畢業(yè)設(shè)計（論文）-護欄清洗機設(shè)計

設(shè)計說明書—1引言1.1前言隨著當(dāng)前人民生活水平的提高、隨著城市的發(fā)展，城市建設(shè)加快，車輛增多，城市道路不斷增多，城市道路護欄也在不斷増加。道路護欄對提高道路交通的安全性和改善交通秩序方面上起著非常大的作用。20世紀70年代前，道路護欄一直依靠人力清洗，勞動強度大、勞動效率低、且干擾交通。此后國外開始嘗試機械作業(yè)車，主要有德國慕迪卡和美國福特。80年代初，美國福特公司研制了護欄清洗設(shè)備，它是在輪式行走底盤的前橋上懸掛作業(yè)裝置，采用機械傳動，以單刷射水方式作業(yè)。目前國內(nèi)也引進了德國的設(shè)備我國也開始研制或使用護欄清洗車，主要有山西交科遼寧鞍山森遠、北京澤通等。但是護欄清潔車造價高、維修困難，清潔裝置需要專門配備車輛使得資源利用率低。而且在護欄清洗車工作中，駕駛員需要在安全駕駛護欄淸洗車的同時，通過后視鏡觀察清洗刷與護欄的距離，并通過控制車輛來保證清洗刷與護欄合適的距離，使得清洗效率低，存在安全隱患。因此需要一種新的高等級的公路養(yǎng)護清潔設(shè)備來代替車輛的清洗 。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外的高等級公路養(yǎng)護設(shè)備的研究比較成熟，已有投入使用的產(chǎn)品，且其性能和技術(shù)水平比較高。國外的公路養(yǎng)護已經(jīng)實現(xiàn)了機械化、自動化，調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，美國某洲的每公里配備技術(shù)人員的人數(shù)為0.33人。美國的道路養(yǎng)護設(shè)備體系成熟，而護欄清洗機械屬于路容養(yǎng)護設(shè)備，其管理體系和管理方式都比國內(nèi)要完善和先進，國外注重養(yǎng)護和預(yù)防，而國內(nèi)更多是維修。相比國外，國內(nèi)的高等級公路養(yǎng)護設(shè)備很少，技術(shù)水平較低，研究仍處于起步狀態(tài)，研究高級護欄清洗設(shè)備的企業(yè)和科研項目非常少，相關(guān)文獻稀缺。沒有一款全自動設(shè)備能夠勝任道路護欄的養(yǎng)護設(shè)備，道路的養(yǎng)護基本依靠人工，多以專業(yè)的護欄清洗車的形式清洗，調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，其清洗效率只有百分之三十五，不僅效率底下而且長期成本高。因此國內(nèi)仍需要在自動清潔機械領(lǐng)域更多地投入研究。經(jīng)過調(diào)研和設(shè)計，本人設(shè)計的道路清潔機采用滾刷清洗、自動行駛。適應(yīng)性強，能清潔不同高度的護欄。且滿足道路護欄清潔的高效、環(huán)保、安全性高、維護費用低、低噪聲、耗水量小、續(xù)航能力強的各種特點。1.3本課題的研究意義城市道路不斷增多，城市道路護欄也在不斷増加。道路護欄對提高道路交通的安全性和改善交通秩序方面上起著非常大的作用，但是道路護欄的維護任務(wù)量也逐漸變大，車流量逐漸增大的道路上，安全隱患也逐漸增多。本次所設(shè)計的道路護欄清潔機，主要是為了實現(xiàn)替代人工和道路護欄清洗車，并且消除可能潛伏著的安全隱患，同時提高工作效率，減少維護成本，。本次設(shè)計旨在設(shè)計出一款具適應(yīng)于自動化、較高清洗效率的護欄清洗機，而這款自動化機械設(shè)備的設(shè)計也是大勢所趨。本文也將從設(shè)計的角度出發(fā)，對護欄清洗機的設(shè)計原理進行闡述。1.4研究內(nèi)容本次設(shè)計的選題是對護欄清洗機的設(shè)計，主要是先從護欄清洗機的整體方案開始，研究護欄清洗機機對瓶子的機架設(shè)計、行走驅(qū)動、滾刷緩沖機構(gòu)等。同時，還需要完成對所設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化及改進、通過理論來計算護欄清洗機機的驅(qū)動力矩、傳動裝置和電機等的設(shè)計選型等方面的工作。1.4.1研究主要內(nèi)容1）通過其圖書館或利用網(wǎng)絡(luò)等渠道查閱和搜集大量與護欄清洗機等相關(guān)的資料，了解和認識護欄清洗機的各個結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的具體功能和原理，同時將其記錄下來并查找相關(guān)資料進行學(xué)習(xí)。2）了解和分析護欄清洗機所具有的各個主要結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的功能，確定所設(shè)計的護欄清洗機的相應(yīng)參數(shù)。3）初步確定所設(shè)計的護欄清洗機的總體設(shè)計方案。4）最終確定所設(shè)計的護欄清洗機具體的設(shè)計方案。5）利用SolidWorks等軟件對護欄清洗機進行三維模型的建模，利用CAD軟件對護欄清洗機進行裝配圖及各個主要零部件圖的繪畫。6）完成對護欄清洗機說明書撰寫。1.4.2所設(shè)計的主要參數(shù)滾刷的直徑：φ400mm；行駛的速度：6km/h；護欄的高度：600-1200mm；

2設(shè)計方案2.1總體設(shè)計方案概述（1）整體功能：本次所設(shè)計的護欄自動清洗機能夠代替人工對道路上的護欄進行自動化清洗，提高對道路上的護欄的清洗效率，同時對護欄進行清洗，能夠?qū)ψo欄進行養(yǎng)護，從而實現(xiàn)對道路上護欄的清洗養(yǎng)護及提高護欄的使用壽命。（2）方案概述：護欄自動清洗機采用四個步進電機進行驅(qū)動，同時護欄清洗機車身由距離傳感器控制，始終以欄桿為軸線保持護欄自動清洗機對稱。護欄自動清洗機內(nèi)部左右兩側(cè)為毛刷，毛刷由電機通過帶傳動傳遞動力，同時每個毛刷都配備一個直流電機。護欄自動清洗機內(nèi)部的兩組毛刷轉(zhuǎn)向相反且均向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因此得以全面清洗每一條欄桿，且使得水花往機器中間飛濺，防止濺射到路邊的車輛。護欄自動清洗機在沿護欄前進的時候，毛刷內(nèi)連接有緩沖機構(gòu)，使得毛刷圓心始終與高地起伏的欄桿保持一定距離，而且提供適宜的緩沖性能和壓力，同時提高清潔效率。護欄自動清洗機內(nèi)部左邊兩邊各有一個水箱放在車子的前端，減少因水流動距離而損失的水壓，同時提高工作效率。護欄自動清洗機的結(jié)構(gòu)見圖2-1。圖2-1護欄自動清洗機整體結(jié)構(gòu)圖1-護欄2-機架3-水箱4-帶傳動5-浮動彈簧（緩沖機構(gòu)）6-搖桿7-清潔刷子的水路8-清潔欄桿的水路9-水泵2.2動力系統(tǒng)的選取目前常用的動力系統(tǒng)主要有三類：氣動驅(qū)動系統(tǒng)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和電機驅(qū)動系統(tǒng)。1）氣動驅(qū)動系統(tǒng)：動作可靠，體積小，同時其精確度較高，反應(yīng)速度較快，對動作的控制迅速，達到所要求的速度和壓力的時間花費較短。氣動驅(qū)動系統(tǒng)以空氣作為工作介質(zhì)，由于空氣的粘度較小，因此在長距離的傳動中對于能量的損耗相對較少，同時空氣的使用來源方便且對環(huán)境無污染，在工作中能夠保持較好的適應(yīng)性。氣動驅(qū)動系統(tǒng)的缺點是會產(chǎn)生較大的噪聲，需要加入潤滑油來保證系統(tǒng)的潤滑，同時需要對其加裝消音器以此來降低噪聲。2）液壓驅(qū)動系統(tǒng)：液壓驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理相似和氣動驅(qū)動系統(tǒng)，其主要區(qū)別是液壓驅(qū)動系統(tǒng)是以液壓油而非空氣作為工作介質(zhì)的。在工作介質(zhì)體積相同的情況下，液壓驅(qū)動系統(tǒng)能夠輸出更大的力，同時其控制精度較氣動系統(tǒng)更好，可以實現(xiàn)在限定的范圍內(nèi)自動的對牽引速度進行平穩(wěn)的調(diào)節(jié)，從而達到無極調(diào)速。液壓驅(qū)動系統(tǒng)可以在不對電機旋轉(zhuǎn)方向進行改變的情況下進行換向，因此對于工作機構(gòu)在直線往復(fù)運動和旋轉(zhuǎn)運動中可以很方便的實現(xiàn)切換。3）電機驅(qū)動系統(tǒng)：在三種類型的動力系統(tǒng)中控制精度最高，可以實現(xiàn)對輸出大小的精準控制，同時其噪聲較小。缺點是需要較高的成本，還應(yīng)與其他機械結(jié)構(gòu)相互配合來使用，穩(wěn)定性不高，機械特性硬度小，所能傳遞的功率不大，較為適合于負載不大的精密條件下。通過對上述三種驅(qū)動系統(tǒng)的比較，本次設(shè)計的護欄清洗機由于需要驅(qū)動行走及噴灑水來對護欄進行清潔，因此使用電機系統(tǒng)于在驅(qū)動機構(gòu)上，同時采用液壓驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)對護欄的清潔目的。本設(shè)計的護欄清洗機機械結(jié)構(gòu)緊湊，滿足在對護欄進行清潔過程中所需要的要求。2.2機構(gòu)方案2.2.1機架設(shè)計機架常用的設(shè)計為鋁型材機架、鑄造機架、鈑金焊接機架。1）方案對比鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛胚因近乎成形，而達到免機械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了時間。但是鑄件重量大，需要首先制造模具，適用于大批量生產(chǎn)，而且機架本身較大，如果使用鑄造的話，模具較大制造困難，鑄造的各種缺陷無法滿足道路護欄清洗機機架表面要求鋁型材是常用的機架材料，而鋁型材機架有著易于拆裝、易于運輸?shù)奶攸c，鋁型材定做加工設(shè)備機架可塑性強，鋁材的型號規(guī)格全面，加工方式多并且都是數(shù)控加工，精準度高。組裝簡單快速，不需焊接，環(huán)保并且省時省力，但是鋁型材機架的固定是用T型螺栓螺母固定，在外力作用下比較容易松動，不適用于振動較多的場合，而護自動欄清洗機在移動過程中將會受到一定程度的振動。鈑金焊接機架，鋼板毛坯比鑄鐵毛坯輕30%，強度高剛度高，疲勞強度為鑄造的三倍，且生產(chǎn)時只需要軋制鋼板后折彎，生產(chǎn)周期短，能適應(yīng)市場需要。且結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活、壁厚差距可以相差很大。通過對以上三種材料的機架性能比較，本次設(shè)計由于護欄自動清洗機需要大批量生產(chǎn)，工作時有一定的振動，車載重量應(yīng)當(dāng)有所限制，因空間有限，電池大小有限，較輕的重量可以減少電池電量的消耗，提升續(xù)航能力，并且留出更多空間給水箱和其他機構(gòu)，提升清洗的性能。2）機架設(shè)計護欄清洗機的機架包括五種鈑金件，分別是側(cè)板、后蓋、前蓋、電機擋板和底板。其中，前蓋到后蓋對應(yīng)車子的前進方向，這兩個鈑金件中都有一條100mm寬的開口槽，用于行進過程中欄桿的通過。而側(cè)板的一邊呈圓弧狀，與前蓋相配合，其主要作用是擋住飛濺的水花和灰塵等。底板是承載重量的重要零件，每個板的邊沿經(jīng)過折彎、打孔的工序后，形成裝配用的延伸塊，底板與后蓋和側(cè)板的延伸板通過螺栓相連接。側(cè)板與后蓋也是通過螺栓進行連接。但是前蓋形狀復(fù)雜，沒有平面適合打孔，因此前蓋與兩個側(cè)板通過電焊連接在一起，而且，焊接密閉性比較好，可以有效防止清洗過程中，多余飛濺的水花順著鐵板壁流下并從各支撐板的縫隙中流出。底板前蓋側(cè)板電機擋板后蓋后蓋電機擋板底板前蓋側(cè)板電機擋板后蓋后蓋電機擋板圖2-2道路護欄自動清潔機機架示意圖

2.2.2滾刷緩沖機構(gòu)設(shè)計護欄清洗機在工作時主要依靠高速旋轉(zhuǎn)的滾刷配合清潔用水來除去護欄上的灰塵、泥土等污漬達到清潔護欄的目的。但是在清洗過程中，護欄并非一塊平面，而是高低起伏，有間隙的，而護欄清洗機又一直沿著欄桿往前行駛，必定會導(dǎo)致一定程度的振動。因此，要有一種緩沖機構(gòu)配合滾刷進行道路護欄的清潔作業(yè)。43214321圖2-3滾刷緩沖機構(gòu)示意圖1-滾刷2-帶傳動3-彈簧緩沖機構(gòu)4-支承板1）滾刷傳動方案對比齒輪傳動有效率高、承載力大、傳動比精確的優(yōu)點。但是不擅長大中心距傳動的場合，且造價比較高、需要良好的潤滑條件，否則開式齒輪的壽命將會大大降低。道路護欄清洗機的滾刷緩沖機構(gòu)，需要比較長的傳動中心距，而滾刷中心與護欄仍有一定距離，即使在高速旋轉(zhuǎn)的情況下，也不會產(chǎn)生過大的外力。因此考慮到成本、傳動距離，齒輪并不合適。鏈傳動具有能在惡劣環(huán)境下工作、可以應(yīng)用于較大中心距的傳動、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、壓軸力小等特點，但是圖示機構(gòu)位于平行于地面的水平面中，鏈傳動過程中將會受重力作用影響，另外高速旋轉(zhuǎn)下，鏈必須添加潤滑油，但是道路護欄自動清潔機并沒有足夠的條件添入潤滑油循環(huán)。帶傳動具有緩沖吸震、結(jié)構(gòu)簡單制造成本低、可應(yīng)用于較大中心距的傳動等特點?？梢杂行M足滾刷緩沖機構(gòu)的遠距離傳動和一定程度上提升了機構(gòu)的緩沖吸震能力。且?guī)ЬS護簡單，不需要潤滑油，便于大量生產(chǎn)和使用維護。綜上所述，滾刷緩沖機構(gòu)的傳動方案選用帶傳動，可以降低護欄清洗機的生產(chǎn)維護成本，增強滾刷緩沖機構(gòu)的吸震適應(yīng)能力。2）緩沖元件方案對比緩沖元件在滾刷緩沖機構(gòu)中承擔(dān)吸震減震和一定支撐能力的作用，以保證在道路護欄自動清潔機的作業(yè)時，保持其工作位置、增強其護欄適應(yīng)性即可應(yīng)用于多種護欄，增加滾刷緩沖機構(gòu)的使用壽命。緩沖元件必須具備以下條件：可以較長距離使用，具備一定的緩沖吸震功能，具有較長的使用壽命和防水防污能力，有較高的安全性，體積要求盡量小。氣動彈簧是常見的緩沖支撐元件，廣泛用于生活和生產(chǎn)中，比如汽車的尾箱蓋的支承助力，是一種可以起支撐、緩沖、制動、高度調(diào)節(jié)及角度調(diào)節(jié)等功能的工業(yè)配件，其工作原理可以滿足滾刷緩沖機構(gòu)的工作。氣動彈簧的特點是速度相對緩慢，動態(tài)力變化不大，其特性在其他地方有良好的應(yīng)用前景，但是在護欄清洗機中，速度和動態(tài)力的特點不適用于機器的微量高頻率變化的速度和力中。普通壓縮彈簧配合角度調(diào)整機構(gòu)，壓簧是承受軸向壓力的\t"/item/%E5%8E%8B%E7%B0%A7/_blank"螺旋彈簧，壓簧的圈與圈之間有一定的間隙，當(dāng)受到外載荷時彈簧收縮變形，儲存變形能，達到緩沖吸震的效果。壓簧配合其他的固定、調(diào)整機構(gòu)，可以實現(xiàn)較長距離的緩沖支撐作用，而且可以適應(yīng)于較高頻率的振動。且不需要很高的精度，因此制造成本低、便于大量生產(chǎn)。綜上所述，普通壓簧相比于氣動彈簧更適用于護欄清洗機的工作。3）滾刷緩沖機構(gòu)自由度計算如圖2-3的滾刷緩沖機構(gòu)為通過方案選擇后最終設(shè)計的機構(gòu)，其中包括四個部分，滾刷、帶傳動機構(gòu)、彈簧緩沖機構(gòu)、支承結(jié)構(gòu)件，該機構(gòu)有一個動力源，因此應(yīng)當(dāng)只有一個自由度，下面將計算其自由度。321圖2-4滾刷緩沖機構(gòu)的機構(gòu)簡圖321首先畫出滾刷緩沖機構(gòu)的機構(gòu)簡圖，如圖2-4，彈簧部分用一個滑槽和一個焊接桿等效代替，其運動軌跡與原機構(gòu)一致。易知，該機構(gòu)有構(gòu)件三個，分別是圖2-4中的構(gòu)件1、構(gòu)件2、構(gòu)件3。該機構(gòu)低副4個，其中有三個旋轉(zhuǎn)副、一個移動副。因此取n=3，p1=4，ph=0。由自由度計算公式 (2-1)代入n=3，p1=4，ph=0可知， F=3×3－(2×4＋1×0)=1 (2-2)證得該機構(gòu)的自由度為1，具有確定的運動軌跡，滿足假設(shè)的只有一個動力源的條件，驗證了該機構(gòu)的方案設(shè)計合理，可以采用該方案作為滾刷緩沖機構(gòu)。2.2.3行走驅(qū)動方案設(shè)計護欄清洗機是自動化機器裝置，要求能夠完成在泊油路面上穩(wěn)定低速行走，在傳感器自動識別欄桿后，能自動調(diào)整前進方向，保證欄桿始終在工作區(qū)域即前蓋和后蓋的開口槽內(nèi)，防止道路護欄碰到前蓋和后蓋。另外需要保證噪聲不太大，防止噪聲污染，也符合環(huán)保安全的要求。因此，使用電機驅(qū)動是最佳的方案，下面將討論用何種電機驅(qū)動更適合于護欄清洗機的工況。方案一，后輪驅(qū)動加前輪轉(zhuǎn)向，這種驅(qū)動方式思路來源于汽車，優(yōu)點是控制簡單，只需要后輪裝一個直流電機，前輪采用步進控制，能大大減少電機的數(shù)量，節(jié)省制造成本。但是，這就造成了機械結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜，需要添加差速器，和其他一些輔助機構(gòu)來調(diào)整行駛方向，給本就不多的車身內(nèi)部空間帶來設(shè)計壓力。另外就是增添額外的零件和機構(gòu)，會導(dǎo)致車身變重，能耗變高。方案二，采用四輪差速驅(qū)動，這種驅(qū)動有成熟的控制技術(shù)，只需四個電機獨立安裝匹配車輪，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單緊湊，相比于后輪驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向，這種控制方式更加善于調(diào)節(jié)行駛方向和距離，可以應(yīng)對瞬息萬變的馬路工況。另外減少了機械零件，減少了重量，使得效率有所提高。綜上所述，護欄清洗機清潔護欄更適合方案二四輪差速驅(qū)動。

3選型計算3.1電機選型電機是機構(gòu)運作的動力源，是最重要的電氣元件之一，后續(xù)的計算都與電機有關(guān)，因此應(yīng)該首先根據(jù)工作情況，經(jīng)過受力分析后選擇轉(zhuǎn)速、扭矩、功率合適的電機，根據(jù)電機的參數(shù)來進行其他機構(gòu)的選型。護欄自動清潔機中，有兩處需要電機作為動力源，一處是滾刷，一處是護欄自動清潔機的車輪，兩者的工況不同，對電機的性能要求也不同，下面將逐一分析兩者的工作情況，并經(jīng)過計算選型種類、功率合適的電機。1）滾刷緩沖機構(gòu)的電機選型滾刷需要比較高的轉(zhuǎn)速以獲得足夠的動能來清潔護欄上的污漬，并且憑借高轉(zhuǎn)速帶來的慣性甩開多余的水分。滾刷的旋轉(zhuǎn)速度不需要精確的控制，只需要保持一定的速度，因此不需要選用伺服電機、步進電機等可控制的電機。又在護欄自動清潔機上沒有交流電源，不能選用交流電機，因此選用直流電機。確定了電機類型后，首先要求出需求的電機功率。查閱了相關(guān)資料后，可確定滾刷所需要的的轉(zhuǎn)速為450rpm，下面將進行受力分析。如圖3-1，分析受力時使用圓形代替滾刷，簡單模擬其在清潔護欄時的工作情況。其中Fn為支持桿件對滾刷通過中心的支撐力，F(xiàn)f為護欄對滾刷的摩擦力，滾刷在工作時其摩擦力不可能集中在滾刷邊緣，但為了計算結(jié)果的安全性，取其受力點為滾刷邊界。對應(yīng)于Fn的反力為Rn，對應(yīng)于Ff的反力為Rf。圖3-1滾刷受力分析圖已知滾筒尺寸為

?420mm，可得滾刷的半徑R=210mm。又轉(zhuǎn)速為450rpm，可換算成n=7.5r/s?？傻脻L刷邊界處的線速度為， （3-1）經(jīng)過查閱，摩擦力Ff約等于100N于是直流電機所需的功率， （3-2）考慮到帶傳動的效率為0.98， （3-3）安全系數(shù)取S=1.5，則最終取電機功率P=1.5kw。經(jīng)過資料查閱，選取電機110BL168S150-430TKA，其參數(shù)表如下表3.1表3-1直流電機110BL168S150-430TKA參數(shù)表型號額定轉(zhuǎn)速rpm額定轉(zhuǎn)矩Nm額定功率w110BL168S150-430TKA30004.81500電機經(jīng)過減速器后，將轉(zhuǎn)速降低至900rpm，同時獲得更高的性能。2）車輪驅(qū)動電機的選型護欄自動清潔機有著自動沿著護欄行駛的功能，為滿足這一功能，需要可自動控制的電機，因此不能選用直流電機。又由于護欄自動清潔機的運動需要一定的精確度，可以選用直流伺服電機作為車輪驅(qū)動電機。已知護欄自動清潔機的整機重量約為400KG，即每一個車輪受到1000N的重力。由查閱資料可知，在行駛過程中，橡膠車輪與地面的摩擦系數(shù)μ為0.3。因此，每個輪子受到的摩擦力 （3-4）輪胎直徑d為

?250mm，則其半徑r為125mm，周長。又已知行駛速度v為6km/h，即。于是可得出每秒的車輪轉(zhuǎn)速，即電機轉(zhuǎn)速。 （3-5）由（3-4）和上述數(shù)據(jù)可推得，電機功率 （3-6）取安全系數(shù)S為1.5，則電機所需功率為 （3-7）經(jīng)過資料查閱，選取電機110BL168S150-430TKA，其參數(shù)表如下表3.2表3-2直流伺服電機SDGA-08C11AB參數(shù)表型號額定轉(zhuǎn)速rpm額定轉(zhuǎn)矩Nm額定功率wSDGA-08C11AB30002.387503.2帶傳動選型滾刷緩沖機構(gòu)的帶傳動主要起到中遠距離傳遞電機動力并且進行降速的功能，因此選用常規(guī)的V帶傳動比較合適。現(xiàn)對滾刷緩沖機構(gòu)的帶傳動進行設(shè)計計算。1）確定計算功率查《機械設(shè)計》表8-8可知工況系數(shù)KA=1.1，于是有 （3-8）KA——工況系數(shù)Pca——計算功率2）選擇V帶的帶型小帶輪的計算功率Pca=1.65kw，小帶輪的轉(zhuǎn)速n=900rpm。查《機械設(shè)計》圖8-11普通V帶選型圖，選取V帶帶型為Z型。3）確定帶輪的基準直徑dd并驗算帶速v（1）首先選取小帶輪的基準直徑。查《機械設(shè)計》表8-7V帶輪的最小基準直徑，可知Z型帶的最小基準直徑dd=50mm。查《機械設(shè)計》表8-9普通V帶輪的基準直徑系列，選取Z型帶中的50mm。（2）驗算帶速v根據(jù)公式，代入d=50，n=900，可得v=2.356m/s。（3）計算大帶輪基準直徑由公式dd2=idd1，設(shè)定傳動比i=2，則大帶輪直徑為dd2=2×50=100mm。4）確定中心距a，并選擇V帶的基準長度Ld根據(jù)實際機構(gòu)需要，選擇中心距ɑ=650mm。根據(jù)中心距及帶輪直徑計算基準長度。（3-9）查《機械設(shè)計》表8-2普通V帶的基準長度Ld及帶長修整系數(shù)KL，選取帶的基準長度Ld=1540mm。重新計算調(diào)整后的中心距 （3-10）5）驗算小帶輪的包角α1根據(jù)公式（3-11）可知，小帶輪包角大于120°，經(jīng)驗算可知，帶輪和帶的計算參數(shù)合格。6）確定帶的根數(shù)z查《機械設(shè)計》表8-6包角修正系數(shù)，可知Kɑ=0.99。查《機械設(shè)計》表8-2普通V帶的基準長度L及帶長修整系數(shù)KL。可知KL=1.54。查《機械設(shè)計》表8-4單根普通V帶的基本額定功率P0，可知P0=0.26查《機械設(shè)計》表8-5單根普通V帶額定功率的增量△P，可知△P=0.04。由上述查閱的參數(shù)，可以根據(jù)公式（3-12）因此取帶根數(shù)Z為4根。7）確定帶的初拉力F0根據(jù)公式（3-13）可得帶傳動的壓軸力F0為134.19N。8）計算帶傳動的壓軸力根據(jù)公式（3-14）因此，可得帶傳動的壓軸力FP為1072.725N。3.3軸承校核護欄自動清潔機中的軸承主要在滾刷緩沖機構(gòu)中，安裝軸承的軸直徑為20，因此軸承的內(nèi)徑定為?20mm，主要承受軸向載荷，可能帶有較小的橫向載荷，因此選用深溝球軸承作為軸承類型。由前面章節(jié)的計算可知，每個輪子所受重力為1000N，采用對稱分布，因此每個軸承受到載荷P=500N。在護欄自動清潔機的工況下，當(dāng)量動載荷即為P。又由第三章電機選型的計算中得知，車輪的線速度為v=1.667m/s，且已知車輪的直徑為D=?250mm，由下列公式可算得車輪轉(zhuǎn)速，即軸承的轉(zhuǎn)速。 （3-15）得出軸承的轉(zhuǎn)速n=270.299r/min。護欄自動清潔機每天工作8小時，工作年限為10年，則預(yù)期壽命設(shè)為Ln=29200h，根據(jù)下列公式可以得出軸承的基本額定載荷。（3-16）經(jīng)過綜合考慮，選取型號為UCP204的深溝球軸承，查表得其基本額定載荷為6400N，軸承壽命由下列公式可推出。（3-17）其中ε為3，因為是球形滾子。可知算得的軸承壽命遠大于所需的軸承壽命。該軸承驗算合格，可以承擔(dān)工作任務(wù)。3.4彈簧選型1）滾刷緩沖機構(gòu)的受力分析滾刷緩沖機構(gòu)中，彈簧起到緩沖作用，下面將計算彈簧的受力并且進行彈簧的選型工作。首先假設(shè)條件，在護欄自動清潔機的工作過程中，滾刷緩沖機構(gòu)受的的力和位移很小，因此，假設(shè)在滾刷緩沖機構(gòu)工作的過程中，彈簧的軸線始終不彎曲，一直保持為一條直線。以此為初始條件，進行受力分析。L2L1F2FNF彈L2L1F2FNF彈βɑF1ɑ圖3-3彈簧受力分析圖如圖3-3為滾刷緩沖機構(gòu)的桿件受力分析圖，其中FN是清潔時來自護欄的反力，毛刷與護欄的摩擦力已經(jīng)由帶傳動抵消，因此彈簧主要用于對抗來自護欄的反力。同時，機架將承受彈簧和護欄的分力，以此達到受力平衡。已知參數(shù)L1=L2=325mm，ɑ=β=60°，經(jīng)過資料查閱，可知護欄的反力一般FN在80N~100N之間，因此取FN=90N。則 （3-18） （3-19）于是，可得彈簧彈力 （3-20）得到彈簧所受的彈力為155.88N。2）彈簧設(shè)計（1）選擇彈簧材料根據(jù)滾刷緩沖機構(gòu)的具體情況，查《機械設(shè)計》表16-2，選取60Si2Mn作為彈簧的應(yīng)用材料，60Si2Mn通常作為重要彈簧的材料。（2）選擇繞旋比C并計算曲度系數(shù)K繞旋比C的通常范圍是5~8，取繞旋比C=5，則根據(jù)公式 （3-21）于是有K值為1.3105。（3）初設(shè)彈簧中徑D，估取彈簧絲直徑d0根據(jù)安裝空間，初設(shè)彈簧中徑D=40mm。由公式，可推算出d0=8mm。（4）試算彈簧絲直徑d首先要計算彈簧絲內(nèi)側(cè)的最大應(yīng)力，由公式 （3-22）可算得τ=40.64N/mm2，即τ=4.064×105Pa。查《機械設(shè)計》表16-2,60Si2Mn的許用應(yīng)力為480MPa，許用應(yīng)力[τ]＞4.064×105Pa，證明材料合格。于是由公式 （3-23）于是彈簧絲直徑d=8mm可以滿足設(shè)計要求。綜上所述，選取中徑?40mm，彈簧絲直徑?8mm，長度130mm的彈簧。

4三維建模本章將通過三維設(shè)計建模，繪制出護欄自動清潔機的概念圖，供閱讀者更直觀地理解本設(shè)計。本章將分為兩個部分，整機三維圖和部分機構(gòu)三維圖。4.1整體三維建模圖4-1為護欄自動清潔機的總體結(jié)構(gòu)示意圖。整機三維設(shè)計包括機架、滾刷緩沖機構(gòu)、驅(qū)動部分、供水系統(tǒng)，其中，供水系統(tǒng)并非本設(shè)計的設(shè)計任務(wù)，而是作為空間布局參考進行三維設(shè)計，包括水箱、水泵、可拆卸的供水水管。32413241圖4-1三維總裝圖1-機架2-滾刷緩沖機構(gòu)3-驅(qū)動部分4-供水系統(tǒng)4.2部分機構(gòu)三維建模本節(jié)的主要內(nèi)容為機架、緩沖滾刷機構(gòu)的三維建模的解釋說明。下面將從結(jié)構(gòu)和功能的角度出發(fā)，借助三維模型，對上述兩個部分作具體描述。1）機架在第二章第一節(jié)中，已經(jīng)對機架的方案進行了詳細描述，這一節(jié)將通過直觀的三維模型，對機架的各部分功能和結(jié)構(gòu)進行補充說明。如圖4-2為機架的三維模型圖，本設(shè)計通過隔板將護欄自動清潔機的內(nèi)部分為了三個區(qū)域，分別為清潔作業(yè)區(qū)域、水箱存放區(qū)域和電氣元件區(qū)域，其中護欄的清潔將在清潔作業(yè)區(qū)域進行，由滾刷緩沖機構(gòu)執(zhí)行。2121圖4-2機架三維模型1-清潔區(qū)2-電氣元件存儲區(qū)3-水箱存儲區(qū)2）滾刷緩沖機構(gòu)如圖4-3為滾刷緩沖機構(gòu)三維模型，該機構(gòu)比較復(fù)雜，下面將通過三維模型展開描述其結(jié)構(gòu)和功能。滾刷緩沖機構(gòu)由4部分組成，分別為滾刷、支撐結(jié)構(gòu)、彈簧鉸鏈、帶傳動。工作時該機構(gòu)各部分相互配合完成任務(wù)，帶傳動驅(qū)動滾刷作業(yè)。滾刷受外力繞軸承旋轉(zhuǎn)，彈簧鉸鏈承受自支撐板上傳遞的變力，起到緩沖吸震的作用。34213421圖4-3滾刷穿沖機構(gòu)1-滾刷2-彈簧鉸鏈3-支撐結(jié)構(gòu)4-帶傳動如圖4-4為彈簧鉸鏈結(jié)構(gòu)示意圖。彈簧鉸鏈分為三個部分，分別為鉸鏈、伸縮桿和彈簧。工作時，桿1在受力時縮進桿2中，使得彈簧收到壓力的同時起到導(dǎo)向的作用。圖4-4彈簧鉸鏈三維模型3）驅(qū)動部分如圖4-5為驅(qū)動部分示意圖。驅(qū)動部分由車輪、兩個軸承座、聯(lián)軸器、步進電機組成。而步進電機和軸承座則通過螺栓和電機隔板上的通孔與機架連接固定。圖中軸承座為設(shè)計軸承座，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以鎖住軸承防止其相對移動。圖4-5驅(qū)動部分示意圖5結(jié)束語通過本次護欄清洗機的設(shè)計，令我對于設(shè)計有了給清晰的認知，也認知到了自己的不足。如今城市交通發(fā)展迅速，公路護欄由于受車輛尾氣、灰塵黏附及其他因素影響，表面出現(xiàn)了不同程度的污染，而人工和清洗車均有其局限性和實際應(yīng)用上的問題。而護欄清洗裝置勢必會向自動化和智能化的方向邁進，且自動化的清洗設(shè)備可以降低長期成本、減少維護費用、實現(xiàn)高效率的清潔，本次護欄自動清洗機的設(shè)計就是個人向這個方向邁進的第一步。本次設(shè)計的主要工作和個人收獲如下：（1）對設(shè)計工作有了透徹的理解，同時端正了自己原先對設(shè)計工作不正確的態(tài)度；（2）加深了自己對設(shè)計的理解，也懂得了設(shè)計不是一蹴而就便可達成的事情，而是一個需要進行反復(fù)修改驗證的過程；（3）對清洗機構(gòu)和清洗機器的理解逐步加深，對其各個機構(gòu)及其運行原理的認知不斷提高；（4）學(xué)會如何對標(biāo)準件進行選取、計算和調(diào)用，懂得了應(yīng)該如何對電機、氣缸等進行計算和選型；（5）學(xué)會了如何正確而精準地找到自己所需及相關(guān)的資料的方法；（6）通過各渠道了