毕业设计（论文）-墙壁清洗机的设计与三维建模.doc

毕业设计墙壁清洗机的设计与三维建模机械工程系学生姓名： 学号： 机械电子工程系 部： 专 业： 指导教师： 二零一五 年 五 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 墙壁清洗机的设计与三维建模 系部： 机械工程系 专业：机械电子工程 学 学生：指导教师（含职称）： 高丽红（讲师） 1课题意义及目标 学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入墙壁清洗机的工作原理和设计等方面的方法及设计思想等内容，为学生在毕业后从事工作打好基础。2主要内容（1）根据已有的墙壁清洗机资料，确定总体结构方案设计和传动系统 （2）进行轴和主要部件的设计计算（3）选用三维建模方法，并构建墙壁清洗机的三维模型并分析3主要参考资料 1 成大先. 机械设计M.北京:北京工业出版社,2002. 2 朱敬，孙明. AUTOCAD2005. 电子工业出版社，2004. 3 吴宗泽.机械设计手册. 机械工业出版社,2009.4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1确定总体方案和传动系统3月3日3月23日2轴和主要部件的设计计算3月24日4月13日3三维建模并分析4月14日5月4日4绘制装配图一张和零件图三张5月5日6月1日5完成毕业论文及答辩工作6月2日6月22日审核人： 年 月 日墙壁清洗机的设计与三维建模摘 要：经过对目前高楼墙壁清洗技术需求的分析，构思出多个设计方法并进行各方面的对比和剖析，优化并选出合理的设计方案。设计时充分考虑清洗效率等各个方面的要求，经过对零部件材料的合理选取、关键零部件严格的计算分析和结构的设计，以及整个图纸严格的设计和墙壁清洗机的三维建模，使此设计满足对现有墙壁清洗技术的需要，提高清洗效率和作业安全。关键词： 减速器设计，齿轮机构, 设计计算The Design on Mechanism for Cleaning Wall and 3D ModelingAbstract: Through analyzing the demand of the modern technology in cleaning wall of building, a new system of cleaning device is designed after identifying the problems and deficiencies. There are a couple of design options, and through comparing and analyzing these programs, We will select the optimized and rational one. The production design has been given full considerations to the requirements in terms of efficiency and so on. Through reasonable choice of the components, rigorous calculating and analyzing and structural designing of the key components, designing the whole of the drawings strictly and 3d modeling, We can making the design fully meet the current technology demands, and improve the work efficiency and security.Key word: Reduction gear design, Gear mechanism, Design calculationI目录1 前言11.1 清洗建筑表面的意义11.2 国内外研究现状21.3 研究目的和现实意义42 方案评价与选择62.1 高楼外墙清洁机的结构和工作62.1.1 安装在楼顶的支撑突梁62.1.2 支撑缆绳72.1.3 乘载用挂笼72.1.4 电动机82.1.5 升降结构82.1.6 清洗刷82.1.7 稳固清洗部件的辅助机构92.1.8 内空心轴设计92.1.9 风压系统的设计102.1.10 随动小车102.2 方案评价与选择103 运动学及结构方案的确定113.1 运动学参数选定113.2 计算总传动比和分配各级传动比133.3 计算传动装置运动和动力参数134 传动零件的设计计算154.1 第一级齿轮传动设计计算154.1.1 初步计算154.1.2 校核计算154.2 第二级齿轮传动设计计算194.2.1 初步计算194.2.2 校核计算204.2.3 确定传动主要尺寸224.3 画简图234.3.1 初估轴径244.3.2 初选联轴器244.3.3 初选轴承255 轴的校核计算255.1 高速轴受力分析255.2 中间轴校核计算276 高速轴轴承验算337 密封与润滑357.1 润滑357.2 密封358 墙壁清洗机的三维建模369 结 论38参考文献39致 谢40附录40III太原工业学院毕业设计1 前言1.1 清洗建筑表面的意义随着现代社会的不断进步发展，城市规模不断的扩大，城市高楼愈加的标准，完美。千姿百态的各式高楼，尤其是高层建筑墙壁都使用各种土木工程材料加以装饰，如粘贴上各色的瓷砖，马赛克，或涂上颜料，不过，当大多数墙壁经受了长期的风雨飘零、尘埃辐射、烈日蒸发以及某一人为或意外情况等等后，高楼大厦的墙壁外表都将产生不同程度的污染、破坏，更有甚者，有些环境比较差的地域（如在垃圾管理方面不太合理规划的城镇边界或城中村等），污染和破坏可能更加严重。高楼大厦的墙壁外表如同我们人身上穿的衣服，需要定期清洗，保持光鲜亮丽的外表，这就要我们有规划的安排清洁、整理的工作。为此，不少世界发达、发展中国家和地域，对保持高楼外表的清洁工作非常重视，并办不了一些类似“每年（月）必须按期清洁，不然将受到相关处罚”等法律法规。近年来，我们国家各级政府部门保护环境的意识已发生了巨大的扭转，国内一些大、中、小型城市，特别是发达、开放城市、旅游景点等地区，为了保持高楼大厦墙壁外表的清洁，亦制定出台了有关的法律法规，并举办了一些全国范围性的卫生评比活动，把保持高楼大厦墙壁外表的清洁列为考核的重点指标之一，其中高楼大厦的墙壁外表因为是一个地区代表经济繁荣昌盛的标志性建筑物，所以更加醒目、突出，这当然也就成为了有关部门检查的重中之重。有信息显示，十五时期国家用于保护环境的投资资金由九五时期GDP的1.5%翻倍放大至4%，同时还附带有相关产业政策的优惠。这也是在从侧面表明，随着我们国家改革开放的不断深入、经济的飞速发展，政府和公民保护环境意识的不断加强，而作为一个地区代表经济繁荣昌盛的标志性建筑物高楼大厦，它们的墙壁外表的清洁问题必定会跃然纸上，成为大家焦点。所以对高楼大厦墙壁外表的清洗行业将会有很大的发展前景，并且会带动相关产业的高速发展，进而带动地区经济和社会的发展革新。高楼大厦墙壁外表的清洗工作主要包含墙壁外表的清洗和通风系统的清洗，目前墙壁外表的清洗工作是利用传统的“蜘蛛人”模式的清洗方式对墙壁外表进行清洁整理的，在这种模式下工作人员的人身安全是没有保障的，一些城市为此发布了高楼大厦墙壁外表的清洁条例来避免危险的发生。因为城市现代化的发展和人口的日益增加，高楼大厦愈来愈多，各式各样的摩天大楼成为解决土地使用困难的途径。在建筑业中由于玻璃的采光效果好，并且防潮保温，所以高楼大厦的外观越来越多的采用玻璃构造，有的设计师还会采用彩色玻璃活各色各样的瓷砖来增加美观。这逐渐演绎成华丽的“城市外衣”，成为现代化都市的一道亮丽的风景线。但也由于高楼大厦的墙壁外表经常暴露在大自然的洗礼侵袭下，玻璃等构造的墙壁外表常年需要维护清理，所以衍生出沉重的墙壁外表清洗工作。1.2 国内外研究现状现在市面上可见的墙壁清洗机，清洗方式大多数还是用固定突梁垂挂挂笼，然后工作人员站在挂笼里贴近墙面手工清洗的方式清洁墙壁外表，只是挂笼的升降方法和突梁的种类有些变动。而传统清洗方式的是人工清洗，好象攀崖运动员下山时那样运动员用缆绳把自己系住并定位，然后用脚蹬进行逐层清洗。但是这工作模式需要工作人员在空中吊来吊去，非常危险，效率低，强度高，基本没有安全保障，全靠个人技术。不过随着目前机器清洗技术、现代科技的飞速进展，机器替代人类完成一些人类无法完成或者是就算能完成也有很大危险的工作。国外在墙壁清洗机研制上比较有代表性的有日本BE公司、德国的Fraunhofer研究所、美国国际机器人技术公司等。具体介绍：日本BE公司成功研制出一种固定轨道式擦窗机，如图1.1所示。类似起吊机的结构安装在楼顶的固定轨道上，吊起清洗部件并保证其能上下运动，清洁结构带有多个盘旋刷，然后让清洗部件贴近墙面进行清洗作业。本毕业设计就是借鉴此机器的外形设计的，虽然此设备在当时能高效率的替代人工清洗高楼大厦的墙壁表面。但是，这种设计需要设计师在设计楼宇时就要将轨道之类的东西考虑在内，成本高且适用范围不广。德国的Fraunhofer研究所研制了一种名为SIRIUSC的墙壁清洗机，如图1.2所示。该机器工作时，在机器上方的高楼顶部有一个随动小车，此小车除了起到一个安全作用外，还起到了机器左右位移的定位作用，机器只能作上下动作，左右动作靠随动小车配合缆绳来实现。固定机构是靠真空吸盘和线性模块来实现的。本毕业设计也参考了楼顶随动小车的设计思路，加以整合。美国国际机器人技术公司研制了用于清洗高楼大厦的爬壁机器“Sky Washer ”，如图1.3所示。它也是利用真空吸盘和2组L型导轨先对滑动来实现动作的，其优点就是有一定跨越凹凸不平特种墙面的能力。 图1.1日本固定轨道擦窗机 图1.2 SIRIUSC清洗机 图1.3 Sky Washer国内比较有代表性的有上海大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学等。具体介绍：上海大学制造了玻璃窗清洗机和球形墙壁爬行机，如图1.4所示。前者采用真空吸盘吸附，伺服电机驱动，多层框架式结构。后者采用腿足式运动构造，为了满足稳定性、控制简单和偶数足易产生有效步态的条件，足端选择六足独立控制并安装带有裙边的铰接式真空吸盘。然而此机器重心偏高，机器动作的时候不稳定。此外，他们还根据玻璃墙壁的特点，添加了跨越障碍的结构，大幅提高了机器的跨越障碍的性能。哈尔滨工业大学，也先后研制出了几种墙壁清洗机器。如图1.5所示。此机器是用双轮来驱动，主体下部是一个带有驱动轮的滑动密封式负压吸盘。清洁结构安放在吸盘尾部，同时还安装有卷扬机，地面随动小车等附属设备。由于密封设备采用柔性材料，对墙壁的适应能力较强，可以在瓷砖或大直径圆柱面上动作，但跨越障碍和面面转换能力较差。 图1.4上海墙壁清洗机 图1.5哈工大壁面清洗机北京航空航天大学自1996年以来，先后制造了“WASHMAN”, “CLEANBOT I”, “SKYCLEAN”,“灵巧型擦窗机”、“吊篮式擦窗机”、“蓝天洁宝”等系列墙壁清洗机器，如图1.6、图1.7、图1.8、图1.9、图1.10和图1.11所示。前三种均为全气动清洗机器，采纳十字结构，是自主步行动作机器，机器动作和性能统一。其中“CLEANBOT- I”的上下气缸之间有一个能作微小角度转动的腰关节，来实现机器动作方向的改变。 图1-6 WASHMAN 图1-7 CLEANBOT- I 图1-8 SKYCLEAN 图1-9灵巧型擦窗机 图1-10吊篮式擦窗机 图1-11“蓝天洁宝”目前国内外开发出的墙壁清洗机归纳起来主要有两种类型：一种是研究用的墙壁清洗机，另一种是实用性墙壁清洗机。从实用化和产业化的角度出发，墙壁清洗机的主要研究技术方向为： (1) 高清洗效率的墙壁清洗机。一方面开发出新的墙壁清洗装置，清洁、高效的清洗壁面；另一方面开发出高效的清洗装置的载体(即机器本体)，提高机器的机动性、灵活性。 (2) 对墙壁广泛适应性的清洗机。以满足特殊墙壁的清洗要求如阶梯状表面、倾斜面、球型面等外墙面。 (3) 合理的性价比、高可靠性和通用性的墙壁清洗机。1.3 研究目的和现实意义 随着我国社会经济的快速发展，人民生活水平逐渐的提升，高楼大厦已不是奢望。有需求就会带来市场，高楼墙壁外观的清洁不久就会成为楼宇物业管理不可或缺的一部份。高楼大厦墙壁的清洁也必定会成为带动一个地区繁荣昌盛的行业。在我国，墙壁清洗行业正在逐步发展并得到完善。墙壁清洗机的功用在于清洗高楼玻璃窗户、瓷砖外墙、粉刷墙等外部结构，然而由于在清洗途中产生的废水不变处理、清洗液不便补给、成本高昂等现象，在市面上还没有全自动的清洗机，就连半自动的都非常少。但是为了保持城市高楼大厦墙壁外表的清洁，人工清洗又非常危险，所以机械清洗机必不可少。不过由于国外研制成功的墙壁清洗机设备复杂价格高昂，还未进入我国市场，现在我们国家基本还停留在人工清洗阶段，为此我们急需要研究适合我国的高楼墙壁清洗机。本课题研究的目的是在为城市高楼大厦清洗行业提供一种可以替代繁重危险的人工作业而设计的墙壁清洗机系统。本设计改变了早期的“蜘蛛人”模式或用缆绳垂吊人工清洗的高危作业形式。运用了机电一体化，借鉴各种清洗机的优势，简化了复杂的部件，减轻了部分重量，一小时大概可以清洁墙面550850m2。2 方案评价与选择2.1 高楼外墙清洁机的结构和工作 目前高楼墙壁自动清洗机的构造主要分为下面几种:2.1.1 安装在楼顶的支撑突梁 以下为一些常有的支撑突梁： (1) 固定式支撑突梁如图2.1： （A）F型突梁 (B) L型突梁图2.1 固定式支撑突梁 (2) 活动式： 设有活动滑轨,如图2.2为一种滑轨：图2.2 滑轨 滑轨式的动作情形如图2.3所示：图2.3 滑轨式的动作情形 滑轨有如图2.4所示的3种形式： A.水平式滑轨 B.自走平台 C.垂直式滑轨图2.4 3种形式的滑轨 可以将大型起降车（卷扬机机构+随动小车或者直接在下部装配滑轮）安装在顶楼，这样虽然需要设计初期就要考虑轨道问题，但是也方便维护清理，安全可靠。2.1.2 支撑缆绳 缆绳能够支撑主很高的张力，目前一些像吊车等专用缆绳就能够达到需求。2.1.3 乘载用挂笼 中小型挂笼如图2.5、图2.6所示：图2.5 小型挂笼 图2.6 中型挂笼配合卷扬机、缆绳并将清洗部件安装在上面可以方便的保证工作部件完成上下动作的条件，这种方式虽然定位不精准，但是要比前人研究的腿足加真空吸盘的方法要简单，方便操作。2.1.4 电动机关于电动机，一般来说有以下要求：(1) 低转速、高扭矩（能够降速增扭）。 (2) 应急处理功能（断电停车等）。(3) 有机械停车设备。(4) 有静定功能。2.1.5 升降结构关于升降系统的构造，目前打算依照普通市面上现有的构造加以改进，用于墙壁清洗机的上下动作设备。在这里,选取类似卷扬机的构造,加以改良。并将其安装在楼顶水平滑轨上随动小车里。卷扬机中自带的电动机带动卷桶转动来控制缆绳的收放，继而使清洗机的清洗部件能够在墙壁外表上下动作。2.1.6 清洗刷 因为清洗刷部件是悬空垂吊在空中，虽然靠着墙但也有一定空隙，如遇见特殊墙壁，就更需要一些辅助措施，所以刷子部分运用红外线测距技术。当墙壁外表面在与墙垂直于墙面方向的距离不一样时（及遇到凹凸不平的特殊墙壁），由独立电机带动的清洗刷部件采用红外线测距，可以通过线圈产生的磁场和弹簧力来进行调节，使清洗刷部件能够更好的清洗特殊壁面。2.1.7 稳固清洗部件的辅助机构为了使机器在清洗刷旋转的时候，机器不左右摇摆，将贴近墙面的那个面的四个角安装有滑轮，此轮与墙接触。当清洗部件经过卷扬机上下动作时，轮与墙之间是滚动摩擦，可以让清洗部件与墙壁之间保持一定的间隙，从而不会撞到墙面或者玻璃，当清洗部件左右摇晃时，轮与墙壁之间是滑动摩擦，对清洗部件的左右摇摆起到一定的限制作用。也可以根据需要添加一些别的设备让清洗部件在垂直于墙壁的方向上动作的更加稳定。2.7 稳固辅助机构2.1.8 内空心轴设计为了让清洗刷中心喷出清洗液，并要求喷嘴不跟随盘刷转动，需要在盘刷内用滚动轴承固定。空心轴的一端连接盘刷，另一端与水管相连，在盘刷转动时，空心轴不动，其机构如图2.7：图2.8 空心轴工作时清洗液从中间的孔流出，喷撒到墙壁上，几乎不受外力弯矩、扭矩影响，所以略去刚度、强度的计算。2.1.9 风压系统的设计利用直升机螺旋桨的原理，在清洗刷的后面安装一个螺旋桨，使其向垂直墙面并指向墙面的方向吹风，这样就可以让含有清洗刷的部件贴近墙面，加强清洗效果。图2.9 风压系统2.1.10 随动小车随动小车安装在楼顶的水平滑轨里，利用PLC控制技术，可实现小车左右循环运动，从而带动卷扬机，进而带动清洗部件左右运动。图2.10 随动小车设小车最初在左端，当按下启动按钮时，则小车自动循环运动，若按下停止按钮，则小车完成本次循环运动后，停止在最初位置。其运动路线图如图2.10。2.2 方案评价与选择按照任务书的需要，要求构造简单，实用性强，主机械设计，故采用水平式滑轨，支撑缆绳，小型挂笼，小型随动车，升降机构采用类似卷扬机机构，清洗部件，利用工作电动机，通过减速器装置减速，带动清洗刷减速増扭的转动，实现清洗工作1。3 运动学及结构方案的确定按照任务书的需求，清洗部件一小时可以清洗550-850平方米的墙面，联想到要构造简单，在只考虑升降的情况下，要达到清洗部件每小时清洗550-850平方米，故需要选用大型号的清洗刷。清洗机的总体构造如图3.1所示：图3.1 清洗机结构图3.1 运动学参数选定初选类似卷扬机的机构，按照GB/T 1995-2002的规定，选择双卷快速快溜放卷扬机，额定转速为20-25m/min，额定载荷为25KN。按照初选的卷扬机机构，初确定清洗刷直径为500mm。 清洗刷与墙壁的摩擦力查机械设计手册得工程塑料的动摩擦因数在k=0.10.5之间，由于清洗刷大体上靠自动贴在墙壁上，还要考虑清洗的洁净与否，所以选用动摩擦因数较大的工程塑料，选择其动摩擦因数为K=0.5，预算清洗部件重量为200300kg2，所以 工作机所需输入功率：各部件的传动效率：工作机的效率：传动装置中各部分的效率,查机械手册得8级精度的普通齿轮传动效率：弹性联轴器传动效率：齿式联轴器传动效率：球轴承传动效率：滚子轴承：电动机至清洗部件之间传动设备的总效率： 2 所需电动机功率 由 ,得 查表13-2,得圆柱齿轮单级传动比值为35,所以电动机转速能选择的范围是: 对Y系列电动机经常采用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机,所以采用同步转速为1500r/min的电动机。综上采用Y100L2-4,额定功率3KW,满载转速1430r/min的电动机,电动机极数为4，轴伸尺寸为。其具体参数如下：型号: Y100L2-4额定功率/kW: 3.0铁心长度/mm: 135气隙长度/mm: 0.3定子外径/mm: 155定子内径/mm: 98定子线规nc-dc: 1-1.18每槽线数: 31并联支路数: 1绕组型式: 单层交叉节距: 19/210/1811槽数Z1/Z2: 36/32转动惯量/(kgm2): 0.0067质量/kg: 383.2 计算总传动比和分配各级传动比传动装置的总传动比要求为 选用普通的展开式二级圆柱齿轮减速器高速级传动比,取。3.3 计算传动装置运动和动力参数该传动装置从电动机到清洗刷有三轴,依次为、轴,则:3.3.1 各轴转速 式中: 为电动机满载转速； 、分别为、轴转速;为高速轴,为低速轴。3.3.2 各轴功率式中: Pd 为电动机输出功率; P、P、P 分别为、轴输入功率。3.3.3 各轴转矩4 传动零件的设计计算4.1 第一级齿轮传动设计计算 因传动无严厉的要求,生产批量小,所以小齿轮采用40Cr,调质处理,硬度241HB286HB,取均值为260HB;大齿轮采用45钢,调质处理,硬度为229HB286HB,取平均值为240HB.齿轮采纳非对称支承构造装置3。计算步骤如下:齿面接触强度计算4.1.1 初步计算 转矩T1 ,，齿宽系数 ,由表12.134,取，Ad值,由表12.164,估计,取 ,接触疲劳极限,由图12.17c4,得：初步估计的许用接触应力: 传动比i,初步计算小齿轮直径d1 ,取初步齿宽b , 4.1.2 校核计算 圆周速度,精度等级 由表12.64，选用8级齿数Z1、模数和螺旋角:，取Z2=105,由表12.34,取(和估计值接近)运用系数KA 由表12.94,动载系数Kv,由图12.94, 齿间载荷分配系数由此得齿向载荷分布系数,由表12.114, 载荷系数,弹性系数,由表12.124, 节点区域系数,由图12.164, 重合度系数 ,由式12.314,因故螺旋角系数,接触最小安全系数,由表12.144,得(一般可靠)总工作时间,应力循环次数: 接触寿命系数,由图12.184, ,许用接触应力: 验算 计算结果显示,接触疲劳强度较为适宜,齿轮尺寸不用调整。4.1.3 确定传动主要尺寸 中心距 实际分度圆直径,齿宽,齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数: 由图12.214, ,应力修改系数 ,由图12.224,重合度系数 , 螺旋角系数,(当.) ,故齿间载荷调配系数 , 前已求得,故齿向载荷分配系数 ,由图12.14, ,载荷系数,弯曲疲劳极限,由图12.23c4,弯曲最小安全系数,由表12.144, 应力循环次数, 弯曲寿命系数,由图12.244, ,尺寸系数,由图12.254, 许用弯曲应力 验算 传动无重大过载,所以不用作静力强度校核。4.2 第二级齿轮传动设计计算 由于传动没有严厉的要求,生产批量小,所以小齿轮采用40Cr,调质处理,硬度取为280HB;大齿轮采用45钢,调质处理,硬度取为260HB。齿轮采纳非对称支承构造5。计算步骤如下:齿面接触强度计算4.2.1 初步计算转矩T2 , ，齿宽系数 ,由表12.135,取，Ad值,由表12.165,估计,取，接触疲劳极限,由图12.17c5,得：初步计算的许用接触应力: 传动比,初步计算小齿轮直径 , 初步齿宽b , 4.2.2 校核计算 圆周速度, 精度等级 采用8级精度齿数Z1、模数和螺旋角:,由表12.35,取(和估计值接近)运用系数KA ,表12.95,动载系数KV,由图12.95, 齿间载荷分配系数由此得齿向载荷分布系数,由表12.115, 载荷系数,弹性系数,由表12.125, 节点区域系数,由图12.165, 重合度系数 ,由式12.315,因,故螺旋角系数,接触最小安全系数,由表12.145,得(一般可靠)总工作时间,应力循环次数: 接触寿命系数,由图12.185, ,许用接触应力 验算 运算结果显示,接触疲劳强度较为适宜,齿轮尺寸不用改变。4.2.3 确定传动主要尺寸中心距 实际分度圆直径 齿宽 ,取齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数: 由图12.215, ,应力修正系数 ,由图12.225,重合度系数， 螺旋角系数,(当.) ，故齿间载荷分配系数, 前已求得,故齿向载荷分配系数,由图12.145, ,载荷系数,弯曲疲劳极限,由图12.23c5, ,弯曲最小安全系数,由表12.145, 应力循环次数,弯曲寿命系数,由图12.245, ,尺寸系数,由图12.255, 许用弯曲应力 验算 传动无重大过载,所以不用作静力强度校核。表1 传动零件设计计算小结名称材料硬度齿数齿宽mn分度圆直径齿轮40Cr260HB2255mm2126545.000mm齿轮45240HB10545mm21265215.190 mm齿轮40Cr280HB2882 mm2.513321072.000mm齿轮45260HB9672mm2.5133210254.952 mm4.3 画简图142587170.557.571128图4.1 简图4.3.1 初估轴径 在画草图前需要初步计算轴径,从而增加设计效率,降低设计的工作量,并尽可能的减少生产成本。所以三根轴都选用40Cr材料。由式16.25,得各轴的最小直径分别为:式中: C为轴强度计算系数,40Cr所对应的系数为102 联系实际状况,可将这三轴的轴径设计为25mm、50mm和35mm。4.3.2 初选联轴器一些联轴器的作用是联接两轴和传递扭矩,有些还具备弥补两轴因制作和安装误差而造成的轴线偏移的功用,以及具备缓冲、吸振、保护等功用。电动机轴和减速器高速轴联接用的联轴器,因为轴的转速较高,为减小启动载荷,减少冲击,应采纳具备较小转动惯量和具备弹性的联轴器,此设计采纳弹性柱销联轴器。减速器低速轴与清洗部件联接用的联轴器,因为轴的转速较低,不必要求具备较小的转动惯量,然而其传递扭矩较大,又由于减速器与清洗部件不在同一底座上,要求具备较大的轴线偏移补偿,所以采用鼓形齿式联轴器。根据上述分析并联系到实际状况,联轴器选择如下: 电动机轴和减速器高速轴联接的联轴器采用LT4联轴器 6。4.3.3 初选轴承轴承是支承轴颈的部件。因为此传动设备选用两对斜齿轮传动，通过比较，选用的是两对角接触球轴承和深沟球轴承。从高速轴到低速轴，选择的轴承分别为7307C、30210、30210，均为成组使用，面对面装配7。5 轴的校核计算5.1 高速轴受力分析高速轴受力情况如下：图5.1 高速轴受力情况水平受力分析: 对点取矩,则有对点取矩,则有垂直面受力分析:对点取矩,则有: 对点取矩,则有: 5.2 中间轴校核计算中间轴结构和受力分析图如下: 中间轴材料选用40Cr调质, 。计算齿轮受力 齿轮所受的力():圆周力 径向力 轴向力 转矩 齿轮所受的力:( )圆周力 径向力 轴向力 计算支承反力水平面反力 垂直面反力水平面受力图,如f图所示垂直面受力图,如h图所示画轴弯矩图水平面弯矩图,如g图所示，图垂直面弯矩图,如i图所示，图合成弯矩图,如j图所示，合成弯矩 画轴转矩图轴受转矩转矩图, 当量转矩图，如图k所示 许用应力用插入法由表16.3,查得应力校正系数 画当量弯矩图当量弯矩:在齿轮中间处在齿轮(轴头)中间处当量弯矩图,见图l 校核轴径齿根圆直径 轴径 通过检测，此轴所用尺寸合格。以齿轮端面处危险截面为例进行安全系数校核。对称循环疲劳极限 脉动循环疲劳极限 等效系数 截面3-3上的应力水平面弯矩 垂直面弯矩 合成弯矩 弯曲应力幅 弯曲平均应力 扭转切应力 扭转切应力幅和平均切应力 由于此截面处，有轴径变动，过渡圆角半径r=1mm，由和，从附录表1中查出。表面状态系数 由附录5查出尺寸系数 由附录6查出安全系数弯曲安全系数 设为无限寿命，由式16.5得 扭转安全系数 复合安全系数 通过检测，此轴所用尺寸合格。6 高速轴轴承验算查手册 7307c轴承性能参数如下：寿命计算左边轴承径向力 右边轴承径向力 轴向力 ，方向向左附加轴向力 查表18.48，可得， 因，故左边轴承被压紧轴承轴向力 X,Y值 ，故 ，故冲击载荷系数 考虑中等冲击查表18.88得当量动载荷轴承寿命 因，只计算轴承1的寿命 所以高速级的轴承满足使用寿命的要求。 静载荷计算X0、Y0 查表18.12，得，当量静载荷 安全系数S0 正常使用角接触球轴承，查表18.148，得计算额定静载荷 (因)许用转速验算载荷系数 载荷分布系数许用转速N 均大于工作转速1430r/min。通过检测，此轴承合格。7 密封与润滑7.1 润滑本设计中涉及齿轮传动、导轨和滚动轴承的润滑，为降低摩擦阻力，减轻磨损，以及达到冷却，吸振等目的，需选用正确的润滑方式。导轨的润滑方式是采用人工定期润滑。使用普通开式齿轮油（SH/T 0363-1992）1号。齿轮传动的圆周速度为0.42m/s，较低，可用飞溅润滑。选普通开式齿轮油（SH/T 0363-1992）1号。轴承的润滑方式可根据速度因数值（d为轴颈直径；n为工作转速），查表18.179选择滚动轴承的润滑方式为脂润滑，钙基润滑脂（GB 491-1987）1号。7.2 密封 该装置的密封主要是指轴承的密封，是为了防止外界灰尘、水分等浸入轴承。选用毡圈密封，详见装配图9。8 墙壁清洗机的三维建模Pro/ENGINEER(简称Pro/E)是由美国PTC公司推出的一套博大精深的三维CAD/CAM参数化软件系统，其内容包含了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图输出，到生产加工成品的全过程，其中包含了大量的电缆以及管道布线、模具设计与分析的实用模块，应用范围涉及航空、汽车、机械、数控加工、电子等诸多领域10。由于Pro/ENGINEER具有强大而完美的功能，因此几乎成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和标准。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。本毕业设计主要运用草图绘制、零件制图、装配设计。相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。本毕业设计运用Pro/E软件进行墙壁清洗机的三维建模，分为三个部件：一个是随动小车部件（可以直接与卷扬机合并在一起），一个是卷扬机部件，最后一个是清洗部件。 墙壁清洗机的总体模型如下图:9 结 论历时半个学期的毕业设计终于接近尾声，随之而来的也是大学生涯的结束。在这次设计过程中，我不仅巩固复习了这四年所学的知识，还学到了一些新的东西。本次毕业设计主要是进行墙壁清洗机的设计与三维建模，主要运用CAD软件进行装配图和主要零部件的绘制和运用Pro/E软件进行墙壁清洗机的三维建模。这两个软件对我以后的工作也将有很大的帮助。这次的毕业设计是我大学学习阶段的最终环节，也是对所学基础知识和专业知识的一种综合运用，亦是一种综合再学习、再进步的过程。在这个过程中，我学习的才能和独立工作的才能都得到了不少的提高。然而由于本人能力有限，未能有效结合清洗设备、吸附设备和有关电气控制来进行设计，望待改善。总的说来，本次设计达到了预期目标，成功的完成了毕业设计。墙壁清洗机是个实用性很强的项目，自从人工清洗在人们的心中成为一个危险行业后，有一定自动化并能替代人工的清洗机便受到了广泛的关注。本文针对墙壁作业的普通情况（主要针对玻璃，瓷砖等相对平整的墙壁)，在对国内外墙壁清洗机研究的基础上，设计出一种简易的组合清洗机机构：水平式滑轨安装在楼顶，在水平式滑轨上安装随动小车，升降机构类似的卷扬机安装在随动小车上并配合支撑缆绳来保证清洗机的上下左右动作，清洗部件用电动机通过减速器减速带动清洗刷转动来完成清洗工作。本文主要进行了以下几个方面的工作：（1）墙壁清洗机总体方案的设计（2）工作部传动系统的设计（3）轴和主要零部件的设计计算（4）绘制装配图一张零件图三张（5）三维建模本墙壁清洗机分为清洗设备、升降设备和随动小车设备。本设计说明书主要着重于清洗设备里部分的清洗部件的设计。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