機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐

1、 江南大學(xué) 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐 簡易自動(dòng)清掃馬路裝置說明書 學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化 班級(jí)：機(jī)自1205班 設(shè)計(jì)者： 2014年5月20日 第 1 頁 共 13 頁 目錄1、 設(shè)計(jì)題目 簡易自動(dòng)清掃馬路裝置2、 設(shè)計(jì)目的目前道路清掃主要靠人力掃把、鐵鍬等完成，體力消耗大，效率低下，且在馬路上清掃危險(xiǎn)性高。先進(jìn)的汽車清掃，造價(jià)高、費(fèi)用大、維修困難，且對(duì)道路有一定的要求。不經(jīng)濟(jì)，不實(shí)用。為了解決耗費(fèi)人力物力，滿足經(jīng)濟(jì)實(shí)用的要求，特設(shè)計(jì)這款簡易自動(dòng)清掃馬路裝置。其具有節(jié)省人力物力，操作簡單，工作原理簡單等優(yōu)點(diǎn)。可以直接把該裝置連在前進(jìn)的車上，實(shí)現(xiàn)清掃的功能。該裝置主要適合于路面清掃面

2、積大，主要雜物為砂石難于清掃的路面。該設(shè)備采用簡單的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的功能，省時(shí)省力，經(jīng)濟(jì)適用。3、 工作原理該裝置利用錐齒輪實(shí)現(xiàn)了力的傳遞，同時(shí)運(yùn)用的軸承，等構(gòu)件組成該裝置。裝置的主體是一根軸相連的兩個(gè)大車輪，輪軸上焊接上框架，增強(qiáng)轉(zhuǎn)置的穩(wěn)定性，在機(jī)架上焊接拉桿，用于連接在前進(jìn)的車上。機(jī)架上部裝有固定轉(zhuǎn)軸的機(jī)第 3 頁 共 13 頁架，用于固定帶動(dòng)清掃的轉(zhuǎn)軸，且該架上要有兩個(gè)用于安放軸承的位置，能夠?qū)?dòng)清掃的轉(zhuǎn)軸固定，且減小了摩擦。連接兩個(gè)輪子的軸的靠近中間部位裝有一個(gè)固定于軸上的錐齒輪，其隨車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，該齒輪與裝在樹枝面內(nèi)的用于帶動(dòng)清掃裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上的另外一個(gè)同模數(shù)的錐齒輪相嚙

3、合，可以實(shí)現(xiàn)將車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到帶動(dòng)掃把清掃的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。在帶動(dòng)清掃的軸上裝上一個(gè)能夠安裝掃把的大圓盤，用于安裝掃把，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整掃把的長度及數(shù)量的功能。通過簡單的幾個(gè)構(gòu)件，這樣一款自動(dòng)清掃馬路裝置就課一實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。在使用時(shí)將其連接在前進(jìn)車輛的后部，前進(jìn)車輛帶動(dòng)裝置前進(jìn)，裝置上的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并同時(shí)帶動(dòng)與其通過錐齒輪嚙合傳動(dòng)的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，豎直周帶動(dòng)清掃圓盤，清掃圓盤上的掃把轉(zhuǎn)動(dòng)起來，將地面上的雜物清掃到路邊。為了實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的要求，在連接輪子的桿上裝有兩個(gè)齒輪，可以實(shí)現(xiàn)不同方向的轉(zhuǎn)動(dòng)要求。當(dāng)前進(jìn)車輛的行進(jìn)速度加快時(shí)，裝置的輪子同樣加快速度，實(shí)現(xiàn)加快清掃速度的功能。當(dāng)裝置停止清掃時(shí)，但車

4、輛還會(huì)繼續(xù)前進(jìn)，為了停止清掃圓盤的轉(zhuǎn)的，課一將互相嚙合的錐齒輪分離，實(shí)現(xiàn)停止清掃的功能。裝置的結(jié)構(gòu)簡圖及主要零件件見下圖。4、 機(jī)構(gòu)簡圖 1、 車輪2、 車軸3、 錐齒輪（固連與軸上）4、 錐齒輪（帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)）5、 錐齒輪（轉(zhuǎn)換方向用）6、 圓盤軸7、 圓盤（裝掃把）8、 機(jī)架9、 拉桿（用于連接車輛） 機(jī)構(gòu)簡圖解析： 該裝置主要用于打掃有很多砂石難于清掃的路面。使用時(shí)將該裝置連接在前進(jìn)的車輛上，將連桿9連接于車輛上，車輛前進(jìn)同時(shí)帶動(dòng)裝置前進(jìn)，裝置的輪子1隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，輪子的軸2隨著輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，其上與豎直桿嚙合的錐齒輪3、4轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)圓盤7上的掃把轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的掃把與地面接觸，將路面上難于清掃的砂石

5、掃向路邊。為了實(shí)現(xiàn)圓盤7的不同轉(zhuǎn)向，在軸上裝有備用錐齒輪5，用于裝換方向。豎直軸與機(jī)架之間裝有軸承，減小摩擦。為了固定圓盤，使裝置工作時(shí)候更加穩(wěn)定，可以用連桿把橫軸與豎軸連接加固。不工作時(shí)，為了防止圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，可以把相互嚙合的齒輪分開，讓圓盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)圓盤所固定的掃把同樣可以利用連桿機(jī)構(gòu)將其收起。相關(guān)方便靈活的實(shí)現(xiàn)打掃的功能。圓錐齒輪的相關(guān)參數(shù)及傳動(dòng)比參考查閱相關(guān)資料，錐齒輪資料見附件。5、裝置零件圖 （2） （3）（4） 軸承錐齒輪嚙合傳動(dòng)示意圖： 7、附錄（資料）：錐齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 14.3 弧齒錐齒輪幾何參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算弧齒錐齒輪各參數(shù)的名稱如圖14-6所示?；↓X錐齒輪的輪坯設(shè)計(jì)，就是要

6、確定這些參數(shù)的計(jì)算公式和處理方法。 圖14-6 弧齒錐齒輪齒坯參數(shù)14.3.1 弧齒錐齒輪基本參數(shù)的確定在進(jìn)行弧齒錐齒輪幾何參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算之前，首先要確定弧齒錐齒輪副的軸交角、齒數(shù)、模數(shù)、旋向、螺旋角，壓力角等基本參數(shù)：1） 弧齒錐齒輪副的軸交角和傳動(dòng)比i12，根據(jù)齒輪副的傳動(dòng)要求確定。2） 根據(jù)齒輪副所要傳動(dòng)的功率或扭矩確定小輪外端的節(jié)圓直徑d1和小輪齒數(shù)z1格里森二文集，z1一般不得小于5。弧齒錐齒輪的外端模數(shù)m可直接按公式m (14-34)確定，不一定要圓整?；↓X輪齒輪沒有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的概念。3） 大輪齒數(shù)可按公式Z2i12Z1 (14-35）計(jì)算后圓整，大輪齒數(shù)與小輪齒數(shù)之和不得少于40，本

7、章后面介紹的非零變位設(shè)計(jì)可突破這一限制。4） 根據(jù)大輪和小輪的工作時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向確定齒輪的旋向。齒輪的旋向根據(jù)傳動(dòng)要求確定，它的選擇應(yīng)保證齒輪副在嚙合中具有相互推開的軸向力。這樣可以增大齒側(cè)間隙，避免因無間隙而使齒輪楔合在一起，造成齒輪損壞。齒輪旋向通常選擇的原則是小輪的凹面和大輪的凸面為工作面。5） 為了保證齒輪副傳動(dòng)時(shí)有足夠的重合度，設(shè)計(jì)弧齒錐齒輪副應(yīng)選擇合適的螺旋角。螺旋角越大，重合度越大，齒輪副的運(yùn)轉(zhuǎn)將越平穩(wěn)，但螺旋角太大會(huì)增大齒輪的軸向推力，加劇軸向振動(dòng)，同時(shí)會(huì)使箱體壁厚增加，反倒引起一些不利因素。因此，通常將螺旋角選擇在30º40º之間，保證軸面重合度不小于1.2

8、5。6）弧齒錐齒輪的標(biāo)準(zhǔn)壓力角有16º、20º、22.5º，通常選20º。壓力角太小會(huì)降低輪齒強(qiáng)度，并容易發(fā)生根切；壓力角太大容易使齒輪的齒頂變尖，降低重合度。7）錐齒輪的齒面寬b一般選擇大于或等于10m或0.3 Re。將齒面設(shè)計(jì)得過寬并不能增加齒輪的強(qiáng)度和重合度。當(dāng)負(fù)荷集中于齒輪內(nèi)端時(shí)，反而會(huì)增加齒輪磨損和折斷的危險(xiǎn)。14.3.2 弧齒錐齒輪幾何參數(shù)的計(jì)算基本參數(shù)確定之后可進(jìn)行輪坯幾何參數(shù)的計(jì)算，其過程和步驟如下：小輪、大輪的節(jié)圓直徑d1、d2d1mZ1 d2mZ2 (14-36）外錐距Re Re (14-37）為了避免弧齒錐齒輪副在傳動(dòng)時(shí)發(fā)生輪齒干涉

9、，弧齒錐齒輪一般都采用短齒。格里森公司推薦當(dāng)小輪齒數(shù)z12時(shí)，其工作齒高系數(shù)為1.70，全齒高系數(shù)為1.888。這時(shí)，弧齒錐齒輪的工作齒高h(yuǎn)k和全齒高h(yuǎn)t的計(jì)算公式為hk1.70 m (14-38)ht1.888 m (14-39)當(dāng)z1<12時(shí)齒輪的齒高必須有特殊的比例，否則將會(huì)發(fā)生根切。工作齒高系數(shù)、全齒高系數(shù)的選取按表14-1進(jìn)行。表14-1 z1 12的輪坯參數(shù)（壓力角20º，螺旋角35º）小 輪 齒 數(shù)67891011大輪最少齒數(shù)343332313029工作齒高系數(shù)fk1.5001.5601.6101.6501.6801.695全齒高系數(shù)ft1.6661.7

10、731.7881.8321.8651.882大輪齒頂高系數(shù)fa0.2150.2700.3250.380.04350.490在弧齒錐齒輪的背錐上，外端齒頂圓到節(jié)圓之間的距離稱為齒頂高，節(jié)圓到根圓之間的距離稱為齒根高，由圖14-6可以看到，全齒高是齒頂高和齒根高之和。為了保證弧齒錐齒輪副在工作時(shí)小輪和大輪具有相同的強(qiáng)度，除傳動(dòng)比i121的弧齒錐齒輪副之外，所有弧齒錐齒輪副都采用高度變位和切向變位。根據(jù)美國格里森的標(biāo)準(zhǔn)，高度變位系數(shù)取為x1-x2 = 0.39 ( 1) (14-40)大輪的變位系數(shù)x2為負(fù)，小輪的變位系數(shù)x1為正，它們大小相等，符號(hào)相反。因此，小輪的齒頂高h(yuǎn)ae1和大輪的齒頂高h(yuǎn)a

11、e2為hae1 (14-41)hae2 (14-42）用全齒高減去齒頂高，就得到弧齒錐齒輪的齒根高h(yuǎn)fe1hthae1 hfehthae (14-43)當(dāng)z1<12時(shí)，齒頂高、齒根高的計(jì)算，按表14-1選取大輪齒頂高系數(shù)進(jìn)行?；↓X錐齒輪副在工作時(shí)，小輪（大輪）的齒頂和大輪（小輪）的齒根之間必須留有一定的頂隙，用以儲(chǔ)油潤滑油和避免干涉。由圖14-6可知，頂隙c是全齒高和工作齒高之差chthk (14-44）弧齒錐齒輪一般都采用收縮齒，即輪齒的高度從外端到內(nèi)端是逐漸減小的，其中最基本的形式如圖14-6所示，齒輪的節(jié)錐頂點(diǎn)和根錐頂點(diǎn)是重合的。這時(shí)小輪的齒根角f1和大輪的齒根角f可按下面的公式確

12、定 (14-45）這樣，小輪的根錐角f1和大輪的根錐角f的計(jì)算公式是f1 1f1 f 2f (14-46）為了保證弧齒錐齒輪副在工作時(shí)從外端到內(nèi)端都具有相同的頂隙，小輪（大輪）的面錐應(yīng)該和大輪（小輪）的根錐平行。小輪的齒頂角a1與大輪的齒頂角a2應(yīng)該由公式a1 f a2 f1 (14-47）選取。因此，小輪的面錐角a1和大輪的面錐角a2的計(jì)算公式是a1 1 +a1 a2 2 +a2 (14-48）圖14-6上的A點(diǎn)稱為輪冠，齒輪在輪冠處的直徑de1、de2稱為小輪和大輪的外徑。由圖14-6可以直接推得外徑的計(jì)算公式de1 d1 +2hae1 cos1 de2 d2 +2hae2 cos2 (1

13、4-49）輪冠沿齒輪軸線到齒輪節(jié)錐頂點(diǎn)的距離稱為冠頂距，由圖14-6可知小輪冠頂距Xe1和大輪冠頂距Xe2的計(jì)算公式為Xe1 Re cos1hae1 sin1 Xe2 Re cos2hae2 sin2 (14-50）弧齒錐齒輪理論弧齒厚的確定。如果齒厚不修正，小輪和大輪在輪齒中部應(yīng)該有相同的弧齒厚，都等于p。但除傳動(dòng)比i121的弧齒錐齒輪副之外，所有弧齒錐齒輪副都采用高度變位和切向變位。使小輪的齒厚增加=xt1m，大輪的齒厚減少，這樣修正以后，可使大小輪的輪齒強(qiáng)度接近相等。xt1是切向變位系數(shù)，對(duì)于=20º，=35 º的弧齒錐齒輪，切向變位系數(shù)選取如圖14-7所示。z1 1

14、2切向變位系數(shù)按表14-2選取, 格里森公司稱切向變位系數(shù)為齒厚修正系數(shù)。表14-2 z1 12大輪弧齒厚系數(shù)xt1（壓力角20º，螺旋角35º） z1z267891011300.9110.9570.9750.9971.0231.053400.8030.8180.8370.8600.8880.948500.7570.7770.8280.8840.946600.7770.8280.8830.945選定徑向變位系數(shù)和切向變位系數(shù)后，可按下式計(jì)算大小齒輪的理論弧齒厚 (14-51) (14-52）式中，S2、S1分別大齒輪及小齒輪的大端端面理論弧齒厚。e為大端螺旋角，按公式(14-5)計(jì)算?；↓X錐齒輪副的法向側(cè)隙與齒輪直徑、精度等有關(guān)。格里森公司推薦的法向側(cè)隙如表14-3所示。表14-3 法向側(cè)隙推薦值模 數(shù)側(cè) 隙模 數(shù)側(cè) 隙0.64 1.270 0.057.26 8.470.20 0.281.27 2.540.05