機械創(chuàng)新設(shè)計

1、自動擦玻璃裝置創(chuàng)新設(shè)計機械創(chuàng)新設(shè)計課程作業(yè)題 目： 院 （部）： 機電工程學(xué)院專 業(yè)： 機械工程及自動化班 級： 機械11小 組： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 周海濤目錄1設(shè)計的目的及意義32原理方案設(shè)計42.1功能分析42.2工作原理分析42.3功能分解42.3.1電動機42.3.2傳動系統(tǒng)42.3.3真空吸盤52.3.4 清潔刷52.4功能求解62.5方案評價72.5.1對各評價目標評分72.5.2按加權(quán)計分法求各方按總分82.6原理方案簡圖83.結(jié)論94.參考文獻10摘 要 本次所研究的是高空自動擦玻璃裝置的設(shè)計與制作設(shè)，計要求是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低，自動化性能高，適合高空使用。 本設(shè)計

2、首先應(yīng)用solidworks等軟件對高空自動擦玻璃裝置進行概念設(shè)計，完成其三維實體造型，然后運用solidworks的運動模擬功能，完成產(chǎn)品的運動模擬與分析，在結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后運用AUTO CAD軟件繪制零件的工程圖。高空自動擦玻璃裝置工作時，氣動真空模塊可使吸盤產(chǎn)生足夠吸附力，使裝置吸附在玻璃上；以電機為動力，帶動清潔刷旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)擦玻璃動作，并且通過PLC控制可以自動噴水；通過樓頂電機與繩索實現(xiàn)裝置上下運動，清潔刷可拆卸，可根據(jù)玻璃大小選擇合適的清潔刷尺寸，提高效率。 現(xiàn)在越來越多的各種各樣的摩天大樓成為了現(xiàn)代都市的標志，但是高層建筑中的玻璃清洗已經(jīng)成為了一個越來越突出的事情，本設(shè)計的是一款使用

3、方便、清潔能力強，住戶可自行操作的玻璃清潔器，所以具有廣泛的市場前景。 關(guān)鍵詞：高空自動擦玻璃裝置；自動噴水控制；旋轉(zhuǎn)刷頭 1設(shè)計的目的及意義 在現(xiàn)代都市中，高層建筑越來越多，各種各樣的摩天大樓成為現(xiàn)代都市中一道亮麗的風(fēng)景。在建筑業(yè)，由于玻璃的采光性好，保溫防潮性能好，彩色玻璃實用美觀，高層建筑的外壁越來越多地采用玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，但是為了保證建筑外觀的整潔美麗，時間一長，就需要對壁面進行清洗，以美化市容市貌。許多開放性城市都規(guī)定，每年應(yīng)對高樓清洗若干次。 目前高層建筑玻璃幕墻的清洗方法主要有兩種，一種是靠升降平臺或吊籃承載清潔工進行玻璃幕墻的清洗，雖簡便易行，但勞動強度大，工作效率又低，屬于高空

4、極限作業(yè)對人身安全及玻璃壁面都有很大的威脅性。另一種是用安裝在樓頂?shù)能壍兰暗跛飨到y(tǒng)將擦窗機對準窗戶進行自動擦洗。這種方式初次投資成本較高(高達數(shù)百萬元)，而且要求在建筑物設(shè)計之初就要考慮擦窗系統(tǒng)，因而限制了其使用，因此急需一種能代替人而又有一定靈活性和適用性的自動機器來完成這項工作，而且玻璃幕墻一般面積較大，大多處于幾十米甚至上百米的高處，且周圍無可攀援的支架，這就使得玻璃幕墻的清洗成為一項繁重、危險、耗資的工作。如果用人去清洗，不僅花費高，而且安全難以保證。特別是目前一些國家和地區(qū)已經(jīng)通過立法對包括擦窗作業(yè)在內(nèi)的人工高空攀爬進行了限制，人們不得不尋找其它解決辦法。 高層建筑清洗機器人正是在這

5、種背景下應(yīng)運而生。它的出現(xiàn)將極大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，也必將極大地推動清洗業(yè)的發(fā)展，帶來相當?shù)纳鐣б?、?jīng)濟效益。因此，國內(nèi)外多家研究機構(gòu)都在積極開展此項研究工作。2原理方案設(shè)計高空自動擦玻璃裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，有效降低清潔玻璃幕墻的危險系數(shù)。2.1功能分析采用“黑箱法”高空清潔玻璃簡單且安全黑箱高空清潔玻璃危險系數(shù)大總功能：降低高空清潔玻璃的危險系數(shù)2.2工作原理分析 高空自動擦玻璃裝置能夠?qū)崿F(xiàn)吸附于玻璃表面，并對玻璃進行自動清潔，實現(xiàn)替代清潔工的目的，降低清理的危險。 高空自動擦玻璃裝置工作時，氣動真空模塊可使吸盤產(chǎn)生足夠吸附力，使裝置吸附在玻璃上；

6、以電機為動力，帶動清潔刷旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)擦玻璃動作，并且可以自動噴水；通過樓頂電機與繩索實現(xiàn)裝置上下運動，清潔刷可拆卸，可根據(jù)玻璃大小選擇合適的清潔刷尺寸，提高效率。2.3功能分解2.3.1電動機根據(jù)所需的動力源要求選擇電動機型號： Y132S-4封閉式三相異步電動機查得型號Y132S-4封閉式三相異步電動機參數(shù)如下滿載轉(zhuǎn)速1440 r/min同步轉(zhuǎn)速1500 r/min2.3.2傳動系統(tǒng)減速器類型選擇：選用展開式兩級圓柱齒輪減速器。特點及應(yīng)用：結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度。高速級齒輪布置在遠離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變

7、形可部分地互相抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。高速級一般做成斜齒，低速級可做成直齒。減速器簡圖：2.3.3真空吸盤真空吸盤采用了真空原理，即用真空負壓來“吸附”工件以達到夾持工件的目的。如圖1 所示：通氣口與真空發(fā)生裝置相接，當真空發(fā)生裝置啟動后，通氣口通氣，吸盤內(nèi)部的空氣被抽走，形成了壓力為P2 的真空狀態(tài)。此時，吸盤內(nèi)部的空氣壓力低于吸盤外部的大氣壓力P1，即P2 P1,工件在外部壓力的作用下被吸起。吸盤內(nèi)部的真空度越高，吸盤與工件之間貼的越緊。真空吸盤吸附原理圖2.3.4 清潔刷采用輕金屬材料制造而成，既增加了清潔刷的強度和使用壽命，又降低了整體系統(tǒng)的重量，一舉兩得。新穎的設(shè)計既

8、美觀又實用，可以滿足用戶的要求。清潔刷簡圖2.4功能求解探求各功能元解并列出形態(tài)學(xué)矩陣綜合表，如表2.1所示。表2.1 挑選器的形態(tài)學(xué)矩陣綜合表功能元解功 能 元1234A動力傳遞 齒輪傳動鏈傳動帶傳動蝸桿傳動B旋轉(zhuǎn)運動軸渦輪蝸桿齒輪C運動調(diào)節(jié)離心調(diào)速飛輪D送水裝置管式盒式袋式E動力源電動機汽油機柴油機氣動馬達可能組合的方案數(shù)N為 N43234288 考慮到機器工作的環(huán)境及所需要的平穩(wěn)性與操作性的要求，以及工作強度等等，故初步選擇以下兩種方案。 方案一：電動機齒輪傳動齒輪軸清潔刷 方案二：電動機渦輪傳動蝸桿清潔刷2.5方案評價 采用評分法進行評價。 挑選器大概有5個評價目標，且依次為運行平穩(wěn)性

9、、操作可行性、經(jīng)濟性、壽命、維修性。下表為評分標準。表2.2 評分標準12345678910差較差勉強可用可用中良較好好優(yōu)理想下表為挑選機各評價目標及加權(quán)系數(shù)比較表2.3 挑選機評價目標及加權(quán)系數(shù)比較評價目標平穩(wěn)性安全性經(jīng)濟性壽命維修性加權(quán)系數(shù)0.30.30.10.20.12.5.1對各評價目標評分 對兩種方案的各項性能進行評分，如下表所示。表2.4 兩種方案的性能評分評價目標方案一方案二平穩(wěn)性97安全性98經(jīng)濟性87壽命88維修性872.5.2按加權(quán)計分法求各方按總分方案一：N90.390.380.180.280.18.6方案二: N80.390.370.180.270.18.2因為方案一總

10、分高于方案二,所以選擇方案一為最佳方案。2.6原理方案簡圖3.結(jié)論設(shè)計出了一個完整的高空自動擦玻璃裝置。整個裝置包括真空系統(tǒng)設(shè)計、清洗系統(tǒng)設(shè)計、PLC程序設(shè)計等幾個部分，并對系統(tǒng)的運動進行了分析，全面了解了這種裝置的結(jié)構(gòu)和功能。經(jīng)過對進行設(shè)計分析以及計算，運用到了很多機械設(shè)計方面的知識。而且還查閱了很多資料，包括上網(wǎng)和圖書館，收益頗豐。另外過程中還提高了識圖、制圖、運算和編寫技術(shù)文件的基本技能。因此，可以說本次創(chuàng)新設(shè)計為畢業(yè)后走向社會從事相關(guān)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。另外感謝周老師提供我們這次鍛煉的機會，提高了我們對課本知識的應(yīng)用能力及團隊協(xié)作能力。4.參考文獻1王園宇，武利生，李元宗.壁面清洗機器人發(fā)展趨勢淺析.引進與咨詢.2002.42陳沛富.玻璃幕墻清洗機器人設(shè)計研究.重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006.53宗光華.高層建筑擦窗機器人.機器人技術(shù)與應(yīng)用.1998:204楊其嘉.機器人清潔工現(xiàn)狀及未來.環(huán)境導(dǎo)報.1994.35吳仲治，李開生，王巍，宗