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湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 手推式自動洗地機的設(shè)計 學(xué) 院 小三號黑體居中（下同） 專 業(yè) 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 提交日期 年 月 日 手推式自動洗地機的設(shè)計 摘 要 目前，各式各樣的手推式自動洗地機越來越多應(yīng)用于人們的生活中，從事著與人們生活息息相關(guān)的服務(wù)工作，極大地提高和改善了人們的生活質(zhì)量。隨著現(xiàn)代化社會加速推進，人們生活水平大幅提高，一個多功能洗地機或許將是你最好不過的貼心朋友！該車可用于家庭、辦公室及一些小型娛樂場所用來清洗小體積垃圾，如煙蒂，瓜子皮，紙屑等。本文主要介紹了目前國內(nèi)外清洗手推式自動洗地機的研究現(xiàn)狀以及手推式自動洗地機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和程序設(shè)計。總體來說，手推式自動洗地機的研究已經(jīng)很深入了但還是存在不足。清洗手推式自動洗地機結(jié)構(gòu)主要包括行走結(jié)構(gòu)、清洗結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：手推式自動洗地機；運動原理；結(jié)構(gòu)設(shè)計 III Abstract Currently, a wide range of push-type automatic washing machines used in more and more people's lives, in the lives of people and services, greatly enhance and improve the quality of life of people. With the modernization of society accelerating, people's living standards greatly improved, a multi-function washing machine will probably be your best, but a close friend! The car can be used for home, office and some small entertainment for cleaning small volume of waste, such as cigarette butts, melon leather, paper and the like. This paper describes the current domestic and international push hand washing automatic washing machine research status and push-type automatic washing machine structure design and programming. Overall, the research push automatic washing machine has been very thorough, but there is still a shortage. Wash hands push automatic washing machine structure includes walking structure, clean structure. Keywords: hand push automatic washing machine; the principle of movement; structural design 目錄 第1章 前言 1 1.1 選題的研究現(xiàn)狀 1 1.2 國內(nèi)外研討現(xiàn)狀 3 1.3 研究的目的和意義 6 1.4 設(shè)計的重點和難點 7 第2章 手推式自動洗地機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 21手推式自動洗地機的結(jié)構(gòu)組成 8 2.2工作原理 9 第3章 手推式自動洗地機具體計算 11 3.1 蓄電池的選擇 11 3.2 電動機的選擇 13 3.2.1 選擇電動機應(yīng)綜合考慮的問題 13 3.2.2 電動機的選擇 13 3.3 蝸輪蝸桿的選擇 15 3.4 清洗機構(gòu)的電機的選擇 18 第4章 車架的設(shè)計與車體造型設(shè)計 19 4.1 車架的設(shè)計 19 4.2 車體造型設(shè)計 20 4.3 清洗車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 結(jié)論 23 感謝 24 參考文獻 25 26 第1章 前言 目前，各式各樣的手推式自動洗地機 越來越多應(yīng)用于人們的生活中，從事著與人們生活息息相關(guān)的服務(wù)工作，極大地提高和改善了人們的生活質(zhì)量。室內(nèi)智能洗地機器人就是在這種背景下誕生的一種家庭服務(wù)機器。 隨著現(xiàn)代化社會加速推進，人們生活水平大幅提高，但工作壓力也越來越大，下班回來不想再干繁重的家務(wù)，此時，一個多功能垃圾洗地機 或許將是你最好不過的貼心朋友！該車可用于家庭、辦公室及一些小型娛樂場所用來清洗小體積垃圾，如煙蒂，瓜子皮，紙屑等。當我們工作一整天之后，拖著疲憊的身體回到家中卻看到地上滿是垃圾，這會讓我們感到更加的疲累，不過只要家里有了清潔手推式自動洗地機，這種情況就不會發(fā)生。當我們外出工作的時候，手推式自動洗地機就可以把家里打掃的干干凈凈，當我們回到家里的時候就會有一種傷心悅目的感覺，全身的疲憊都會一掃而空。本次的論文就是關(guān)于手推式自動洗地機的設(shè)計。 1.1 選題的研究現(xiàn)狀 1. 自從1904年英國人發(fā)明了第一臺洗地機，至今為止洗地機的發(fā)展歷史已有近百年。而后日本、美國、德國、英國等國家就開始了洗地機的批量生產(chǎn)。目前，國外先進的洗地機都在不斷地提高智能水平。 國外洗地機 現(xiàn)狀： 國外洗地機 由于有幾十年的發(fā)展史，加之基礎(chǔ)零部件可靠性高，因此都有一個共同的特點，可靠性相對國內(nèi)產(chǎn)品要高。而且早已廣泛應(yīng)用了先進的電子技術(shù)，有些還應(yīng)用了有線和無線遙控。目前，國外在洗地機 器人的研究領(lǐng)域完成了許多工作，取得了一定成果，如日立、松下、三星等世界著名公司都已開發(fā)出智能吸塵機器人。 國內(nèi)洗地機 現(xiàn)狀： 在國內(nèi)，各大科研機構(gòu)和高等院校也都開始自動洗地機 的研究。哈爾濱工業(yè)大學(xué)于20世紀90年代開始致力于這方面的研究，與香港中文大學(xué)合作，聯(lián)合研制開發(fā)出一種全方位移動洗地機 器人。浙江大學(xué)于1999年初對智能機器人進行研究，兩年后便成功研制出國內(nèi)第一個具有初步智能的自主吸塵機器人。雖然我國研制出的洗地機 在品種規(guī)格上和使用性能上已基本能滿足國內(nèi)各種需求，但是國產(chǎn)產(chǎn)品存在外形單調(diào)、功能單一、操作不方便、清洗效率低等問題。 德國 Kaercher 公司生產(chǎn)的RC3000是世界上第一臺能夠自主完成家庭地面打掃工作的清潔手推式自動洗地機[1]，如圖1-1 所示，這款手推式自動洗地機的內(nèi)部裝有芯片控制系統(tǒng)以及光電傳感器，一旦手推式自動洗地機在清洗過程中檢測到雜物的存在，它就可以隨機的改變行進的方向，繼續(xù)進行打掃，一直到打掃工作徹底完成。當電源電壓不足時，它會自主地返回充電站進行充電。在這款手推式自動洗地機的內(nèi)部一共設(shè)置了四種清潔程序，手推式自動洗地機會根據(jù)環(huán)境的不同來選擇最合適的程序進行打掃。在手推式自動洗地機的內(nèi)部裝有光敏傳感器，當手推式自動洗地機打掃到距離樓梯或者臺階的邊緣很近的時候，傳感器就可以檢測到樓梯和臺階的存在，然后手推式自動洗地機就會自動遠離，這就避免了手推式自動洗地機可能發(fā)生的跌落以及因跌落造成的損傷。 跟著經(jīng)濟的開展和社會進步，大家對生計質(zhì)量的需要愈來愈高，交通快捷也越來越變成社會開展?的迫切需要，高等級公路以空前的速度開展，路途的打掃和保潔也越來越遭到有關(guān)部分的注重，多年?來構(gòu)成的人工打掃的格式明顯已不習慣中國高等級公路開展的客觀需要，人工打掃粉塵飛揚，嚴峻影?響清洗工人的身體安康，也不可避免的形成環(huán)境的二次污染?：公路車輛的高速行進對清洗工人的生命安全形成潛在要挾，這就需要我有必要敏捷開展清?掃機械，只要這樣才干滿意敏捷開展的高等級公路的客觀需要，使大家日子在潔凈安康的環(huán)境中，這?也是人類二十一世紀高品質(zhì)日子的必定需要。因而對中國打掃車概略和開發(fā)機型的討論有著十分重要的含義? 從20世紀60?時代中國研制出產(chǎn)路面打掃機械開端（指大型打掃機的研制），已有40?多年的出產(chǎn)前史，可是中小型打掃機的研制開發(fā)則剛剛起步。有關(guān)于發(fā)達國家，中國地上打掃機在出售規(guī)劃、技術(shù)水平、打掃作用等方面都存在必定的距離。跟著公共環(huán)境衛(wèi)生、工廠清洗機械商場的迅猛開展，2005?年之后，國內(nèi)地上打掃機開端出現(xiàn)疾速開展的態(tài)勢。但與國外比較，國內(nèi)還停留在商場的初級開展期間。? 中國已逐漸進入現(xiàn)代化社會，陳腐、落后的打掃辦法及設(shè)備，已不能滿意社會進步的需要。關(guān)于自動化洗地用具，大家常見的是馬路上的洗地車，它能進行大面積大街打掃、作業(yè)功率高，并且節(jié)省人力。可是，小面積區(qū)域的打掃東西還首要沿襲傳統(tǒng)手藝洗地東西：掃帚，作業(yè)功率低、打掃作用不行抱負、糟蹋人力資源。而作業(yè)功率高的省時省力的龐然大物洗地車在比方廠區(qū)、居住小區(qū)、機關(guān)、校園、醫(yī)院、小街冷巷、走廊等場所，確是英雄無用武之地。跟著現(xiàn)代日子節(jié)奏的加速及居住面積的增大，家居地上的打掃作業(yè)也越來越深重，嚴峻攪擾了大家的日子。因而急需開發(fā)一種本錢低、節(jié)省人力物力、打掃作用杰出的習慣院子、小區(qū)、冷巷、走廊等小區(qū)域場所的小型打掃設(shè)備。? 1.2 國內(nèi)外研討現(xiàn)狀? 國內(nèi)打掃車的開展閱歷進程如下；第一期間，20世紀60時代，中國研制出純掃式打掃車，因純?掃式打掃車有功用差、質(zhì)量差、外觀差，打掃作用差等缺點，加之又受限于其時中國的體系和其時城?市環(huán)衛(wèi)部分的經(jīng)濟狀況，故只要少量大城市運用純掃式打掃車。直至20世紀80時代末，建造部長沙?建造機械研討院規(guī)劃出中國第一臺吸掃式打掃車。它以其純掃式打掃車無可比拼的優(yōu)勢，進入中國的?大中城市。如今，在中國打掃車商場中，吸掃式打掃車占有率為95%以上。第二期間，20世紀晚期，?是中國打掃車開展最快的期間，打掃車的運用不但從大中城市擴展到小城市，高速公路，并且不少企?業(yè)、居民小區(qū)也選用打掃車進行路面打掃。商場需要的敏捷脹大，各種類型和各種標準的吸掃式打掃?車不斷涌現(xiàn)。當前，中國打掃車大都為2t～8t汽車底盤改裝，這種打掃車轉(zhuǎn)場速度快，合適于大面積、?遠距離打掃，常用于城市主干道、城鄉(xiāng)結(jié)合部、高速公路的路面打掃作業(yè)。這些年，跟著打掃車商場的擴展，對打掃車的用戶需要也在發(fā)生變化，中小全液壓打掃車選用單臺發(fā)動機傳動，油耗低；行進無級變速，打掃作用好，打掃功率高；駕駛室視界?好等長處，備受用戶喜愛，格外對錯城市大街和非公路打掃車用戶。不少打掃車出產(chǎn)公司也開?了專?用底盤的中小型全液壓打掃車，多種標準的中小型全液壓打掃車投放了商場。第三期間，2000年之后，?國內(nèi)路面打掃商場開端出現(xiàn)疾速開展的態(tài)勢。長沙中標公司、天津洗地王公司等專業(yè)出產(chǎn)廠家，均獲?得了較好的開展勢頭。隨之而來三一重工股份有限公司等其它公司也開端進路面打掃車的研制和出產(chǎn)，并取得了較好的開展。當前，國產(chǎn)路面打掃車的種類標準、運用功用已能根本滿意國內(nèi)的需要，商品標準從2t到8t。與國外比較，大型商品所占份額不大，商品種類較少，量也較低。? 當前，許多國家研制的清洗機器人應(yīng)時而生。日本，美國，歐洲各大廠商競相開發(fā)，有些商品乃至很超前。例如，有一種具有高效吸塵除灰功用的清洗機器人，可遙控也可自主運作，能轉(zhuǎn)向，逃避障礙物，有很高的有用價值，可對家居、廠礦公司等地上進行清洗，協(xié)助大家從冗雜的勞作中解放出來。在國外清洗設(shè)備的擁有率和洗衣機簡直適當，乃至要高（有共用洗衣房，專業(yè)洗衣店的原因）。在這方面，國內(nèi)的研制腳步較慢，可是跟著國家城市化的進程不斷加大和經(jīng)濟的開展，許多新式的中小城市正在興起，城市化規(guī)劃不斷擴展，現(xiàn)代化的工廠不斷建成，機關(guān)、小區(qū)、醫(yī)院、校園和公共場不斷建造機械化打掃現(xiàn)已變成一種必定，地上的清洗維護及工廠清洗出產(chǎn)現(xiàn)已越來越重要。勞作力本錢的不斷提高，打掃設(shè)備的商場前景日漸看好。 手推式自動洗地機本身的扁平結(jié)構(gòu)，極大地方便了手推式自動洗地機的清洗，一些我們平常不容易打掃的地方，對手推式自動洗地機而言，卻可以很輕松地完成，如圖1-2. 圖 1-1 RC3000 和充電站 圖 1-2 RC3000 清洗工作圖 “三葉蟲”誕生于英國，這是一款問世較早但功能強大的吸塵器，如圖1-3所示。它內(nèi)部裝有超聲波探測器，可以迅捷地探測到障礙物的存在并繞開能夠自由穿梭清洗，同時可以自主的設(shè)計出最優(yōu)行走路線；這款手推式自動洗地機能夠分三個檔位來工作：正常、快速和點清理；當手推式自動洗地機的垃圾盒被垃圾充滿之后，手推式自動洗地機就會發(fā)出警報；如果用戶有些地方不需 “三葉蟲”打掃，只要貼上特制的磁帶就能夠限制手推式自動洗地機的打掃范圍?！叭~蟲”的電源是可充電的，電量充滿之后手推式自動洗地機大概可以持續(xù)工作1個小時。 圖1-3 伊萊克斯的“三葉蟲” 2002年9月清潔手推式自動洗地機“Roomba”在美國面世，它的重量大約是2千克，直徑30英寸[2]。這款手推式自動洗地機擁有高度的自主工作能力，它體積較小，因此能夠輕松地把房間內(nèi)各個角落的垃圾打掃干凈。當 “Roomba”進行打掃的時候，動作不會太快但是打掃的效果卻很好，在主人外出之前，可以設(shè)定手推式自動洗地機進行自主工作，當打掃完成之后，手推式自動洗地機就會自主切斷電源，進入待機狀態(tài)，如圖1-4所示： 圖1-4 美國“Roomba”清洗手推式自動洗地機 國內(nèi)現(xiàn)狀： 1999 年初，浙江大學(xué)機械電子研究所開始進行智能吸塵手推式自動洗地機的研究，兩年后設(shè)計成功國內(nèi)第一個具有初步智能的自主吸塵手推式自動洗地機，與蘇州TEK 公司合作研發(fā)，到2003 年系統(tǒng)在自主能力和工作效率上都有了顯著提高[1]。手推式自動洗地機工作之前，需要先進行環(huán)境探測，從而決定清洗時間；然后，計算出效率高的清潔路徑；在打掃完成之后，手推式自動洗地機就會自動返回充電站充電。不過因為系統(tǒng)在進行升級，所以并沒有產(chǎn)品進入市場。之后國內(nèi)推出了手推式自動洗地機KV8，這款手推式自動洗地機防跌落，可以自主清洗，同時價格便宜。但是這款手推式自動洗地機沒有充電站，只能靠人工進行充電。 國內(nèi)眾多品牌清潔手推式自動洗地機中，科沃斯手推式自動洗地機是比較出名的。市場上平均賣出3臺清洗手推式自動洗地機，當中有2臺就是科沃斯的?？莆炙骨鍧嵤滞剖阶詣酉吹貦C利用渦輪增壓系統(tǒng)提高手推式自動洗地機的清洗動力，從而使得手推式自動洗地機打掃房間的質(zhì)量得到保障。這款手推式自動洗地機能夠自主選擇最佳清潔模式；具有防碰撞，防跌落的設(shè)計；預(yù)約定時，自動充電，讓智慧清潔有始有終。 圖1-5 科沃斯洗地手推式自動洗地機 1.3 研究的目的和意義 如今社會的發(fā)展越來越迅速，生活節(jié)奏也越來越快，人們身上的壓力也越來越大，所以很少有人會在工作一天后還愿意打掃自己的房間。這就使得清潔手推式自動洗地機有了廣大的市場。但是現(xiàn)在市場上存在的手推式自動洗地機質(zhì)量好的一般價格也比較昂貴，希望通過這次設(shè)計，可以降低手推式自動洗地機的生產(chǎn)成本，使得手推式自動洗地機能夠進入更多人的生活當中。 1.4 設(shè)計的重點和難點 本文主要是對 的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和材料的計算。關(guān)于清潔手推式自動洗地機清洗機構(gòu)的設(shè)計是本次設(shè)計當中的重點，本文需要介紹手推式自動洗地機的各種功能以及實現(xiàn)該功能的原理。 第2章 手推式自動洗地機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 清潔手推式自動洗地機整體上由2大部分組成，分別是控制系統(tǒng)和機械部分。手推式自動洗地機的整體外觀如圖2-1，它的機械部分包括2個驅(qū)動輪、1個萬向輪、塑料底盤以及外殼。毛刷、電機、電池和控制系統(tǒng)只有安裝在這些部件上面才能發(fā)揮功用。 21手推式自動洗地機的結(jié)構(gòu)組成 （1）行走驅(qū)動輪及驅(qū)動電機。這部分作為手推式自動洗地機的移動機構(gòu)（如圖2-2），功能就是讓手推式自動洗地機在平面上可以自由的行走。手推式自動洗地機的底面有3個紅外探測器，當手推式自動洗地機打掃接近樓梯或臺階時，這3個紅外探測器就可以檢測出來，從而防止手推式自動洗地機掉下去。當手推式自動洗地機進行清洗的時候，有可能會碰到桌角或者其他障礙物，這就使得手推式自動洗地機需要避障，而在清洗手推式自動洗地機的的前面和側(cè)面都有紅外開關(guān)，這就避免了手推式自動洗地機產(chǎn)生碰撞磨損。 圖2-2 移動機構(gòu) （2）清洗機構(gòu)。當手推式自動洗地機進行打掃的時候，首先電機啟動，然后帶動滾刷轉(zhuǎn)動，這時右面的滾刷做逆時針轉(zhuǎn)動，左面的滾刷做順時針轉(zhuǎn)動，在這兩個清洗刷的共同作用下，垃圾和灰塵都被集中到吸塵器的吸風口。 （3）吸塵機構(gòu)。由吸塵器內(nèi)的風扇高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強大的吸力，把垃圾和灰塵吸入垃圾盒中。 （4）擦地機構(gòu)。前面兩部分完成之后，大部分垃圾都掃干凈了，但是還有一些細小的灰塵沒有掃到，這時候，裝在手推式自動洗地機下面的清潔布開始擦地，通過3重結(jié)構(gòu)保障打掃的高質(zhì)量。 圖2-3 手推式自動洗地機的組成機構(gòu) 移動機構(gòu)，清潔手推式自動洗地機的整個機體都在移動結(jié)構(gòu)上面。我們課題的研究是室內(nèi)清洗，所以選用的輪式結(jié)構(gòu)。 本次選用輪式結(jié)構(gòu)的手推式自動洗地機，輪式結(jié)構(gòu)手推式自動洗地機輪系通常情況下分為三輪、四輪和六輪等。在這次的設(shè)計當中，因為手推式自動洗地機的整個機體并不是很大，只要三個輪子就可以讓手推式自動洗地機完成移動。 采用三輪機構(gòu)，而三輪機構(gòu)清潔手推式自動洗地機想要實現(xiàn)轉(zhuǎn)向一般情況下只有通過差速轉(zhuǎn)向和鉸軸轉(zhuǎn)向這兩種方式。而就是采用差速轉(zhuǎn)向式來實現(xiàn)機體的轉(zhuǎn)向。手推式自動洗地機的機體上一共有3個輪胎，在機體前端的輪胎是萬向輪，機體中間的兩個輪子都是驅(qū)動輪，當手推式自動洗地機要進行轉(zhuǎn)向的時候，驅(qū)動輪上的驅(qū)動電機開始運行，這就使得兩個驅(qū)動輪產(chǎn)生不同的加速度，從而產(chǎn)生不同的速度，然后整個手推式自動洗地機就完成轉(zhuǎn)向。 2.2工作原理 清潔手推式自動洗地機想要完成它的打掃工作，如果它自身什么都沒有那就是不可能實現(xiàn)的，因此在手推式自動洗地機機體上面安裝了很多個工作模塊，在這些模塊的共同作用下，手推式自動洗地機才能夠?qū)崿F(xiàn)打掃。CPU是整個手推式自動洗地機的核心，紅外遙控接收模塊和鍵盤模塊主要用于接收主人的指令，然后把指令傳給CPU，CPU接收到指令后經(jīng)過處理，返給手推式自動洗地機開始工作。信息采集模塊用于采集手推式自動洗地機的本身信息和周圍環(huán)境的信息。 手推式自動洗地機工作流程如下： （1） 開始用遙控器或者鍵盤把手推式自動洗地機打開，使手推式自動洗地機進入工作狀態(tài)。 （2） 手推式自動洗地機開始打掃之后，傳感探測模塊不斷地收集外界的信息并把收集的信息傳遞給CPU，CPU接收到之后，對這些信息進行分析、處理最終規(guī)劃出一條效率最高、同時能夠完全覆蓋清洗區(qū)的路徑。 （3） 手推式自動洗地機按照路徑規(guī)劃開始進行打掃，當需要轉(zhuǎn)向時，CPU就會通過驅(qū)動輪上的獨立電機改變兩輪的速度比實現(xiàn)手推式自動洗地機的轉(zhuǎn)向。 （4） 手推式自動洗地機在工作的時候，LCD顯示屏會顯示一些它本身的工作信息。 （5） 遙控器主要用來控制手推式自動洗地機，不僅能夠控制手推式自動洗地機的啟動和停止，除此之外，還可以給手推式自動洗地機進行定時，讓手推式自動洗地機在特定的時間段進行工作。 通過裝在機體上的各種傳感器協(xié)同工作來得到手推式自動洗地機工作的環(huán)境信息，例如，房間的長度以及寬度，還有房間內(nèi)影響手推式自動洗地機打掃的物體的位置。傳感器把所得到的信息傳遞給CPU，CPU經(jīng)過分析、處理后規(guī)劃處一條高效率、高打掃質(zhì)量的路徑。 第3章 手推式自動洗地機具體計算 清洗工作中的各個運動裝置均由電機驅(qū)動運行的。電動機由動力蓄電池提供電源后轉(zhuǎn)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 動力電池是清洗作業(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(qū)動清洗裝置的洗地車與副發(fā)動機驅(qū)動清洗裝置的洗地車相競爭，關(guān)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(nèi)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(qū)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(zhì)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(yīng)，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。 清洗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(shè)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(guān)技術(shù)規(guī)格為下表3-1所示： 表3-1 磷酸鐵鋰電池組技術(shù)規(guī)格 項目 規(guī)格 標稱容量 10Ah 標稱電壓 24V 電池內(nèi)阻 ≤120mΩ 最大充電電流 6A 最大充電電壓 29.2±0.05 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 100×83×335(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(zhì)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(fù)以及均衡功能； （6）結(jié)構(gòu)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）有足夠的功率供清洗機達到每小時清洗面積不低于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(yīng)綜合考慮的問題 1、根據(jù)機械的負載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機的轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍、啟動頻率、制動和反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩，選擇電動機功率，并確定冷卻方式，所選功率應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的性能要求，以及機械減速機構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速； 此外，選擇電動機還必須符合節(jié)能要求，運行可靠性、設(shè)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(jié)構(gòu)形式 電動機類型和結(jié)構(gòu)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(zhì)、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。清洗車的電動機應(yīng)放置在干燥及清潔的車箱內(nèi)部，散熱條件較好，要選用臥式的安裝方式。 在移動的設(shè)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(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)； （4）容易購得，型號多，控制簡單。 直流電動機的缺點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)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(zhuǎn)矩，型號多，適合室內(nèi)清洗機器人的速度。 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。 清洗車多在室外環(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(zhuǎn)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(zhuǎn)速,較大的力矩。減速電機廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)、機械行業(yè)等，其優(yōu)點是簡化設(shè)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(zhuǎn)能力。 因為直流電動機仍然從內(nèi)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(zhuǎn)軸。這個新轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸代替了伸出電動機的老轉(zhuǎn)軸。當查看電動機時，如果轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩應(yīng)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(zhì)量，更適合低轉(zhuǎn)矩，需要反應(yīng)迅速的應(yīng)用場合。本設(shè)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(guān)。對于長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，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。 清洗機清洗材料選用尼龍材料。設(shè)計圓盤毛刷受力約為F=55N，轉(zhuǎn)速為n=80r/min.滾筒清洗受力約為F=70N,轉(zhuǎn)速為n=50r/min。 圓盤毛刷轉(zhuǎn)矩 N·m 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(zhuǎn)矩 N·m 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 由于清洗機工作速度為80r/min 為較低轉(zhuǎn)速故選用 24V 280W直流齒輪減速電機，其輸出轉(zhuǎn)速為750r/min。 3.3 蝸輪蝸桿的選擇 (1)選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)GB /T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿(ZI) (2)選擇材料 渦輪和蝸桿對手推式自動洗地機的清洗至關(guān)重要，手推式自動洗地機的清洗機構(gòu)需要渦輪和蝸桿才能進行打掃工作，因此對渦輪和蝸桿的要求也比較高，所以蝸桿的螺旋齒面必須進行淬火處理，硬度45～50HRC。渦輪的材料選用鑄錫磷青銅，金屬模鑄造。 (3)根據(jù)齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 1、確定載荷系數(shù)K 選定齒輪的傳動比i=14，參考蝸輪蝸桿參數(shù)表取Z1=2，則Z2=28。 由于工作載荷基本上不會發(fā)生改變，所以在選取載荷分布不均勻系數(shù)的時候可以把的值選為1，然后查找資料得到：=1，由于電機的轉(zhuǎn)速并不快，產(chǎn)生的沖擊力度并不會太強，所以選定動載荷系數(shù) =1. 1；則 載荷系數(shù)； （3-9） 2、計算作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩T2： T2=9550*106*P /n 當=2時，的值在0.7到0.9之間，取 =0.8，代入式中得： （3-10） 3、確定彈性影響因素 Ze 由于選用的齒輪材料是鑄錫磷青銅，蝸桿選用的是鋼鑄造的，這兩者相互配合，通過查《機械設(shè)計》得： Ze =160。 4、確定接觸系數(shù) 假定蝸桿的分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a=0.35，由資料當中查得數(shù)據(jù)，得到Zp是2.9。 5、確定應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （3-11） 查《機械設(shè)計》得：=230MPa -=90MPa （3-12） 6、計算中心距 （3-13） 選a=40mm，由于i=14，通過查表選定模數(shù)m=2mm，最終確定d1的值是22.4mm。這個時候d1/a=0.56，由資料查得Zp=2.4＜2.9，滿足我們設(shè)計的要求，因此計算結(jié)果正確，數(shù)據(jù)能夠使用。 查表選取m=2mm，d1=22.4mm， Z1=2q=11.20，Z2=29，分度圓導(dǎo)程角r=10°07′29″。中心距ａ=40 mm，d2 =mz2=58； a=40.20mm，這并不是滿足要求的推薦中心距，但是如果選擇了中心距，渦輪就會改變位置。本設(shè)計不采用變位，取a=40.20。 (1) 驗算初設(shè)參數(shù) 滑動速度 （3-14） 在范圍之內(nèi)，所選材料合適。 蝸桿的傳動效率在0.95和0.96之間， 因為是1.8m/s，查表得 =2°， ， （3-15） 傳動效率=（0.95~0.96）*0.85=0.81~0.82，與初選 =0.7不符，初效率應(yīng)適當降低。 （5）驗算齒根的剛度和彎曲疲勞強度 （3-16） 蝸輪當量齒數(shù)=/ =29.44，查得齒形系數(shù)=2.65； 則可求的： （3-17） 帶入式中 =27.85Mpa< 成立。彎曲強度滿足要求。 （6）蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)以及幾何尺寸 1、蝸桿 軸向齒距Pa=6.28mm 直徑系數(shù)q=11.20 齒頂圓直徑da126.4mm 齒根圓直徑df1=16.4mm 分度圓導(dǎo)程角r=10.12?° 齒寬b=26mm 基圓直徑d=22.4mm 模數(shù)m=2，頭數(shù)z=2 齒根高 hf=2.4mm，齒頂高ha=2mm。 2、渦輪 渦輪齒數(shù)z2=28 渦輪分度圓直徑 （3-19） 渦輪喉圓直徑 （3-20） 渦輪齒根圓直徑 （3-21） 渦輪咽喉母圓半徑 （3-22） 渦輪齒寬b2=0.7da1=18.48mm，取18mm。 為了避免損傷到齒寬b2，因此蝸輪齒頂圓直徑de2的大小要在58毫米和60毫米之間，最終選擇取de2=58mm。 在蝸桿工作的時候，電機的能量在傳遞到渦輪的過程當中，會有很多的能量無法傳遞過去，而這部分無法傳遞的能量就會以熱能的形式表現(xiàn)出來。在此次手推式自動洗地機的設(shè)計當中，蝸桿工作時產(chǎn)生的熱量會直接散發(fā)到機器的內(nèi)部，當手推式自動洗地機進行吸塵操作的時候當中就會把這些熱量清除出去。 3.4 清洗機構(gòu)的電機的選擇 經(jīng)過計算和資料的查閱，只要清洗刷的轉(zhuǎn)速達到或者超過3r/s，就能夠把灰塵或者其它臟東西打掃到垃圾盒里面，讓手推式自動洗地機完成清洗工作，同時加上皮帶輪的傳動比是1:1，因此為了完成打掃，渦輪的轉(zhuǎn)速就需要在每分鐘180轉(zhuǎn)到210轉(zhuǎn)之間，再結(jié)合之前得到的蝸輪蝸桿的關(guān)系，可以計算得出蝸桿的轉(zhuǎn)速要在每分鐘2600轉(zhuǎn)和3000轉(zhuǎn)之間，故此選則型號是55SZ01的電機，它的轉(zhuǎn)速是每分鐘3000轉(zhuǎn)，功率是12W，這個型號電動機的體積不大，同時又可以保證手推式自動洗地機的工作進行，因此這個電機可以滿足清洗機構(gòu)的需求。 第4章 車架的設(shè)計與車體造型設(shè)計 4.1 車架的設(shè)計 車架是整個清洗車的重要部件，承載著車體整個重量。車架的牢固與否直接或間接的影響著清洗車的各個方面的性能，影響著清洗車的操縱性、穩(wěn)定性。即車架的尺寸、材料、結(jié)構(gòu)決定了清洗車的整體性能。所以車架設(shè)計必須要有充分的支撐能力，有足夠的剛度但本身又不能太重。 車架的前后支撐采用20MM厚的Q235 冷拔無縫矩形鋼管，規(guī)格為25×20 無縫矩形鋼管焊接成支腿。 車架立柱是用一種具有中空截面、周邊沒有接縫的長條鋼材。無縫矩形鋼管與圓鋼等實心鋼材相比，在抗彎抗扭強度相同時，重量較輕，是一種經(jīng)濟截面鋼材，廣泛用于制造結(jié)構(gòu)件和機械零件，可提高材料利用率，簡化制造工序，節(jié)約材料和加工工時。同時，矩形管相比于圓管抗彎強度大，一些鋼式家具等就常用。 底板是用來安放置蓄電池、電機減速器和支撐豎軸等。電機底板平面用螺栓連接在支腿上，機架上開一些螺紋孔，并開槽，以便使大直徑齒輪與皮帶等穿過，能夠正常轉(zhuǎn)動。焊接時還要注意使焊接的部位要求比較寬敞，使焊縫有良好的可靠性，在焊接的端部產(chǎn)生銳角的地方，應(yīng)盡量使角度變緩。 底盤采用2輪做行走機構(gòu)，對底盤起支撐作用。前面采用的是兩個可以旋轉(zhuǎn)180度的工業(yè)小鉸輪支撐，用來作轉(zhuǎn)向作用，采用兩輪也就可以起到平衡的作用，不至于在拐較大彎的時候容易傾倒。車體后面采用兩個橡膠可以充氣的車輪，這樣行走起來就不用那么費力，有利于電機的負載保護。車架結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5-1所示： 圖5-1 車架結(jié)構(gòu) 4.2 車體造型設(shè)計 車體的造型設(shè)計是以人機工程學(xué)的理論為指導(dǎo)的設(shè)計方案，主要以人性化、審美性這兩個方面為設(shè)計創(chuàng)新的立足點，增強造型的視覺效果，降低清潔工人的疲勞感，增強路人對清洗車的親和力。 1、清洗車扶手高度的尺寸設(shè)計。對于手推式清洗車而言，扶手是人把車向前推進的推力支點，主要起到掌握方向的作用，而且扶手高度的設(shè)計非常關(guān)鍵，設(shè)置太高或太矮都會讓操作者感覺很不舒服，更會對人的身體造成大的傷害。嚴格根據(jù)人機工程學(xué)理論，確定手扶高度為III型產(chǎn)品尺寸(即平均尺寸設(shè)計)，扶手高度相關(guān)的人體尺寸應(yīng)大體與人的胸、肘部位稍微偏下，查閱國標GB 10000—88得出，此尺寸應(yīng)為860mm。再考慮到功能修正量，這里主要是穿鞋修正量，設(shè)為20mm。據(jù)此確定下來的扶手的尺寸高度應(yīng)為880mm 左右。 2、扶手的寬度設(shè)計。根據(jù)男、女立姿作業(yè)位置的肩寬尺寸設(shè)計參數(shù)，男女立姿人體尺寸的肩寬尺寸均值為390mm，扶手的寬度應(yīng)略大于肩寬，確定扶手的寬度為480mm。 3、容腳空間的設(shè)計。清潔工人在使用時，腳尖會經(jīng)常與車體后部相撞，影響清潔工人的工作效率。同樣的根據(jù)人機工程學(xué)的理論，同時考慮功能修正量與心理修正量采確定容腳空間的尺寸，因此其尺寸為120mm。 4、垃圾箱的設(shè)計。垃圾箱安裝在車體的后面，采用抽拉的方式，這樣方便垃圾的傾倒，省時省力，很大程度地降低疲勞程度。 5、色彩設(shè)計。色彩會引起人們心理、情緒、情感及認知上的變化，所以可用色彩調(diào)節(jié)來避免不利的影響，提高工作效率。白、紅的搭配，給人清潔感覺的同時又賦予清潔工人工作的熱情，而且，在馬路上工作時，鮮明的色彩對比也能起到警示的作用，以免發(fā)生意外事故。 4.3 清洗車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 本次任務(wù)設(shè)計的小型手推式道路清洗車整體結(jié)構(gòu)如下 圖5-2　洗地機整機虛擬裝配圖 圖5-3　洗地機整機虛擬裝配透視圖 圖5-4　洗地機整機虛擬洗地機構(gòu)圖 結(jié)論 雖然現(xiàn)在我國對手推式自動洗地機的研究已經(jīng)有了很大的進步，但是手推式自動洗地機的自主化、智能化依然不夠完善。目前市場上的智能清潔手推式自動洗地機種類繁多，但是一些質(zhì)量好，工作效率高的價格也比較昂貴，一般的家庭都不會選擇。而那些價格低的又存在很多的問題。這就需要降低手推式自動洗地機的生產(chǎn)成本，使得清洗手推式自動洗地機能夠進入更多的人的生活中。根據(jù)市場調(diào)查，清洗手推式自動洗地機市場具有很廣闊的前景，這就需要改進手推式自動洗地機的生產(chǎn)技術(shù)，降低生產(chǎn)成本。另外，手推式自動洗地機還有一些其他問題需要解決，同時，關(guān)于手推式自動洗地機的技術(shù)也需要提高。 （1）手推式自動洗地機進行打掃工作時，會有很大的噪音產(chǎn)生，這會嚴重影響人們的日常工作、生活；所以我們還需要繼續(xù)研究解決這個問題。 （2）我們還需要對如今的清洗技術(shù)進一步完善，使得手推式自動洗地機打掃完成之后不會遺漏任何灰塵和垃圾。如今手推式自動洗地機在探索方面還存在著盲區(qū)，這就使得我們要不斷的完善傳感器。 （3）如今的洗地手推式自動洗地機基本上都可以實現(xiàn)自主充電，但是手推式自動洗地機的電源并不是最理想的，這需要我們進一步提高電池的質(zhì)量，制造出理想的電源。 感謝 本次課題的設(shè)計很大程度上是因為老師的悉心指導(dǎo)完成的。從確定論文的題目到論文的完成一共歷時6個月，在這6個月當中，老師嚴格要求我們，定時給出任務(wù)，這對論文的完成十分重要。每當撰寫論文出現(xiàn)問題時，老師都能夠及時的給出引導(dǎo)，給出方向，老師淵博的知識和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L時刻啟迪著我。我十分感謝老師在本次課題中提供的幫助，同時更加感謝老師在課題完成過程中的嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。 參考文獻 [1]Cheng Zheng-shui,Deng Yi-min，A conceptual design process model for mechanical execution system based on technological action process:Mechanical Research & Application, ,2012，05.P.18~21 [2]QIN Hui-bin;Lü Ming;WANG Zong-yan; WU Shufang.Research and Implementation of 3D Variant Design for Mechanical Product Journal of North University of China(Natural Science Edition), 2010. 05.?P.27~29 [3]梁尚明,殷國富.現(xiàn)代機械優(yōu)化設(shè)計方法【M】.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005. 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