自動墻壁清洗機設(shè)計(機械cad圖紙)大學(xué)畢設(shè)論文

本科機械畢業(yè)設(shè)計論文CAD圖紙QQ401339828目錄1引言 11.1清洗建筑表面的意義 11.2目的和現(xiàn)實意義 11.3研究現(xiàn)狀 22方案評價與選擇 32.1高樓外墻清潔機的結(jié)構(gòu)和工作 32.1.1設(shè)置于頂樓的支撐突梁 32.1.2支撐纜繩 42.1.3乘載用掛籠 42.1.4動作馬達(dá) 42.1.5升降結(jié)構(gòu) 52.1.6清洗刷 52.2方案評價與選擇 53運動學(xué)及結(jié)構(gòu)方案的確定 63.1運動學(xué)參數(shù)選定 63.2計算總傳動比和分配各級傳動比 83.3計算傳動裝置運動和動力參數(shù) 84傳動零件的設(shè)計計算 104.1第一級齒輪傳動設(shè)計計算 104.1.1.初步計算 104.1.2校核計算 104.2第二級齒輪傳動設(shè)計計算 144.2.1.初步計算 144.2.2校核計算 144.2.3確定傳動主要尺寸 164.3畫簡圖 184.3.1初估軸徑 184.3.2初選聯(lián)軸器 194.3.3初選軸承 195軸的校核計算 205.1高速軸受力分析 205.2中間軸校核計算 206高速軸軸承驗算 28致謝 30參考文獻(xiàn) 31附錄 31附錄1外文文獻(xiàn)翻譯附錄2外文文獻(xiàn)原文附錄3自動墻臂清洗機裝配圖A0附錄4自動墻臂清洗機零件圖1A1附錄5自動墻臂清洗機零件圖2A1附錄6自動墻臂清洗機零件圖3A31引言1.1清洗建筑表面的意義隨著人類社會的不斷發(fā)展進(jìn)步，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市建筑更加規(guī)范，完美。千姿百態(tài)的各式建筑，尤其是高層建筑外墻都用各種建筑材料進(jìn)行裝飾，如粘帖各色墻磚，瓷磚，馬賽克，或涂上涂料，但是，自然界的風(fēng)吹雨打，日光輻射，塵埃污染，以及一些人為或偶然事故等原因，一段時間過后，建筑表面都將不同程度地變得污濁灰暗，破舊不堪，在環(huán)境差的地區(qū)，污染或損壞還相當(dāng)嚴(yán)重。建筑表面就像人身上的外衣，要保持清潔，就需要經(jīng)常清洗，整理。為此，世界發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，對保持建筑表面的清潔非常重視，并以法律的形式明確規(guī)定，每年必須定期清洗，否則將受到處罰。近年來，我國各級政府部門的環(huán)境保護(hù)意識已發(fā)生了很大改變，國內(nèi)一些大，中城市，特別是旅游，開放城市，旅游景點，為保持建筑表面清潔，也制定出臺了相應(yīng)的法規(guī)，全國范圍的衛(wèi)生評比活動，把保持建筑表面清潔列為考核的重要指標(biāo)之一，其中高層建筑的外墻，醒目，突出，自然也就成為檢查的重中之重。有信息表明，十·五期間國家用于環(huán)境保護(hù)的投資將由九·五期間國民生產(chǎn)總值的1.5%翻倍增加至4%，同時還伴隨以產(chǎn)業(yè)政策的優(yōu)惠。所以，隨著我國改革開放的不斷深入，政府，公民的環(huán)保意識的不斷加強，建筑表面清潔問題必將引起各方面的高度重視，建筑清洗行業(yè)必然具有廣泛的發(fā)展前景，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益.建筑表面清洗主要包括外墻清洗和中央空調(diào)風(fēng)管的清洗，目前外墻清洗是采用傳統(tǒng)的“蜘蛛人”清洗，這是以犧牲生命為代價的非人工作，部分城市頒布了建筑表面清洗條例；由于非典事件，公共衛(wèi)生得到了高度的重視，特別是中央空調(diào)風(fēng)管的清洗，最近有關(guān)中央空調(diào)的清洗條例很快出臺；因此對于建筑表面清洗提供一個完備的解決方案，必然打破一個傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)格局，改變了人們的工作方式，用機器人清洗代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工清洗或無法清洗，是必然的發(fā)展趨勢。1.2目的和現(xiàn)實意義洗墻機的功能主要在于清洗大樓窗戶、外墻等外部結(jié)構(gòu)，然而礙于在清洗大樓時清洗后廢水的處理，清洗的效果、效率等等，目前市面上尚無自動的大樓洗墻機。改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高層式建筑如雨后春筍般的拔地而起。高樓外墻的外觀保養(yǎng)和清潔成為樓宇管理不可缺少的一部份。有需求就由市場，高樓外墻的清潔必將成為一種經(jīng)濟(jì)效益高，前景廣闊的行業(yè)。在中國，這種行業(yè)正在逐漸興趣。我國高墻清潔主要采取兩種形式。

1.3研究現(xiàn)狀綜觀目前市面上可見的洗墻機，清洗方式主要還是以人工清洗為主，所以都是以掛籠垂降，再以人工方式清洗墻面；然而垂掛以及掛籠的升降方式便較具變化。傳統(tǒng)的是人手清潔，用繩把人系住和定位，逐層清潔。這種方式人在半空吊來吊去的（好象攀崖運動員下山時那樣），勞動強度高，效率低，因為主體是人，所以帶有一定的危險性?，F(xiàn)代的機器人清潔，現(xiàn)代科技的發(fā)展，機器人代替人手工作是必然的趨勢，在國外和我國的一些清潔公司已經(jīng)采用了機器人來進(jìn)行高樓外墻的清潔工作，但是這些機器人構(gòu)造復(fù)雜，操作復(fù)雜，功能繁多（有些功能是很少用到或在某些場合不會用到），造成成本高（如果是一些由人工智能的機器人就更加不用說了）和資源浪費的現(xiàn)象。針對這個問題，我們設(shè)計了一個操作簡單，經(jīng)濟(jì)實用的高樓外墻清潔機器。

2方案評價與選擇2.1高樓外墻清潔機的結(jié)構(gòu)和工作現(xiàn)代高樓外墻自動清洗機的結(jié)構(gòu)主要分為下面幾種:2.1.1設(shè)置于頂樓的支撐突梁以下為一些常見的支撐突梁：（1）固定式如圖2.1所示：（A）F型突梁(B)L型突梁圖2.1固定式突梁(2)活動式：設(shè)有活動滑軌,如圖2.2為一種滑軌：圖2.2滑軌滑軌式的作動情形如圖2.3所示：圖2.3滑軌式的作動情形滑軌有多種形式如圖2.4所示：A.水平式滑軌B.自走平臺C.垂直式滑軌圖2.4多種形式的滑軌直接將大型起降車設(shè)置于頂樓，方便隨時清洗，亦有助施工維修，但成本高昂且占空間。2.1.2支撐纜繩纜繩能承受高度張力，目前專用纜繩就可達(dá)到需求。2.1.3乘載用掛籠小型掛籠如圖2.5所示：圖2.5小型掛籠中型掛籠如圖2.6所示：圖2.6中型掛籠2.1.4動作馬達(dá)對于馬達(dá)，一般來說有以下要求：A.高扭力、低轉(zhuǎn)速。B.斷電自動煞車。C.機械煞車裝置。D.靜定功能。2.1.5升降結(jié)構(gòu)對于升降的結(jié)構(gòu)，目前計劃主要依現(xiàn)有一般市面上可見的機構(gòu)加以改良，作為自動洗墻機的作動裝置，裝在樓頂?shù)牟竭M(jìn)電動機帶動卷桶控制鋼絲繩的收放，使的刷子部分的執(zhí)行機構(gòu)能在高墻上縱向移動。在這里,選擇卷揚機類似的機構(gòu),加以改進(jìn)。2.1.6清洗刷考慮到刷子受到的摩擦力很小，刷子的轉(zhuǎn)動動力由小電機提供，如圖所示

刷子部分采用紅外線測距。當(dāng)墻上的玻璃窗等與墻的豎直距離不等時，刷子不能很好的清洗玻璃等凹或凸出來的部分。所以從機器采用紅外線測距，使刷子能更好的工作，即使有突出的墻沿，也可以通過機器自己調(diào)節(jié)(線圈產(chǎn)生的磁場和彈簧力來調(diào)節(jié))

刷子由一個獨立的電動機帶動。為了使機器在刷子往返運動中，不會使機構(gòu)左右搖擺，所以采用一些輔助機構(gòu)來減少左右搖擺，如圖所示，采用末端加有一個輪，此輪與墻接觸。當(dāng)機器向下運動時，輪與墻之間是滾動摩擦，使機器向下運動時，可以使機器與墻之間保持一定的距離，從而不會撞到墻或者玻璃，當(dāng)墻左右搖晃時，這時，輪與墻之間產(chǎn)生滑動摩擦，對機器左右搖擺有一定的抑制作用。還有一些輔助機構(gòu)使得清潔機在墻上工作更加平穩(wěn)。2.2方案評價與選擇根據(jù)任務(wù)書的要求，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，投資小，成本低，安全可靠，工作效率高，故選用，水平式滑軌，支撐纜繩，小型掛籠，升降機構(gòu)采用類似卷揚機機構(gòu)，工作部，利用工作電動，經(jīng)減速器減速，帶動清洗刷轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)清洗功能。

3運動學(xué)及結(jié)構(gòu)方案的確定根據(jù)任務(wù)書要求，一小時可以清洗墻面600-800平方米，考慮到結(jié)構(gòu)簡單，直接單向進(jìn)給，故只考慮升降，而且要達(dá)到600-800平方米，所以要選用大型號的清洗刷。其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示：圖3.1清洗刷結(jié)構(gòu)圖3.1運動學(xué)參數(shù)選定初選卷揚機，根據(jù)GB/T1995-2002，選用雙卷快速快溜放卷揚機，額定速度為20m/min-25min，額定載荷為25KN。根據(jù)初選的卷揚機，則定清洗刷直徑應(yīng)500mm。清洗刷與墻面的摩擦力查機械設(shè)計手冊得工程塑料的動摩擦因數(shù)在之間，因為，清洗刷基本上靠自動壓在墻面上，又要考慮到清洗干凈，故選用動摩擦因數(shù)較大的工程塑料，選定其動摩擦因數(shù)為，估算清洗裝置，故工作機所需輸入功率：各部件的傳動效率：工作機的效率：傳動裝置中各部分的效率,查機械手冊得8級精度的一般齒輪傳動效率：彈性聯(lián)軸器傳動效率：齒式聯(lián)軸器傳動效率：球軸承傳動效率：滾子軸承：電動機至工作機之間傳動裝置的總效率：所需電動機功率由,得查表13-2,得圓柱齒輪傳動單級傳動比常值為3～5,故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍:對Y系列電動機通常多選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min的電動機,故選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。選用Y100L2-4,額定功率3KW,滿載轉(zhuǎn)速1430r/min,電動機極數(shù)為4，軸伸尺寸。其具體參數(shù)如下：型號:Y100L2-4額定功率/kW:3.0鐵心長度/mm:135氣隙長度/mm:0.3定子外徑/mm:155定子內(nèi)徑/mm:98定子線規(guī)nc-dc:1-1.18每槽線數(shù):31并聯(lián)支路數(shù):1繞組型式:單層交叉節(jié)距:1～9/2～10/18～11槽數(shù)Z1/Z2:36/32轉(zhuǎn)動慣量/(kg·m^2):0.0067質(zhì)量/kg:383.2計算總傳動比和分配各級傳動比傳動裝置的總傳動比要求為式中：—電動機滿載轉(zhuǎn)速,r/min.一般推薦展開式二級圓柱齒輪減速器高速級傳動比,取。3.3計算傳動裝置運動和動力參數(shù)該傳動裝置從電動機到工作機有三軸,依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸,則:3.3.1各軸轉(zhuǎn)速式中:—為電動機滿載轉(zhuǎn)速,r/min；、、—分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸轉(zhuǎn)速,r/min;Ⅰ為高速軸,Ⅲ為低速軸.3.3.2各軸功率式中:Pd—為電動機輸出功率,KW;PⅠ、PⅡ、PⅢ—分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸輸入功率,KW；3.3.3各軸轉(zhuǎn)矩

4傳動零件的設(shè)計計算4.1第一級齒輪傳動設(shè)計計算因傳動無嚴(yán)格限制,生產(chǎn)批量小,故小齒輪用40Cr,調(diào)質(zhì)處理,硬度241HB～286HB,平均取為260HB;大齒輪用45鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度為229HB～286HB,平均取為240HB.齒輪采用非對稱支承結(jié)構(gòu)安裝。計算步驟如下:齒面接觸強度計算4.1.1初步計算轉(zhuǎn)矩T1,齒寬系數(shù),由表12.13,取Ad值,由表12.16,估計,取接觸疲勞極限,由圖12.17c,得初步計算的許用接觸應(yīng)力:傳動比i,初步計算小齒輪直徑d1,,取初步齒寬b,4.1.2校核計算圓周速度,精度等級由表12.6，選用8級齒數(shù)Z1、模數(shù)和螺旋角:，取Z2=105,由表12.3,取(和估計值接近)使用系數(shù)KA由表12.9,,動載系數(shù)Kv,由圖12.9,齒間載荷分配系數(shù)由此得齒向載荷分布系數(shù),由表12.11,載荷系數(shù),彈性系數(shù),由表12.12,節(jié)點區(qū)域系數(shù),由圖12.16,重合度系數(shù),由式12.31,因故螺旋角系數(shù),接觸最小安全系數(shù),由表12.14,得(一般可靠)總工作時間,應(yīng)力循環(huán)次數(shù):接觸壽命系數(shù),由圖12.18,,許用接觸應(yīng)力:驗算計算結(jié)果表明,接觸疲勞強度較為合適,齒輪尺寸無須調(diào)整。4.1.3確定傳動主要尺寸中心距實際分度圓直徑,齒寬,齒根彎曲疲勞強度驗算齒形系數(shù):由圖12.21,,應(yīng)力修正系數(shù),由圖12.22,,重合度系數(shù),螺旋角系數(shù),(當(dāng).),故齒間載荷分配系數(shù),前已求得,故齒向載荷分配系數(shù),由圖12.14,,載荷系數(shù),彎曲疲勞極限,由圖12.23c,,彎曲最小安全系數(shù),由表12.14,應(yīng)力循環(huán)次數(shù),彎曲壽命系數(shù),由圖12.24,,尺寸系數(shù),由圖12.25,許用彎曲應(yīng)力驗算傳動無嚴(yán)重過載,故不做靜強度校核。4.2第二級齒輪傳動設(shè)計計算因傳動無嚴(yán)格限制,生產(chǎn)批量小,故小齒輪用40Cr,調(diào)質(zhì)處理,硬度取為280HB;大齒輪用45鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度取為260HB。齒輪采用非對稱支承結(jié)構(gòu).計算步驟如下:齒面接觸強度計算4.2.1初步計算轉(zhuǎn)矩T2,齒寬系數(shù),由表12.13,取Ad值,由表12.16,估計,取接觸疲勞極限,由圖12.17c,得初步計算的許用接觸應(yīng)力:傳動比,初步計算小齒輪直徑,初步齒寬b,4.2.2校核計算圓周速度,精度等級選用8級齒數(shù)、模數(shù)和螺旋角:,由表12.3,取(和估計值接近)使用系數(shù)KA,表12.9,,動載系數(shù),由圖12.9,齒間載荷分配系數(shù)由此得齒向載荷分布系數(shù),由表12.11,載荷系數(shù),彈性系數(shù),由表12.12,節(jié)點區(qū)域系數(shù),由圖12.16,重合度系數(shù),由式12.31,因,故螺旋角系數(shù),接觸最小安全系數(shù),由表12.14,得(一般可靠)總工作時間,應(yīng)力循環(huán)次數(shù):接觸壽命系數(shù),由圖12.18,,許用接觸應(yīng)力驗算計算結(jié)果表明,接觸疲勞強度較為合適,齒輪尺寸無須調(diào)整.4.2.3確定傳動主要尺寸中心距實際分度圓直徑齒寬,取齒根彎曲疲勞強度驗算齒形系數(shù):由圖12.21,,應(yīng)力修正系數(shù),由圖12.22,,重合度系數(shù)，螺旋角系數(shù),(當(dāng).)，故齒間載荷分配系數(shù),前已求得,故齒向載荷分配系數(shù),由圖12.14,,載荷系數(shù),彎曲疲勞極限,由圖12.23c,,彎曲最小安全系數(shù),由表12.14,應(yīng)力循環(huán)次數(shù),,彎曲壽命系數(shù),由圖12.24,,尺寸系數(shù),由圖12.25,許用彎曲應(yīng)力驗算傳動無嚴(yán)重過載,故不做靜強度校核。表1傳動零件設(shè)計計算小結(jié)名稱材料硬度齒數(shù)齒寬mnβ分度圓直徑齒輪Ⅰ40Cr260HB2255mm212°6′5′′45.000mm齒輪Ⅱ45240HB10545mm212°6′5′′215.190mm齒輪Ⅲ40Cr280HB2882mm2.513°32′10′′72.000mm齒輪Ⅳ45260HB9672mm2.513°32′10′′254.952mm4.3畫簡圖142142587170.557.571128圖4.1簡圖4.3.1初估軸徑在畫裝配草圖前需初估軸徑,從而提高設(shè)計效率,減少重復(fù)設(shè)計的工作量,并盡可能的降低生產(chǎn)成本。三根軸都選用40Cr材料。由<<機械設(shè)計>>式16.2,得各軸的最小直徑分別為:式中:C為軸強度計算系數(shù),40Cr所對應(yīng)的系數(shù)為102考慮到實際情況,可將這三軸的最小軸徑定為25mm,50mm和35mm。4.3.2初選聯(lián)軸器聯(lián)軸器除聯(lián)接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩外,有些還具有補償兩軸因制造和安裝誤差而造成的軸線偏移的功能,以及具有緩沖、吸振、安全保護(hù)等功能。電動機軸和減速器高速軸聯(lián)接用的聯(lián)軸器,由于軸的轉(zhuǎn)速較高,為減小啟動載荷,緩和沖擊,應(yīng)選用具有較小轉(zhuǎn)動慣量和具有彈性的聯(lián)軸器,該設(shè)計選用彈性柱銷聯(lián)軸器。減速器低速軸與工作機聯(lián)接用的聯(lián)軸器,由于軸的轉(zhuǎn)速較低,不必要求具有較小的轉(zhuǎn)動慣量,但傳遞轉(zhuǎn)矩較大,又因減速器與工作機不在同一底座上,要求具有較大的軸線偏移補償,因此選用鼓形齒式聯(lián)軸器。根據(jù)上述分析并考慮到實際情況,聯(lián)軸器選擇如下:電動機軸和減速器高速軸聯(lián)接用的聯(lián)軸器選用LT4聯(lián)軸器。4.3.3初選軸承軸承是支承軸頸的部件。由于該傳動裝置采用兩對斜齒輪傳動，經(jīng)比較選擇，采用兩對角接觸球軸承和深溝球軸承。從高速軸到低速軸，選用的軸承分別為7307C、30210、30210，均為成組使用，面對面安裝。

5軸的校核計算5.1高速軸受力分析高速軸受力情況如下：圖5.1高速軸受力情況水平受力分析:對點取矩,則有對點取矩,則有垂直面受力分析:對點取矩,則有:對點取矩,則有:5.2中間軸校核計算中間軸結(jié)構(gòu)和受力分析圖如下:中間軸材料選用40Cr調(diào)質(zhì),。軸的彎曲應(yīng)力校核步驟如下:計算齒輪受力齒輪Ⅱ所受的力():圓周力徑向力軸向力轉(zhuǎn)矩齒輪Ⅲ所受的力:()圓周力徑向力軸向力計算支承反力水平面反力垂直面反力水平面受力圖,如f圖所示垂直面受力圖,如h圖所示畫軸彎矩圖水平面彎矩圖,如g圖所示，圖垂直面彎矩圖,如i圖所示，圖合成彎矩圖,如j圖所示，合成彎矩畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩圖,當(dāng)量轉(zhuǎn)矩圖，如圖k所示許用應(yīng)力用插入法由表16.3,查得應(yīng)力校正系數(shù)畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量彎矩:在齒輪Ⅲ中間處在齒輪Ⅱ(軸頭)中間處當(dāng)量彎矩圖,見圖l校核軸徑齒根圓直徑軸徑經(jīng)檢驗軸所用尺寸合格。中間軸安全系數(shù)校核計算如下：以齒輪Ⅲ端面處危險截面為例進(jìn)行安全系數(shù)校核。對稱循環(huán)疲勞極限脈動循環(huán)疲勞極限等效系數(shù)截面3-3上的應(yīng)力水平面彎矩垂直面彎矩合成彎矩彎曲應(yīng)力幅彎曲平均應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)