基于UG的小型电动清扫车的结构设计机械制造专业.doc

【摘 要】本文针对室内垃圾清扫困难，以及传统清扫方式效率低下、人员劳动强度大等一系列问题设计了一种小型电动清扫车。通过传动系统将动力装置产生的动力传递至位于装置前侧两旁的盘形刷和中部的滚刷，令位于两旁的盘形刷共同做不同方向的旋转运动，将两侧的灰尘和垃圾清扫给位于装置中部正在滚动的滚刷。随后，利用滚刷将垃圾扫入垃圾箱之中完成室内环境的清扫。在本研究中所使用的清扫小车属于小型请清扫设备，对于常见的室内垃圾和灰尘等具有较高的清扫效率位于两旁的盘刷能够更加有效的清洁死角处的灰尘和垃圾。 在课题的设计过程中，进行了多方的调查研究并且查看了许多资料，在不同清扫设备以及清扫方案之间进行详细对比，最终选择一种较为理想的设计方案，随后确定了不同结构，并对结构的尺寸进行了设计，并完成了强度校核，保证了设备在工作过程中的稳定性。由于本文所选用的零部件设备制造相对而言较为容易，因此设备成本较低，是一种较为理想的室内清扫工具，值得大规模推广使用。 【关键词】清扫机；滚刷；盘形刷；制造成本 Abstract: This paper designs a small electric sweeper for a series of problems such as indoor garbage cleaning difficulty, low efficiency of traditional cleaning methods and high labor intensity. Through the transmission system, the power generated by the power unit is transmitted to the disc brush on both sides of the front side of the device and the roller brush in the middle, so that the disc brushes on both sides cooperate to rotate in different directions, and the dust and garbage on both sides are cleaned. A roller brush that is rolling in the middle of the device. Then, use the roller brush to sweep the garbage into the garbage can to complete the cleaning of the indoor environment. The cleaning trolley used in this study belongs to a small cleaning device. For common indoor garbage and dust, the cleaning brush located on both sides can effectively clean the dust and garbage at the dead corner. In the design process of the subject, a variety of investigations and studies were conducted and a lot of materials were reviewed. A detailed comparison between different cleaning equipment and cleaning schemes was made. Finally, an ideal design was selected, and then different structures were determined. The dimensions of the structure were designed and the strength check was completed to ensure the stability of the equipment during the work. Since the parts and components selected in this paper are relatively easy to manufacture, the equipment cost is low, and it is an ideal indoor cleaning tool, which is worthy of mass promotion. Key words: Sweeper;Rolls brushes;Disc brushes; Production cost 目 录 第一章 绪论 1 1.1 清扫机器设备的概述 1 1.1.1 清扫机器设备的分类 1 1.2 我国清扫机械的发展趋势 1 1.3课题需要完成的任务 2 1.3.1设计主要内容 2 1.3.2设计工作基本要求 2 第二章 总体方案的设计 4 2.1设计主要技术要求 4 2.2总体方案的确定 4 第三章 动力装置的确定 8 3.1蓄电池的选择 8 3.2电动机的选择 9 第四章 清扫机的结构设计 12 4.1传动比的分配 12 4.2带轮的选择设计 12 4.2.1 I轴带轮的设计计算 12 4.2.2 I-Ⅱ轴带轮的设计计算 16 4.2.3 Ⅲ—Ⅳ轴的带轮设计 19 4.3主轴的设计计算 20 4.3.1主轴的结构设计 20 4.3.2轴的校核 22 4.3.3键的校核 24 4.4锥齿轮计算与校核 25 4.5车架的设计计算 31 总结 33 参考文献 34 致 谢 35 第一章 绪论 1.1 清扫机器设备的概述 1.1.1 清扫机器设备的分类 根据设备体积以及所能清扫的垃圾尺寸可将清扫机械设备分为两种类型，分北纬大型 和中小型清扫设备。前者主要应用于大面积、大杂物的清扫，如公路上的垃圾清扫车。后者主要应用于室内，实现室内环境的清扫。本文要求设计一款可在室内清扫的设备，因此研究内容为小型清扫机器设备。而当前小型清扫设备较为多样化，主要可分为下述几种类型。 （1）多样型清洁机器人：随着技术的不断发展以及人们对于清扫功能要求的不断提升，传统的单一功能清扫设备难以满足人们的需求，因此多功能清扫设备成为研究者的研究重点，多样型的清扫机器人融合了机械学、电子技术以及传感器技术等多学科技术，功能更加完善，智能化程度也更高。 多样型清洁机器人可实现在房间中自动完成地面清洁，保持家庭卫生，包含室内家用型和室外型等，可用于多种多样情况下的进行清扫和清洁工作。关于此种设备的研究是从上十九世纪八十年代开始的，并受到社会的普遍关注，但是这类设备对于清洁场合的要求价高，因此在实践中出现的问题也较多。多样型机器人的具备的优点如下：①有便携式电源，有较高的自动化、实用性强。②使用场合为简单的室内环境，具有良好的环境适应性。③工作的对象是工作面的尘埃、纸屑等，而体积较大的物体不视为该机器的处理对象。为了工作的安全，该机器必须对使用者及周围的生物及物品等不能造成任何危险，其具备一定的识别和越障功能。 （2）扫地清洁机：是目前技术条件下经济成本最小清扫设备。扫地清洁机主要针对的是在各种一般室内或部分室外地面上小面积表面杂物垃圾的清洁工作环境。在车体前侧安装立清扫刷；通过电动机动力使得清扫刷运动把垃圾扫入装置在车架本体上的垃圾箱内。避免了扬尘和噪音，具有结构简单，操作方便等诸多特性，可在非工作状态下完成清扫。清扫时速在2—5 公里／时左右，清扫面积的宽幅在10～20公分。自动扫地机器人是一种具有安全可靠、高度智能化的清扫工具，是一种具有微控制器的智能保洁设备。人们可以对其进行设定进而对房间进行清扫。目前，自动扫地机器人的普及非常之高。随着社会的进步和科学的发展，人们迫切希望从繁琐的日常生活中抽出时间来，因此，一款性价比足够高的扫地机器人就显得尤为重要[8]。从机器人应用领域的不同，将其分成两类，即特种机器人和工业机器人。其中，扫地机器人就属于特种机器人。 智能扫地机器人除具备体积小、使用简单特点以外，还比一般的吸尘器噪音小。因此，智能扫地机器人的研发是当前科研领域的一个重要课题，它的市场前景很被看好，也可能在智能领域创造奇迹。 1.2 我国清扫机械的发展趋势 扫地机器人发展速度十分惊人，其中iRobot和Neato（美国）两个扫地机器人品牌发展吸引了全球智能爱好者的关注。综合测评了市场中几个扫地机器人，例如美国iRobot,国内科袄斯，台湾Proscenic，以及国产智宝 ，对它们进行智能程度，安全可靠和外观上的测评。通过这一系列的测评，选出综合能力最强，最适合使用的扫地机器人。 研究现状：与欧美等发达国家相比，国内发展进程确实缓慢，很多技术性问题还没有得到实质性解决，例如路径规划等关键技术。虽然有的公司表示已经在这些问题上取得重大突破，但那终究只是表面，而且现在普遍存在清扫效果不理想，用时时间过长等问题。 现在，在众多发达国家和地区的办公室和机场，自动扫地机器人出现的频率相当高。随着我们扫地机器人出现，为人们减少了很多清洁的工作，有着扫地机器人的性能不断提升，受到市场广泛的欢迎。清扫机械的发展趋势如下： （1）开发更多功能 为了提高实用性，清扫机的功能需要进一步的开发，例如现在的清扫机只拥有比较基本的清扫功能，无法实现湿地拖洗和围栏清洁等。 （2）提高机械稳定性 现在国产清扫机机械稳定性难敌海外产品，关键因素有三个，第一因为国内生产的基础件生产技术水平不高，比如动力装置、工作装置等有待提高；第二则为加工工艺及工艺精度较低，难以达到高精度配合；第三是部分整体机械结构设计和技术仍需大幅提高等。 （3）根据工作场合生产不同种类的清扫机 清扫机的工作环境多种多样，不同的工作面清扫机所需要的功能和形态是不样的。例如高等级的清扫设备所工作的环境多为高雅环境或者图书馆等安静场所，需要实现低噪音和极好的清洁效果，并且形态设计也要符合环境，不能太过突兀，所以采购和生产成本就较高。而等级较低的其他清扫设备工作环境多为普通场所甚至是高压的工作环境，所以除了清洁效果外没有过的附加条件，所以采购和生产成本较低。由此可见根据不同的工作环境开发和生产不同的清扫设备，在经济和实用角度上都十分有必要。 （4）做到节能环保 现如今国内和世界范围内都在提倡环境环保，并且国家的环保政策和环保力度都进一步加强，现今的大部分机型都在抛弃传统动力方式，开始实用纯电里的模式。但是仍然有存在能源浪费的情况存在。 1.3课题需要完成的任务 1.3.1设计主要内容 其主要设计内容为： （1）总体方案设计； （2）各模块结构设计； （3）完成基于UG的三维实体模型，并折合出二维平面图纸若干张； （4）完成8000-10000字左右的毕业论文。 1.3.2设计工作基本要求 ① 结合设计题目，查阅文献，并撰写文献综述； ② 根据课题要求，按照要求撰写开题报告； ③ 据课题要求，对设计的清扫机进行受理分析； ④列出论文编写大纲； ⑤翻译英文文献； ⑥按时完成毕设所有要求，准备答辩； 第二章 总体方案的设计 2.1设计主要技术要求 驱动形式：电机驱动或者燃油发动机。燃油发动机驱动方式适用于庭院、开放社区广场等室外的清洁工作；电动机驱动型因其噪声低，作业时无污染，适合户内清洁工作。但考虑到环保问题，所以在设计中将尽量实用电动机驱动。 单位时间内要能做到不少于800平方的清扫面积，设备垃圾箱储存体积最低要求25升。 2.2总体方案的确定 出于对工作环境有相对严格