高楼外墙清洗机设计毕业设计论文可编辑Word文件下载.docx

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4.2密封28

5设计总结29

参考文献30

致谢31

高楼外墙清洗机设计

摘要:

通过分析现代建筑壁面清洗技术的需求,构思出多个设计方案并进行各方面的的对比和分析,优选出合理的设计方案。

设计时充分考虑清洗效率等方面的要求,通过零件材料的合理选择、关键零件的严格分析计算和结构设计,以及整个图纸的严格设计,使该设计满足现有壁面的清洗技术需求,提高工作效率和作业安全性。

关键词:

高楼外墙旋转清洗机构设计

TheDesignonMechanismforCleaningWallofHingBuilding

ByJikequliAgriculturalmechanizationandautomation

DirectedbyAssociateProf.Liaonianhe

Abstract:

Throughanalyzingthedemandofthemoderntechnologyincleaningwallofhingbuilding,anewsystemofcleaningdeviceisdesignedafteridentifyingtheproblemsanddeficiencies.Thereareacoupleofdesignoptions,andthroughcomparingandanalyzingtheseprograms,selecttheoptimizedandrationalone.Theproductiondesignhasbeengivenfullconsiderationstotherequirementsintermsofefficiency;

throughchoosingthepartsofthereasonable,rigorouscalculatingandanalyzingandstructuraldesigningofthekeycomponents,anddesigningthewholeofthedrawingsstrictly,makingthedesignfullymeetthecurrenttechonologydemands,andimprovetheworkefficiencyandsecurity.

Keywords:

CurtaincleaningRotationmechanismDesign

0前言

随着我国经济的快速发展和人们生活水平的提高,城市建筑也迅速朝高空中发展。

高层建筑层出不穷,众多的电子产品在高层建筑内,产生了大量静电,建筑物的外墙及玻璃受静电的影响吸附了大量的灰尘,天长日久,日晒、风吹、雨淋,外墙上留下了一道道污迹,不但损坏了建筑物,而且还影响了城市的美观和市容。

为保持城市高层建筑外墙的清洁,必然要求开发新型的清洁机械,尤其是能取代人对外墙进行自动清洗的机械,以适应这一新兴行业的需要。

由于国外研制成功的外墙清洗机设备复杂价格昂贵,还未进入我国市场,目前我国还基本上停留在人工清洗阶段,为此需研究适合我国建筑的外墙清洗机。

传统的人工清洗高楼外墙方式为一根绳和一块板吊人清洗的高危作业,工作效率低、危险性大,因此迫切需要实现机械化操作,提高城市环境保护及安全性能。

为弥补这一缺陷,设计了一种投资小,成本低,安全可靠,工作效率高的全自动高层建筑外墙清机。

所研究的外墙自动清洗机是现代高层建筑外墙清洗的专用设备,人没有直接参与清洗工作,大大节省了人力,且杜绝了人工工作时的危险,从而提高了安全性和清洗效率。

本设计产品改变了多年以来人工吊拉清洗或一根绳一块板吊人清洗的高危作业现象,实现了机电一体化。

结构简单,操作方便,投资小,成本低,安全可靠,工作效率高。

一小时大约可清洗墙面400~600m2。

本机器分为清洗装置和升降装置。

本设计说明书主要着重于清洗装置部分的清洗机构设计。

由于本人能力有限,设计中的错误在所难免,请大家给予批评和指证!

方案分析

设计要求

结构简单,操作方便;

投资小,成本低;

安全可靠,工作效率高;

方案一滚动?

往复移动式

图1所示为一滚动?

往复移动式清洗装置

图1滚动?

往复移动式清洗装置示意图

如图1所示,它的作用原理是驱动电机7驱动链轮的转动,带动上下两滚刷1刷洗墙面;

同时带动传动丝杆轴6的转动,使移动喷嘴2往复运动;

刮水板4刮净剩余水分;

整个清洗装置的通过升降机构和自身重量进行上下移动。

图2清洗装置示意图

图3整个清洗装置示意图

如图2、3所示,该装置包括机架11,装在机架顶部的喷淋水嘴13,清洗机构12,横置于机架上的齿条导轨9;

工作时,减速电机5通过链传动装置带动齿轮轴10转动,同时齿轮轴与齿条导轨相互啮合使整个清洗机构12通过导向轮7的导向作用而在导轨9上往复运动（此控制器中有设置在导轨两端上的行程开关）;

刷具装在主动链轮轴上。

1.4方案比较与选择

1.4.1滚动?

往复移动装置优缺点

结构简单,成本低;

工作安全可靠,易操作;

清洗效率高,但效果较差;

往复移动机构仅为移动喷嘴;

清洗方向单一,不能彻底清除污垢;

因此,该装置适合污垢较少,易清理的壁面环境。

1.4.2转动?

往复运动装置优缺点

结构较滚动?

往复移动装置复杂些;

投资小,成本低,安全可靠;

易操作,但电路设计较复杂;

刷具能同时作往复运动和转动,清洗方向多面,效果较好;

对壁面污垢程度适应性较好;

因方案二能有效清除污垢,且适应性较前者好,优先选用方案二。

2材料分析机架与支座:

结构较复杂,主要承受重力,但不受摩擦,因此选用角钢焊接而成,形状尺寸依据安装尺寸确定;

链轮轴:

因该轴需承受弯矩及扭矩,因此材料依链轮部分而定。

选用45钢,调质处理;

链轮:

运转为低速,且功率不大,要求耐磨,故选用45钢,齿面硬度≈250HBS;

齿轮轴:

齿轮齿条互啮合,为抗胶合,要求硬度有所差别,且传动尺寸无严格限制,故选用40Cr（调质）,硬度为280HBS;

齿条导轨:

选用大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS;

导向轮:

选用45号钢;

轴承盖:

用于对轴承的外圈的定位,需有一定的强度,并且需要有防尘作用,选用HT200;

3设计计算

3.1减速电机的选择

3.1.1电动机类型的选择

因本次设计的装置是无调速要求的机械,并且负载平稳;

对启动、制动无特殊要求;

长期运转;

小功率;

电机的使用地点可能有水滴落、飞溅,应选用防滴、防溅、绝缘等级较高的电动机;

且应选用能和减速器配成减速电机的型号。

故选用SEW三相交流异步电动机。

3.1.2电动机电压和转速的选择

（1）电动机的电压选择

由于该装置要求电动机需随清洗机构工作性质周期性正反转,根据表29-87【2】,选择交流异步电动机,电压为380V,容量范围为0.37kW?

0.55kW

（2）电动机的转速选择

在确定电动机额定转速时,必须考虑减速装置的传动比,两者相互配合,经过技术、经济全面比较才能确定。

通常情况下,电动机的转速不低于500r/min。

对工作速度较低,经常处于频繁地正、反运行状态,为缩短正、反转过渡时间,应选择适当的电动机转速。

3.1.3电动机型号规格的选择

清洗机在工作时,需驱动一个受清洗壁面外载作用的安装刷盘的轴和使整个装置沿导轨作往复运动的齿轮齿条的啮合运动,即该装置有两个输出功率。

根据实际工作需要,即要求一小时大约可清洗墙面400~600m2,结合升降机的速度,可先设其有关参数为:

自重70?

100kg;

升降速度为10m/min;

清洗机构往复行走速度为25m/min;

洗刷盘转速为250r/min;

对导轨齿条,其上的载荷主要为单个清洗机构的自重

故所输出的功率

式（20-5）

【2】

式中?

为单个清洗机构的自重,kg;

v?

为单个清洗机构往复运动的平均速率,m/s。

对带动洗刷盘转动的轴,其上载荷仅为外界污垢的阻力,相对导轨齿条的可忽略。

故电动机功率

单个齿轮轴输出功率;

?

链传动的效率;

轴承的效率;

减速器的效率。

额定功率

kW额定转速r/min额定电流A功率

因素

cosφ启动/

额定电流制动电机

转动惯量

10允许无载

启动频率最大制动力矩

N.m电机

质量

0.5513601.750.723.46.64100109.9

根据上述计算得出的电动机初选功率和表15.1-18【5】可初选选出电动机的型号DT80K4表1三相交流异步电动机DT80K4的技术数据（同步转速为1500r/min.）

3.2减速器的选择

此设计中减速器工作环境为高速轴转速不大于1500r/min,齿轮的圆周速度不大于20m/s（见以下计算）;

工作环境温度范围-40?

+50。

可优先考虑标准减速器。

3.2.1按强度选用减速器

3.2.1.1传动比要求

根据整个清洗机构工作的传动比要求,即总的传动比

3.2..1.2计算功率

根据式（18-11）

【1】

式中?

传递的功率,kW;

工况系数,见表18-40【1】;

要求的输入转速r/min;

承载能力表中靠近的转速r/min;

时的许用输入功率kW,由表18-31~37【1】中查出;

对应于时的许用输入功率kW,当时,取.;

工况系数安中等冲击载荷查表18-40【1】得到;

按及相接近的公称转速,查表14.3-2得R27,,

当时,折算许用公称功率

代入上式得:

可选用减速电机R27-DT80K4

3.2.2校核热功率

查表18-42【1】得,环境温度系数1

负荷率系数0.94,功率利用系数1.5

查表18-37【1】R27-DT80K4,故满足要求。

表2减速电机R27-DT80K4的技术数据

kW输出转速r/min输出转矩

A减速器传动比输出轴用径向载荷N使用系数

0.55243225.6019804.6

3.3链传动装置的设计计算

由于往复运动及运动传输的速度较小,故采取链传动较好。

3.3.1滚子链传动设计的计算

3.3.1.1计算链轮轴转速与转矩

根据电动机和减速器的参数可知,电动机输出功率为,转速为,减速器传动比为i5.6,故减速器输出转速

由于初步得知其功率大约为0.55kW,连续工作8小时。

由

可得

减速器输出功率,;

减速器输出转矩,;

减速器输出转速,。

故输出转矩22,因齿轮轴和主动链轮链速度要求相差不大,故可初步选择链传动的传动比为2,载荷平稳。

3.3.1.2选择链轮齿数

1）选择传动比

通常,推荐,因齿轮轴和主动链轮链速度要求相差不大,故可初步选择链传动的传动比为2,载荷平稳。

2）选择小链轮齿数

通常9,应按链速和传动比选取。

当增大时,链条紧边的拉力下降,多边形效应减少,啮入时链节间的相对转角减少,磨损小,但传动的尺寸、重量增加。

参考表11-2【1】初步确定小链轮齿数17

3）确定大链轮齿数

3.3.1.3选取链节数和链型号

1）确定计算功率

查表11-3【1】,平稳传动,可得1.0,

根据表11-2【1】

计算功率为

计算功率,;

传递的名义功率,;

工况系数;

小链轮齿数系数

2）选择链型号和节距

为使传动平稳,结构紧凑,宜选用节距较小的链条。

为传动平稳,采用中心线偏离垂直线约中心线偏垂直线。

根据计算功率0.618kw和248.2r/min,查图11-2【1】可选链条型号为,查得链条节距为。

3）初定中心距

初定中心距应首先考虑结构要求,此设计为中心距不能调整的传动,故取最大允许中心距80×

12.71016

一般初定中心距~635,取400

4）链条节数

根据表11-2【1】,得链条节数

式中?

链条节数,节

应圆整为整数,为避免使用过渡链节,尽量取偶数,故圆整为88节数。

5）链条长度

3.3.1.4确定实际中心距

精确中心距

由于数值,查表11-5【1】,得中心距计算系数0.24907

根据表11-2【1】,,得理论中心距

实际中心距,通常取

取388mm

3.3.1.5计算作用轴上载荷

1）计算链速,确定润滑方式

根据表11-2【1】可知

链速,

主动链轮转速,

可知该传动为中速传动

根据和型号-1,所以采用滴油润滑。

2）有效圆周力

根据表11-2【1】,有效圆周力

式中P?

对接近于垂直的传动,作用于轴上的力

工况系数,上述已查其值;

3.3.1.6滚子链的耐疲劳工作能力计算

当链条传递功率超过额定功率、链条的使用寿命要求小于15000h时,其疲劳寿命的近似计算如下。

设为链板疲劳强度限定的额定功率,为滚子套筒冲击疲劳强度限定的额定功率,P为要求的传递功率,则在铰链不发生胶合的前提下对已知链传动进行疲劳寿命计算如下:

由式（9.3-6）

【3】得

1.172

由式（9.3-7）

0.13

故,则28128h

使用寿命,h;

小链轮齿数;

小链轮转速,;

多排链排数系数;

链节数。

即该链条满足要求。

故滚子链的基本参数如下:

链号节距排距滚子

外径内链节内宽销轴直径内链节外宽外链节内宽销轴长度内链板高度

08A12.7014.387.957.853.9611.1811.2317.812.07

表3传动用短节距精密滚子链基本尺寸

3.3.2滚子链链轮

本次设计中采用滚子链与链轮的啮合形式。

因滚子链与链轮的啮合属非共轭啮合传动,故链轮齿形的设计有较大的灵活性。

根据GB/T1243-1997规定的最大和最小齿槽形状来确定链轮齿槽的基本形状,如图4所示。

图4齿槽形状

3.3.2.1主动链轮的齿形设计

3.3.2.1.1最大和最小齿槽形状

由表9.3-12【3】得

最大齿槽形状:

齿侧圆弧半径26.264滚子定位圆弧半径3.667滚子定位角114.7°

最小齿槽形状:

齿侧圆弧半径15.96滚子定位圆弧半径3.535滚子定位角134.71°

链轮的实际齿槽形状,应在最大齿槽形状和最小齿槽形状的范围内。

因三圆弧-直线齿形符合上述规定的齿槽形状范围,故链轮的基本参数和主要尺寸见表9.3-12【3】,计算如下:

齿沟圆弧半径

齿沟半角51.5°

工作段圆弧中心O2的坐标4.43.5

工作段圆弧半径

工作段圆弧中心角°

齿顶圆弧中心O3的坐标8.951.67

齿形半角13.2°

齿顶圆弧半径5.1

工作段直线部分长度bc0.66

e点至齿沟圆弧中心连线的距离H18.4

注:

式中铰卷外径主动链轮齿数

3.3.2.1.2轴面齿廓尺寸

图5链轮轴向齿廓和尺寸

根据表9.3-14【3】得链轮的主要尺寸如下:

分度圆直径

齿顶圆直径7876

取77

齿根圆直径69.1-762.1

分度圆弦齿高5.032.85

取4

故主动链轮的主要尺寸如下表:

表4主动链轮的主要尺寸单位:

mm分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径分度圆弦齿高

69.17762.14

（2）确定实际中心距

中心距389.375取388mm3.3.2.1.3链轮结构尺寸选用整体式钢制小链轮

根据表9.3-16【3】,,可得以下链轮结构尺寸:

查表9.3-7【3】,参考联轴器的标准直径和主动链轮的定位尺寸

取

轮毂厚度9.16

式中由于,取4.8

轮毂长度

轮毂直径

3.3.2.2从动链轮的齿形设计

同理,从动链轮的齿形设计可参考主动链轮的齿形设计方法。

3.3.2.2.1最大和最小齿槽形状

齿侧圆弧半径74.8滚子定位圆弧半径3.667滚子定位角117.4°

齿侧圆弧半径30.24滚子定位圆弧半径3.535滚子定位角137.4°

齿沟圆弧半径齿沟半角53.2°

工作段圆弧中心O2的坐标4.5

3.35

工作段圆弧半径

工作段圆弧中心角°

齿顶圆弧中心O3的坐标9.060.84

齿形半角15.1°

齿顶圆弧半径4.99

工作段直线部分长度bc0.0.79

e点至齿沟圆弧中心连线的距离H18.1

3.3.2.2.2轴面齿廓尺寸

分度圆直径

齿顶圆直径146.9144.3

取146

齿根圆直径131

分度圆弦齿高4.742.85

取4

表5从动链轮的主要尺寸单位:

1381461314

3.3.2.2.3链轮结构尺寸

轮毂厚度12.61

式中由于,取6.4且查表9.3-7【3】,取

轮毂直径Dg123.7取123mm

3.4齿轮齿条传动装置的设计计算

3.4.1齿轮类型和精度等级

刷墙机为一般工作机器,速度不高,且功率,故选用直齿圆柱齿轮传动,选用8级精度（GB10095-88）（以下说明）。

3.4.2按齿面接触疲劳强度计算

1.初步计算

转矩44324.7

齿宽系数由表12.13【4】,取1.01.0

接触疲劳极限由图12.17c【4】

初步计算的许用接触应力（式12.15）

【4】

675

522

值由表12.16【4】,取90

初步计算的齿轮直径式12.14）

【4】61.9取65

初步齿宽65

2.校核计算

圆周速度0.42

精度等级由表12.6【4】选8级精度

齿数z和模数m初选齿数;

2.6由表12.3【4】,取模数2.52.5则26z26

使用系数由表12.9【4】1.35

动载系数由图12.9【4】1

齿间载荷分配系数由表12.10【4】

先求1043

21.7100式12.6）

【4】1.760.87式12.10）

【4】由此得

齿向载荷分布系数由表12.11【4】

1.371.37

载荷系数（式12.5）

【4】2.44

弹性系数由表12.12【4】节点区域系数由图12.16【4】2.5

接触最小安全系数由表12.14【4】1.05

总工作时间4800h

应力循环次数由表12.15【4】,估计,则指数m8.78

原估计应力循环次数正确。

接触寿命系数由图12.18【4】1.18

许用接触应力（式12.11）

843.9验算（式12.8）

518.1

计算结果表明,接触疲劳强度较为合理,齿轮尺寸无需调整。

否则,尺寸调整后还应再进行验算。

3.确定传动主要尺寸

实际分度圆直径d因模数取标准值时,齿数已重新确定,但并未圆整,

故分度圆直径不会改变,即

中心距32.5

齿宽65

齿顶高2.5

齿根高3.125

齿顶圆直径70

齿根圆直径58.75

齿距7.85

齿轮中心到齿条基准线距离

32.5

基圆直径61.1

重合度查图10.1-15【4】

4.按齿根弯曲疲劳强度验算

重合度系数0.660.66

齿间载荷分配系数由表10.10【4】,1.51

齿向载荷分布系数由图12.14【4】

载荷系数2.75

齿形系数由图12.21【4】2.60

应力修正系数由图12.22【4】1.59

弯曲疲劳极限由图12.23c【4】弯曲最小安全系数由表12.14【4】1.25

弯曲寿命系数由图12.24【4】0.95

尺寸系数由图12.25【4】1.0

许用弯曲应力式12.19【4】456

验算（式12.16）

63传动无严重过载,故不作静强度校核

3.5轴的设计计算

3.5.1齿轮轴的设计计算

1.输出轴的功率、转速和转矩由上述计算可知0.442124.1

于是

2.作用在齿轮上的力已知齿轮轴的分度圆直径为

而圆周力

径向力

3.初步确定轴的最小直径轴的材料为40Cr,调质处理。

初步估算轴的最小直径。

（式15-2）

【5】

查表15-3【5】取则

图6齿轮轴装配示意图

轴的最小直径显然是安装从动链轮处轴的直径如图6所示。

此轴上有一键槽,应适当增大轴径:

单键增大5%。

取为了使所选的轴与链轮孔径相适应,同时,链轮轴孔的直径是,故取;

又由于链轮轮毂长度为,故该轴尺寸;

4.轴的结构设计

1）拟定轴上零件的装配方案

选用如图7所示的装配方案:

螺母、轴端挡圈、链轮、轴承端盖、右端轴承、、右端套筒、齿轮轴、左端套筒、轴承、轴承端盖依次从轴的左端向右安装。

2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

（1）为了满足从动链轮的轴向定位要求,轴段右端需制出一轴肩,轴肩高度,故取段的直径;

长度可参考安装尺寸取

（2）初步选取滚动轴承。

因轴承受到径向力较大,故选用单列向心球轴承。

参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取单列向心球轴承6207,其尺寸为,故、;

而。

轴端滚动轴承采用