機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)論文精選.doc

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)班級(jí)：機(jī)械2104姓名：韓杰學(xué)號(hào)：3102101441 落葉清理機(jī)的設(shè)計(jì)摘要：該落葉清理器主要用于對(duì)道路旁的落葉進(jìn)行清掃，該機(jī)器操作維護(hù)方便，便于工人使用，其結(jié)構(gòu)需簡單，可靠性好，清掃機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)。 該機(jī)器在整體方案上采用三輪傳動(dòng)形式，通過前輪的旋轉(zhuǎn)來帶動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。清掃功能實(shí)現(xiàn)形式確定為掃把運(yùn)動(dòng)方向與機(jī)器前進(jìn)方向相同。掃把環(huán)繞工作軸成星形布置（放射狀），工作軸與車輪所在軸平行。落葉收集方式確定為掃把成環(huán)狀布置在一根軸上，環(huán)軸一圈掃把逐漸增長，通過軸旋轉(zhuǎn)，掃把一點(diǎn)點(diǎn)地將落葉送上斜坡，由最長的那根掃把將落葉彈入垃圾箱。傳動(dòng)的方式采用的兩軸間的帶傳動(dòng)。改機(jī)器的設(shè)計(jì)適用于各種道路的落葉垃圾等的清理，有著很高的應(yīng)用前景。1. 設(shè)計(jì)背景目前路面上的清潔車基本都是用吹吸式或沖水式來清除垃圾，只能在大路中間行駛，清潔范圍有限。路邊或小路上等無法用清潔車清掃的地方，只能依靠工人手工清掃垃圾，勞動(dòng)量大且效率低。所以有必要開發(fā)一種小型清潔機(jī)器，以減少工人勞動(dòng)量，同時(shí)提高效率。2. 方案設(shè)計(jì)選擇該機(jī)器應(yīng)具備以下特點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單。因是小型清潔機(jī)器，要求成本低，操作維護(hù)方便，便于工人使用，其結(jié)構(gòu)需簡單，可靠性好。目前國內(nèi)雖然已有同類機(jī)器，但其結(jié)構(gòu)偏復(fù)雜，成本高，無法推廣使用。2、清掃機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)，即清掃時(shí)該機(jī)構(gòu)工作，不清掃時(shí)該機(jī)構(gòu)不工作，以免做無用功。在以上分析的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)器各部分方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。1、整體方案的設(shè)計(jì)，即機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)形式（外觀）的確定。有兩種方案可供選擇：（1）.機(jī)器為四輪車形式，由人推動(dòng)或機(jī)車拖動(dòng)。清掃的動(dòng)力來源為前輪與地面的摩擦力。前輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)前輪所在軸旋轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)工作軸旋轉(zhuǎn)，掃把旋轉(zhuǎn)，完成運(yùn)動(dòng)。（2）.機(jī)器為三輪車形式，由人力驅(qū)動(dòng)。清掃的動(dòng)力來源為人蹬腳踏板的力。人蹬腳踏板，帶動(dòng)后輪運(yùn)動(dòng)，再將后輪運(yùn)動(dòng)傳遞給工作軸，掃把旋轉(zhuǎn)，完成運(yùn)動(dòng)。對(duì)方案（1）(2)進(jìn)行比較：方案（1）：優(yōu)點(diǎn)：僅有一個(gè)傳動(dòng)(從前輪所在軸到工作軸)，結(jié)構(gòu)簡單，緊湊。若機(jī)器自備動(dòng)力源，通過一定方式控制機(jī)器運(yùn)動(dòng)，還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清掃。缺點(diǎn)：動(dòng)力來源不穩(wěn)定，可能會(huì)使機(jī)器無法正常工作。而且要產(chǎn)生足夠大的摩擦力，機(jī)器自重必須足夠大。方案（2）：優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)力來源穩(wěn)定，可直接在現(xiàn)有三輪車基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，成本低。因是騎行，效率較手推車高。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大。方案（1）動(dòng)力開源問題難以解決，方案（2）雖然結(jié)構(gòu)尺寸較大，但相對(duì)來說，其穩(wěn)定性好，效率高。最終選擇方案（2），同時(shí)選定動(dòng)力源為人力。2、清掃功能實(shí)現(xiàn)形式的確定因是小型清潔機(jī)器，考慮到動(dòng)力及成本，選擇清掃功能實(shí)現(xiàn)形式為：通過掃把與地面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將落葉（垃圾）掃起。主要運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。有以下兩種方案：（1）.掃把運(yùn)動(dòng)方向與機(jī)器前進(jìn)方向相同。掃把環(huán)繞工作軸成星形布置（放射狀），工作軸與車輪所在軸平行。掃把與地面相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將落葉掃起。（2）.掃把運(yùn)動(dòng)方向與機(jī)器前進(jìn)方向交錯(cuò)。掃把均勻布置在一盤狀物體周圍，盤狀物體與地面平行，通過盤裝物體旋轉(zhuǎn)，掃把與地面相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將落葉掃起。分析方案(1)(2)的優(yōu)缺點(diǎn)：方案(1)結(jié)構(gòu)簡單，清掃功能易實(shí)現(xiàn)，但清掃能力有限，即可能清掃的不徹底。方案(2)清掃能力強(qiáng)，但是是交錯(cuò)傳動(dòng)，需借助圓錐齒輪或渦輪蝸桿來實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，會(huì)增加機(jī)器成本，而且效率較低。考慮到機(jī)器清潔的主要是落葉或其他片狀體，不需要較強(qiáng)的清掃能力，故選方案(1)。3、落葉收集方式的確定收集容器為一放在車后的垃圾箱。需確定的是如何將落葉由地面送入垃圾箱。有三種方案：（1）.通過一傳送機(jī)構(gòu)。將落葉掃到傳送機(jī)構(gòu)上，再由傳送機(jī)構(gòu)將落葉送入垃圾箱。需另設(shè)一條傳送鏈，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。（2）.將掃把成環(huán)狀布置在兩個(gè)滾筒上，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，則掃把連續(xù)地將落葉掃入垃圾箱，如下圖所示： 此方案可行性好，傳輸平穩(wěn)，但結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜。（3）.掃把成環(huán)狀布置在一根軸上，環(huán)軸一圈掃把逐漸增長，通過軸旋轉(zhuǎn)，掃把一點(diǎn)點(diǎn)地將落葉送上斜坡，由最長的那根掃把將落葉彈入垃圾箱。 此方案結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)。但最短掃把對(duì)落葉的清掃會(huì)受到最長掃把的限制，因最長掃把與地面接觸時(shí)被壓彎，最短掃把可能掃在它的上面，不能與地面接觸，只有通過增加兩掃把之間的距離才能解決。同時(shí)最長掃把將落葉彈起時(shí)會(huì)產(chǎn)生灰塵，傳送過程不平穩(wěn)，但不影響機(jī)器正常工作。綜合考慮，選擇方案（3）4、傳動(dòng)方案的選取主要傳遞的是運(yùn)動(dòng)，且是在兩平行軸之間傳遞，可選的傳動(dòng)方案有：（1）.帶傳動(dòng)。雖然傳動(dòng)平穩(wěn)，但不適合低速傳動(dòng)，且要求有一定的初拉力，不合適。（2）.齒輪傳動(dòng)。傳動(dòng)比穩(wěn)定，效率高，但制造及安裝精度高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離過大的場合，不合適。（3）.鏈傳動(dòng)安裝精度低，可在惡劣環(huán)境下工作，可用于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。雖然瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定，但不影響本機(jī)器工作。最終選擇鏈傳動(dòng)。至此，機(jī)器的方案設(shè)計(jì)完成。其三維圖如下：3. 各部分零件的具體設(shè)計(jì)及參數(shù)選定3.1 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)，參數(shù)選定1、腳踏板到后輪軸的傳動(dòng)可直接利用三輪車上原有的鏈輪傳動(dòng)。大鏈輪齒數(shù)為38，分度圓直徑為200mm，飛輪齒數(shù)為23，分度圓直徑為121mm。大鏈輪與飛輪中心距為1000mm。2、后輪軸到工作軸的傳動(dòng)鏈輪輪齒要有足夠的耐磨性和強(qiáng)度。因小鏈輪的嚙合次數(shù)較大鏈輪多，所受的沖擊也較大，故小鏈輪應(yīng)采用較好的材料制造。人正常騎行速度約為5m/s，車輪直徑為700mm，后輪軸轉(zhuǎn)速為，則主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為設(shè)計(jì)時(shí)必須保證工作軸轉(zhuǎn)速高于后輪軸轉(zhuǎn)速（掃把與地面的相對(duì)速度必須大于零，才可將落葉掃起）。考慮到鏈條傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)，取掃把與地面的平均相對(duì)速度為0.5m/s，以保證任意時(shí)刻掃把與地面的相對(duì)速度均大于零。3.2 清掃及收集機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、參數(shù)選定機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如上滾筒材料為塑料，斜板及垃圾箱材料為Q235.（1）、滾筒因工作軸較細(xì)，掃把不能直接固定在軸上。先將掃把固定在滾筒上，然后通過鍵將軸與滾筒周向固定。選擇滾筒外徑為D=120mm，內(nèi)徑與軸徑相等，為d=25mm。滾筒分置在小鏈輪兩側(cè)，長度均為L=350mm。（2）、掃把共有六把，均布在滾筒上。因工作軸中心離地面高度為200mm，滾筒外徑為120mm，取最短掃把長度為150mm，以保證掃把與地面充分接觸，便于將落葉掃起。其余掃把在最短掃把的基礎(chǔ)上以10mm遞增，最長掃把長200mm。（3）、斜板最高點(diǎn)離地高度為150mm，與地面夾角為30，故斜板寬度為300mm。斜板長度為750mm，厚度為5mm。（4）、箱體采用厚為5mm的鋼板焊接而成。尺寸為750120100。3.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)為保證掃把清掃時(shí)正常工作，不清掃時(shí)不工作，可在車兩側(cè)安裝一機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)可以固定工作軸在空間的位置，還可對(duì)工作軸的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使不清掃時(shí)掃把不與地面接觸，達(dá)到提高效率的目的。其結(jié)構(gòu)形式如下圖：該機(jī)構(gòu)可以簡化成下圖所示連桿機(jī)構(gòu)。后輪軸的空間位置確定，可視為一鉸支?；瑝K可繞車體上一固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，該點(diǎn)視為鉸支點(diǎn)。工作時(shí)，通過卡簧固定豎直桿與滑塊的相對(duì)位置，則工作軸的空間位置可確定。不工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)滑塊，帶動(dòng)后輪軸與工作軸之間的桿旋轉(zhuǎn)，使工作軸上升，再通過卡簧固定其位置，即可保證掃把不與地面接觸。3.4 軸的設(shè)計(jì)、參數(shù)選定1、后輪軸確定軸的直徑：后輪軸軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，原軸徑，因增加了工作部分，后輪軸受力增大，將軸徑放大為。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸上增加一大鏈輪，其余部分不變。大鏈輪厚度為30mm，布置在軸中間，其左端面距軸端距離為385mm。大鏈輪的軸向定位采用彈性擋圈，周向定位采用平鍵。2、工作軸 則軸的最小直徑為：考慮到軸的加工、安裝及細(xì)長軸剛度等問題，將直徑放大到軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：軸向力很小或沒有，可將此軸設(shè)計(jì)為一根光軸。鏈輪及滾筒的軸向定位采用彈性擋圈，周向定位采用平鍵，并選用滑動(dòng)軸承。4. 設(shè)計(jì)方案的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)1、巧妙地采用逐漸變長的掃把，將落葉掃起，經(jīng)由斜板，將落葉直接掃入垃圾箱，一個(gè)結(jié)構(gòu)，兩種功能，使機(jī)器結(jié)構(gòu)大為簡化。2、設(shè)計(jì)了一個(gè)級(jí)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)一