 打印時(shí)，要考慮到模型空間轉(zhuǎn)換到圖形空間后的打印比例，這會(huì)影響到出圖的效果，由其影響最大的尺寸配合的標(biāo)注，使得本來(lái)在模型空間顯示得當(dāng)?shù)淖煮w大小變的過(guò)于的大或小，使圖紙整體外觀失衡，影響到工程人員的使用。
雖然我們走了一些彎路，但這并不影響AutoCAD本身的功能強(qiáng)大，它仍然是一款優(yōu)秀的軟件。這些彎路使得我們?cè)鲩L(zhǎng)了經(jīng)驗(yàn)，加深了對(duì)AutoCAD印象。計(jì)算機(jī)繪圖已經(jīng)成為業(yè)界的共識(shí)，我們希望了類(lèi)似的軟件的能得到推廣應(yīng)用，使得國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)水平與國(guó)際接軌。
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