垃圾自动分类处理机——传动系统设计

1、北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业论文设计垃圾自动分类处理机传动系统设计摘 要随着我国发展形势不断提升，人们的消费能力不断增强，与此同时，消费产品之后所带来的垃圾也逐渐增多，而对于垃圾的处理分类设计应运而生，通过设计一款垃圾自动分类处理机能够很好的解决以上问题。本文首先对国内外相关产品进行资料收集分析，分析其中的优缺点，设计出一个简易且能够基本实现要求的产品。而本文主要的任务是设计出这款机器的传动系统。该款传动系统设计对象为：分拣机构传动。通过工作环境计算，确定两个传动机构为传送机构和执行机构。传动机构通过选择合适的电动机类型，通过皮带传递转矩到一级圆柱齿轮减速器，圆柱齿轮减速器再将转矩

2、通过联轴器传递到滚筒，最终滚筒带动输送带，输送带从而带动垃圾；执行机构通过选择合适的电动机类型，通过齿轮传动机构，将电机输送轴的运动传递到旋转挡臂上，从而推动垃圾。对设计需要的V带，齿轮，传动轴，轴承等传动部件设计计算校核，实现将运动和力传递到各个执行工作部件当中，最终带动产品的运行。关键词：垃圾分类 传动设计 皮带传动 齿轮传动 Design of automatic garbage sorting processor - transmission systemAbstractWith the continuous improvement of Chinas development situ

3、ation, peoples consumption capacity is constantly enhanced. At the same time, the garbage brought by consumer products also gradually increases, and the garbage treatment and classification design emerges at the right moment. Through the design of an automatic garbage classification processor, the a

4、bove problems can be well solved.This paper first of all carries on the data collection analysis to the domestic and foreign related products, analyzes the advantages and disadvantages among them, designs a simple and can realize the basic requirements of the product. The main task of this paper is

5、to design the transmission system of this machine. The design object of this transmission system is: sorting mechanism transmission.Through the calculation of the working environment, the two driving mechanisms are determined to be the transmission mechanism and the executive mechanism. The transmis

6、sion mechanism, by selecting the appropriate type of motor, transmits the torque to the first-stage cylindrical gear reducer through a belt. The cylindrical gear reducer then transmits the torque to the roller through the coupling. Finally, the roller drives the conveyor belt and the conveyor belt d

7、rives the garbage. By selecting the appropriate type of motor, the actuator transmits the movement of the motor conveying shaft to the rotating stop arm through the gear transmission mechanism, thus pushing the garbage. V belt, gear, transmission shaft, bearing and other driving parts required by th

8、e design calculation and check, to achieve the movement and force to each of the executive parts, and ultimately drive the operation of the product.Keywords: garbage classification, transmission design, sorting mechanism, packaging and bag changing mechanism目录1绪论11.1设计研究现实背景及意义11.2国内发展及研究现状11.2.1垃圾自

9、动分类处理机的研究现状11.2.2垃圾自动分类处理机的传动系统设计的研究现状21.3课题主要研究内容21.4课题主要研究方法32总体设计42.1运动机构总设计42.2分拣机构传动系统流程53 传送机构的传动系统设计63.1设计方案63.2电机的选择与计算73.3 V带的设计计算93.4带轮结构设计123.5圆柱齿轮传动的设计计算133.6传动轴的设计和强度计算与轴承的选择154执行机构的传动系统设计224.1.设计方案224.2电机的选择与计算234.3齿轮副的计算与校核244.4传动轴的设计与校核254.4.1传动轴的设计264.4.2传动轴的受力分析与强度校核294.5轴承设计335 结论

10、与展望345.1结论345.2 展望34参考文献35致谢361绪论1.1设计研究现实背景及意义现代社会发展迅猛，人们生产水平不断提高，消费能力也逐渐上升，咋一看我们似乎过上了温馨舒适的生活，然而，当我们走进城市边缘地区，发现垃圾堆成山的问题，极端天气也慢慢增加，城市的环境与社会主流价值的绿水青山也仍有差距。许多国家每年会产生无法估量的垃圾，而还有利用价值，能够二次使用的垃圾产生的价值大约300亿元。所以将垃圾回收利用，实现循环经济，创造财富刻不容缓。都说垃圾只是放错地方的资源，而我们应该怎么利用好这种“资源”，怎么在我们的日常生活背景上，将我们的垃圾桶进行改造，成为一个能够将不同垃圾识别，分类

11、，压缩，打包，最终方便环保工人收集，减少工作量，提高资源利用率。所以我们需要从日常生活的垃圾中，进行初步的分拣打包，将可以利用，能够产生价值的“资源”挑选出来，实现自动化，减少环卫工人的工作量，高效利用人力资源，实现垃圾回收的标准化，智能化，产业化，跟上21世纪时代的要求，跟上政策的要求。1.2国内发展及研究现状1.2.1垃圾自动分类处理机的研究现状近年来，全球化的发展，各种资源，各种垃圾慢慢增加，人们的消费水平提高，对于垃圾降解，垃圾危害存在认识误区，没有系统的认识到其中的利于弊，没有从我们现实生活出发，解决以上的问题，人们设计了各种各样的智能生活垃圾自动分类机，虽然样式各种各样，但是细看实

12、现的功能大同小异。有符合人因工程的智能垃圾桶，从外观造型，避免用手接触垃圾桶，自动感应，分拣识别垃圾类型，压缩过滤，自动封袋换袋等各方面尽量改善现有存在的问题；有基于红外感应的垃圾分类机设计；有能够将垃圾分类，识别后进行筛选，选出不同类型垃圾，找出其中可以利用的资源，发明出一款可以自动感应，分类和打包的新型产品；有基于单片机，利用C语言，实现达到控制目的的垃圾分类机；有以家庭生活为中心，设计构想一种自动换袋的垃圾桶，将垃圾的打包更换等一系列动作实现无人工操作；有利用芯片编程技术以及拉曼光谱来发明创造一款新型垃圾分类机，通过对不同垃圾的非弹性散射的散射光都有各自的原理的垃圾分类 ；有利用正交旋转

13、组合原理方法对传动机构的运动及机械参数进行改善，实现分类垃圾目的的垃圾分类产品。以上种种均是针对我国垃圾处理不规范的问题而设计出的各种产品，均有很大的学习利用价值，为此，可以在此基础上设计出一种可用于生活，校园，社区等实用性垃圾自动分类机。1.2.2垃圾自动分类处理机的传动系统设计的研究现状根据不同的要求，实现不同功能，环境的不同，研究方向不同，人们创造出了各种以不同的传动系统，机械结构的垃圾分类设计。有以气动系统作为传动系统的（全自动智能垃圾桶设计浅谈）；有选择合适的步进电动机作为系统运作的动力供给（一种垃圾自动分类处理器的结构设计）；有以电动机通过齿轮带动履带运动和电动机通过蜗轮蜗杆带动皮

14、带运动的传动系统设计(环保型自动垃圾桶设计简析)；有通过液压缸带动控制系统运作的；有通过太阳能板吸收太阳能带动机械板滑动达到垃圾分拣目的的传动系统（智能垃圾分拣箱的设计）；有利用经典的 STC89C51 型单片机，将压力传感器和温度传感器得到的结果进行输入分析，控制电动机传递，实现垃圾自动分类机感应开合、识别分拣、压缩存储等主要功能的传动系统设计（基于单片机的智能垃圾桶的设计）。参考以上的传动系统设计，可以根据本设计的要求与现状，挑选出合适的传动系统设计。1.3课题主要研究内容 本次研究通过查阅相关的文献并对垃圾分类处理进行现场调查，以“垃圾自动分类处理的传动系统”为背景进行设计，主要内容包括

15、：（1）本课题研究的传动系统设计是由工作机，传动系统以及电动机三部分组成。电机主要提供动力，而传动系统的作用是将电动机上的运动和力转化为符合工作机构的运动，最终工作机实现执行动作。换句话说，就是一台有了基本模样的机器上，注入灵魂，注入动力，使它成为一个真正智能的垃圾分类机，实现通电之后机器能够投入到社会的使用中。（2）本设计主要研究的机构为：分拣机构。而分拣机构主要通过对以下部分去研究计算：传送机构和执行机构。（3）皮带传动：皮带传动简而言之就是通过皮带来带动机构运动，此次传动机构采用皮带传动。本设计通过主动轮，从动轮，皮带结合并张紧一起共同工作。通过主动轮传动轮与皮带相互之间的摩擦，可以输送

16、工作机的运动做功。皮带传动机构是，让一个电机带动轴通过皮带去带动另外一根轴，皮带转动运用在两轴(工作机与电动机)之间输送运转。因为皮带的材质比较柔软，能够吸收振动、抗震能力强，输送稳定。皮带传动没有复杂的机构，价格实惠，容易平常的打理，因此非常适合用于垃圾的运送。齿轮传动：齿轮传动机构是执行机构的传动机构。步进电机运动旋转，电机轴带动齿轮，齿轮啮合传动，传递运动与力，再带动分类旋转挡臂左右摆动，从而推动垃圾掉落，实现垃圾分类功能。（4）对垃圾分拣机构工作情况的受力情况计算设计分析，并且对主要的零件进行强度校核。（5）垃圾自动分类处理机，它的目的是方便人们日常检测分类处理垃圾，循环丢弃的垃圾财富

17、。课题研究中设计了皮带传动、齿轮传动等其他通过电机带动工作机的传动机构，加上需要的各种传感器，通过常用的STC89C51单片机微型计算机，对各种采集的信号收集利用并发布到运动机构，使得步进电机传递运动和力到传动机构中，大体上完成了垃圾自动分类机的初衷：识别分拣功能。 课题研究主要从电源模块，分拣机构的传动系统设计展开研究。1.4课题主要研究方法这次设计主要是通过到实地搜集与上网查找文献，通过了解二者不同的方案，通过查阅相关的书籍和文献，了解垃圾自动分类处理机的发展情况，并弄透现有的垃圾自动分类处理的原理和参数结构，将搜集到的材料吸收整理，根据前人产品取长补短，提出更好的实现方案。到日常的环境中

18、，得到符合社会的数据，最终将以上的工作进行综合总结，设计出一款实用机器。课题主要研究电源模块选择，分拣机构模块。通过理论分析，查找资料，数据计算，设计出该机器分拣部分的传动系统机构。电源模块最重要的部分是确定合适的电机，其次再是减速器，联轴器等机构的考虑。挑选电动机需要考虑的，首先从电机的功率出发，之后通过需要运用到实际场景，最后得出合适的电动机的类型、功率、转动速率等。但如果要完美的适合条件的话，要另外计算的其他的要求的数据。分拣机构模块：投入垃圾进垃圾桶之后，垃圾随着皮带运动进入检测分类区，通过传感器检测，再通过传动机构机械结构运动推动垃圾到相应的垃圾分类箱中。针对垃圾识别分拣机构，课题主

19、要查找了皮带运输机构和挡板旋转机构的设计。单片机控制模块。此模块需要考虑通过合适的控制软件，如arduino，keil，等编程软件，根据需要实现的功能，进行编程仿真，进一步完善设计的可靠性和实践性。2总体设计全球化日益加速，人们生产出各种各样新型产品，垃圾的污染也越来越严重。全球人民开始对垃圾越来越多这种境况进行反思解决，不仅从填埋，销毁等普通对环境有危害的方面进行思考，而且利用现有的科学水平，设计一些使用对垃圾合理处置的机器。思考了国内的形势以后，对设计有了一个初步的轮廓。此次设计的垃圾自动分类处理机传动系统的总体设计主要围绕以下几方面展开研究设计：1. 传送机构的传动方案设计2. 执行机构

20、的传动方案设计根据日常生活中的垃圾情况，课题大致从厨余垃圾，塑料，金属，玻璃，纸张，其他这六类去讨论。通过设计出这个机构，本设计主要实现以下功能：垃圾检测分类功能，垃圾投放功能。以上的功能，能够实现日常生活中，人们扔垃圾中遇到的大致问题。而本论文的主要目的就是将实现以上的传动机构传动系统设计出来，通过设计出合理的传动机构，使垃圾自动分类处理机实现自动分类的便捷人性化作用。传动系统的设计根据经验得出以下要求：运动正常无干扰，不轻易受外界干扰；工作效率需高效；结构设计不宜复杂，容易设计生产；抗载能力强，能够长期使用；使用合理的润滑带动和封闭；设计出恰当的无极变速。2.1运动机构总设计该垃圾自动分类

21、处理机传动系统的设计由以下组成：1. 传送机构中的皮带传动机构。2. 执行机构中的齿轮传动机构。传送机构中的皮带传动系统主要由电机，V带，主动轮，从动轮，滚筒，联轴器，传动轴，滚动轴承，减速齿轮，输送带等零部件组成，具体的传动方案是接通电源，通过电机输出轴转动带动主动轮，而主动轮带动V带运动，从而带动从动轮，从动轮将转矩传递到圆柱齿轮减速器，经调整速度后，再将运动通过联轴器传动到滚筒，最终实现输送带的运动，带动垃圾。执行机构中的齿轮传动系统主要由电机，大小齿轮，传动轴，轴承，分类旋转挡臂等零部件组成，具体的传动方案是接通电源，通过电机转动，将力传递到小齿轮，而小齿轮与大齿轮之间通过啮合传动，将

22、运动从传动轴传到分类旋转挡臂，最终分类旋转挡臂摆动推动垃圾到相对应的垃圾箱中。当平常行人扔入一袋日常生活中的垃圾袋，此时，垃圾自动分类处理机的红外感应器感应到垃圾，此时通过程序的控制，输送带开始运动，图像识别机构也开始运动，将识别到对应的垃圾，通过挡板分拣机构推到对应的分类垃圾箱内，以此类推。以上是垃圾自动分类处理机的分拣机构如何工作，如何实现每个机构功能，如何将电机上的运动通过传动机构，传递到每一个不同环节机构中，如何运行的一个基本流程，是本次论文围绕设计的基础，通过设计出合理的传动机构，实现机器的正常运行。2.2分拣机构传动系统流程图2.1分拣机构传动系统流程3 传送机构的传动系统设计 分

23、拣机构的传动系统设计主要是为了实现将垃圾袋中的垃圾检测识别后，分别投放到相应类型的垃圾箱中的功能。当一袋垃圾袋投放到垃圾自动分类机中，机器开始运作。红外感应器感应到有垃圾的投放，皮带开始带着垃圾运动，分类旋转挡臂上的图像识别机构对皮带上的垃圾进行识别，当对应的垃圾箱识别到对应的垃圾时，如塑料垃圾箱检测到塑料袋时，分类旋转挡臂进行摆动，将塑料袋推进垃圾箱里，其他类型的垃圾根据同样的工作原理进行检测分类投放。3.1分拣机构工作流程图3.1设计方案传送机构选用皮带机构主要是因为垃圾传送需要平稳且工作要求不高，能够将电机输出轴的转动变成输送带的运动，带动垃圾的水平方向的移动。皮带传动非常适宜两轴平行以

24、及转向一样的工作环境，因此非常适用于垃圾的传送，主要结构是主动轮，传动轮和V带等等。带传动的优点是挠性良好，能够进行缓冲，减少振动，同时结构不复杂，价格不高，方便维修问题。但是因为电机的速度与输送带的工作速度存在差距，所以机构的设计需要添加一级圆柱齿轮减速器。首先电机通过电机轴旋转，传递转矩到主动轮，主动轮通过皮带运动传递到从动轮，从动轮再将转矩传递到一级圆柱齿轮减速器，经减速器分配传动比调整速度后，通过联轴器传递转矩到滚筒，最终滚筒转动带动输送带，实现垃圾的带动。3.2 传送机构运动简图3.2电机的选择与计算1. .步进电机是市面上非常常见的电机，同时启停和反向响应非常强劲与合适。并且结构相

25、对而言没那么复杂，价格比较适合大众。不过步进电机的输出转矩的特点是随着转速作相反变动，因此大部分的转速在 0800RPM，而且超载产生丢步现象。同样的，伺服电机的机器控制方式跟步进电机有相同之处，不过在性能等其他方面有很多不同。它控制精度能够达到较高的水准，而且在2000RPM 转能够输出恒转矩，拥有过载的能力。这样看来，后者似乎比前者优秀，实际上前者过去昂贵，导致不太合适。 因为本设计皮带传动结构的扭矩和转速较小，所需的各方面要求不高，为了降低装置的成本，因为考虑到行人经过丢垃圾的频率，不用连续工作，综合考虑选用步进电机较为合适。首先计算工作机的功率=FV/1000=127.6*1/1000

26、=0.1276kwF-输送带的工作拉力，根据计算得出127.6N,V-输送带的工作速度，取1m/s，传动装置的总效率：=1233vw=0.868查机械设计基础第十一章得到：联轴器1=0.99, 滚动轴承2=0.9, V带v=0.96, 一级圆柱齿轮3=0.97, 工作机w=0.97。电动机所需的功率为： Pd=Pw/总=0.1276/0.868=0.147KW工作转速为：nw=60*1000*v/（*D）=60*1000*1/500=38.22r/min其中D为滚筒直径，选用500mm。根据机械设计基础第十一章得到V带传动比是：24，一级圆柱齿轮是：35，进而通过计算得到传动比数值：620。计

27、算得到步进脉冲的周期：T=60/（360*i*n）=0.000017361秒可选择的电动机转速范围为nd=ianw=(620)38.22=229764r/min。根据前面的计算数据，查找机械设计基础电机选择表得到电机型号为：57BYG76型号的两相混合式步进电动机，电机的数据是：额定功率是Pen=0.2kW，满载转速是nm=740r/min，同步转速是nt=750r/min。图3.3电机的二维图2. 传送机构的总传动比和分配传动比（1）总传动比的计算根据前文的电机型号选择，满载转速740nm以及工作机主动轴转速38.22nw，得机构总传动比为：Ia=nm/nw=740/38.22=19.36（

28、2）对各传动装置传动比进行分 这里根据需要普通V带的传动比：iv=4， 而一级减速装置计算得出的传动比为：i1=ia/iv=4.63.传送机构运动及动力参数计算（1）电动机输出参数：Po=0.147kwn0=nm=740r/minT0=9550*p0n0=9550*0.147740=1.91N.m(2)高速轴的参数：p =p0*v=0.147*0.96=0.141kwn=n0i0=7404=185r/minT =9550*p n =9550*0.141185=7.28N.m(3)低速轴的参数：p=p *2*3=0.141*0.99*0.97=0.135kwn=n i =185 4.6 =38.

29、22.r/minT =9550*p n =9550*0.13538.22=33.73N.m（4）工作机的参数：p=p *122*w=0.135*0.99*0.99*0.99*0.97=0.127kwn=n=38.22r/minT =9550*p n=9550*0.12738.22=31.88N.m根据以上计算，综合列出下表。表3.1动力参数表轴名称转速n/(r/min)功率P/kW转矩T/(Nm)电机轴7400.1471.91高速轴1850.1417.28低速轴38.220.13533.73工作机38.220.12731.883.3 V带的设计计算（1）计算功率Pc查机械设计手册表13-9，根

30、据工作时间和载荷，得出KA=1，故Pc=KA*p=1*0.147=0.147kwKA-工作情况系数，P-传动的额定功率。（2）根据表来取V带型号通过前面的计算得到Pc=0.147kw，n0=740r/min，翻阅机械设计基础的第十三章表13-15选用Z型。图3.4普通V带选型图（3）求大、小带轮基准直径d2、d1查机械设计手册图13-15选型图，因传动比不大，取d1=70mm，大带轮的d2=（n1n2）*d1*(1-)=(740185)*70*(1-0.02)=270mm，查机械设计手册表13-10取d2=250mm，转速n2=n1*d1*1d2=740*70*10.02185=274r/mi

31、nn=|n2n2n2|*100%=|274270274|*100%=1.45%120，合适（7）求V带根数z由机械设计手册式（13-14）得，Z=，因为n1=740r/min，d1=70，翻阅机械设计基础书上第十三章表13-4，求出 P0=0.1kw，翻阅机械设计基础第十三章中的式（13-8）求出传动比，i=d2d1(1)=27070(10.02)=3.91，翻阅机械设计基础第十三章的表13-6求出P0=0.02kw，通过1=124来翻阅机械设计基础第十三章的表13-8求出K=0.97，同样，通过表13-2得KL=1，由此可得Z=0.1470.1+0.020.971=1.52,选用2根（8）计

32、算在带轮轴上的压力FQ翻阅机械设计基础第十三章中的表13-1求出q=0.06kg/m，同样，通过式（13-16）得单根V带的初拉力F0=500pczv(2.5Ka-1)+qv=5000.14725.1（2.50.97-1）+0.06*5.1=13.22N作用在轴上的压力Fq=2*z*F0*sin(a12)=2*2*13.22*sin(1242)=46.88N表3.2 齿轮参数表带型AV带中心距495mm小带轮基准直径70mm包角124大带轮基准直径270mm带长1612mm带的根数2初拉力13.22N带速5.01m/s压轴力46.88N3.4带轮结构设计（1）小带轮的结构设计表3.3 V带轮的

33、轮槽尺寸 翻阅机械设计基础第十一章手册，可以容易得到小带轮的轴孔直径d=33mm， 但是因为小带轮dd1=70 带轮直径相对来说不大，因此这里的小带轮结构选用实心式。因此小带轮尺寸如下：d1=2*d=2*33=66mmda=dd+2*a=70+2*2.75=75.5mmB=(z-1)*e+2*f=(2-1)*12+2*7=36mm，L=2.0d=66mm图3.5 小带轮二维图（2）计算设计大带轮的结构 翻阅机械设计基础第十一章，可以容易得到大带轮的轴孔直径d=30mm， 但是因为大带轮dd2=270mm，因此这里选用腹板式较为合适。根据上面的计算得出大带轮尺寸数据：d1=2*d=2*30=60

34、mmda=dd+2*a=270+2*2.75=275.5mmB=(z-1)*e+2*f=(2-1)*12+2*7=36mmC=0.25*B=0.25*36=9mmL=2*d=2*30=60mm图3.6大带轮CAD二维图3.5圆柱齿轮传动的设计计算（1）选择材料及确定许用应力 根据使用的工作环境，得出小齿轮选用40MnB，并通过调质处理，查机械设计基础中的表选择齿面硬度241286HBS，多方面进行考量得出疲劳强度的均值，Hlm1=721MPa，FE1=585MPa，同样地，翻阅机械设计基础得到大齿轮选用ZG35SiMn并通过调质处理，得出大齿轮的齿面硬度231259HBS，Hlm2=615MP

35、a，FE2=510，合理选择SH=1.1，SF=1.25，则H1=Hlim1SH=7201.1=655MPa，H2=Hlim2SH=6151.1=559MPaF1=FE1SF=5951.25=476MPa，F2=FE2SF=5101.25=408MPa（2）按齿面接触强度设计首先按照齿轮7级精度去计算设计。取载荷系数K=1.3表3.4载荷系数齿宽系数d=1表（11-6），小齿轮上的转矩取T=9.55106Pn=9.551060.141185=7278.641Nmm齿数取Z1=20，则Z2=iZ1=4.620=92。故实际传动比：i=9220=4.6。取ZE=189.8MPa，（表11-4），u

36、=i=4.6d12.323KT1du+1uZEH2=2.3231.37278.64114.6+14.6189.85592=27.29mm模数：m=d1z1=27.2920=1.41mm，齿宽：b=dd1=27.29mm，取b1=55mm ，b2=50mm， 按表4-1取m=2mm，实际的d1=mz1=220=40mmd2=mz2=292=184mm则中心距：a=m2z1+z2=m220+92mm=112mm。（3）验算轮齿弯曲强度齿形系数：YFa1=2.6，YFa2=2.16，YSa1=1.595，YSa2=1.81F1=2KT1YFa1YSa1b2d1m=21.382567.712.61.5

37、9570652.5=78.26MPaF1=476MPaF2=F1YFa2YSa2YFa1YSa1=78.262.161.812.61.595=7378MPaF2=408MPa（4）齿轮的圆周速度v=d1n601000=40185601000=1.02ms， 可知选用7级精度是合适的。3.6传动轴的设计和强度计算与轴承的选择（1）高速轴设计计算1）翻阅机械设计基础中第十四章中的表14-1选用40MnB，并通过调质处理，根据书上经验要求硬度为280HBS，同样，许用弯曲应力为=70MPa。2)按扭转强度概略计算轴的最小直径表3.5常用材料值和C值由于高速轴受到的弯矩较大而受到的扭矩较小，故取C=1

38、12。dminC3Pn=11231.141185=18.11mm由于最小轴段截面上要开1个键槽，故将轴径增大5%。dmin=1+0.0518.11=19.11mm查表可知标准轴孔直径为20mm故取dmin=20。图3.7高速轴示意图3)高速轴和大带轮配合，翻阅机械设计基础第十一章中的表选择标准轴径d12=30mm，l12长度取l12=58mm。根据设计要求选普通平键，A型键，bh = 87mm，L=45mm。4)首先确定滚动轴承。由于轴承接受一下两个力径向力与轴向力，通过分析后选深沟球轴承。根据应用的场景d23 = 35 mm，翻阅机械设计基第十一章用深沟球轴承6208， dDB = 4080

39、18mm，所以d34 = d78 = 40 mm，根据计算得出挡油环的宽度12，则l34 = l78 = 18+12= 30 mm。根据机械设计基础书上第六章上查得6208型轴承的定位轴肩高度h = 2.5 mm，所以合理采用d45 = d67 = 45 mm。5) 因为本机构设计齿轮的直径较小，想要齿轮的强度足够的话，需要齿轮和轴做成一个齿轮轴。所以计算得出l56 = 75 mm，d56 = 84 mm。6)根据前面计算得轴承端盖厚度e=10，垫片厚度t=2，通过查找资料轴承端盖容易拆开，因此将轴承端盖的外端和带轮端面需要间隔开K=24，并且得出螺钉C1=22mm，C2=20mm，箱座壁厚=

40、8mm，则l23=+C1+C2+t+e+5+KB= 8+22 + 20 + 2+10 + 5 + 24 18 10 = 63 mm7)这里需要小齿轮离箱体内壁为1 =10 mm。同时箱体会有不准，进行轴承的位置选定时，两者相距，取 = 10 mm，所以这里挡油环宽度s1=12mm，则l45=l67=+1s1=10+1012= 8 mm通过以上计算得出下表。表3.6轴的参数表轴段1234567直径30354045844540长度586330875830（2）低速轴设计计算1)已知参数（前面计算所得）转速n=38.22r/min；功率P=0.135kW；轴所传递的转矩T=33.73Nmm。2)确定

41、轴的材料和许用弯曲应力翻阅机械设计基础第十四章中的表14-1选用45，通过调质处理，得出硬度参数240HBS，许用弯曲应力参数是=60MPa。3)通过扭转强度粗略计算出轴的最小直径因为低速轴弯矩相对小但扭矩相对大，所以这里C=112。dminC3Pn=11230.13538.22=12.57mm由于最小轴段截面上要开1个键槽，故将轴径增大7%。dmin=1+0.0712.57=13.45mm查机械设计手册表可知标准轴孔直径为20mm故取dmin=20。图3.8 低速轴CAD二维图4)设计需要使得轴直径和联轴器孔径能够对应上，所以需要选择合适的联轴器。通过计算出它的转矩Tca = KAT，并翻译

42、机械设计基础第十五章中的表，同时避免振动，故取KA = 1.3，则:Tca=KAT=61.56Nm因为联轴器公称转矩需要比联轴器转矩的大，通过翻阅教材，得到LX3型联轴器比较适合。容易得到半联轴器的孔径大小80mm，而同样考虑到半联轴器需要轴配合的毂孔长度112mm。因此普通平键比较合适，具体选择A型键，bh = 149mm，L=100mm。(3)滚动轴承进行选择。1)首先考虑到轴承需要同时有径向力和轴向力这两个力，所以深沟球轴承较为合适。通过对工作场景分析d23 =53 mm，由轴承产品目录中选择深沟球轴承6211，其尺寸为dDB = 5510021mm，故d34 = d67 = 55 mm

43、。2)首先应该计算齿轮处的轴段d45 =58mm；根据前面的计算数据大齿轮轮毂的宽度B =70mm，这里需要将挡油环端面进行压紧齿轮，所以轮毂宽度粗略大于轴段l45=68 mm。而同样地齿轮的右端运用轴肩定位，可以计算得出高度为h = (23)R，这里取h=5 mm，从而求得轴环处径d56 = 68 mm。又因为轴环宽度b1.4h要求，所以求得l56=7mm。3)翻阅机械的教材求垫片厚度t=2，以及同样求出轴承端盖厚度e=10，因为轴承比较容易拆开来，所以需要联轴器端面和轴承端盖的外端面保持的间隔为K=24，根据设计计算得出螺钉C1=22mm，C2=20mm，同样的求得箱座壁厚=8mm，则l2

44、3=+C1+C2+t+e+5+KB=8+22+20+2+10+5+242110 =60 mm4)通过计算得到大齿轮相隔箱体内壁的长度为2=12.5 mm，同时因为箱体的工艺制造不准，所以轴承需要与箱体内壁保持长度=10 mm，根据前面的计算数据宽度B =21mm，则l34=B+2+2=21+10+12.5+2=45.5 mml67=B+2l56=21+10+12.57=36.5 mm根据上述的计算得出下来表格。表3.7低速轴参数表轴段123456直径485355586855长度1126045.568736.5（3）轴的受力分析和按扭转强度校核轴的强度1）高速轴1.受力分析 列公式计算出小齿轮所

45、受的圆周力Ft1=2Td1=27278.64140=3347.86N 小齿轮所受的径向力Fr1=Ft1tan=3347.86tan20=1218.52N 翻阅机械设计基础第十一章得6208深沟球的压力中心a=9mm 列公式计算出第一段轴中点到轴承压力中心距离:l1=L12+L2+a=582+63+9=101mm 列公式计算出轴承压力中心到齿轮支点距离:l2=L3+L4+b12a=30+8+7529=66.5mm 列公式计算出齿轮中点到轴承压力中心距离: l3=l2=66.5mm a.计算轴的支反力 高速轴上外传动件压轴力Q=-1476.14 水平支反力FNH1=Ftl3Ql1+l2+l3l2+

46、l3=3347.8666.5（1476.14）101+66.5+66.566.5+66.5=4271.05NFNH2=Ftl2+Ql1l2+l3=3347.8666.5+（1476.14）10166.5+66.5=552.95N 垂直支反力FNV1=Frl3l2+l3=1218.5266.566.5+66.5=609.26NFNV2=Frl2l2+l3=1218.5266.566.5+66.5=609.26N b.计算轴的弯矩，并做弯矩图 截面C处的水平弯矩MH1=FNH1l2=4271.0566.5=284024.82Nmm 截面B处的垂直弯矩MBH=Ql1=1476.14101=14909

47、0.14Nmm 截面C处的垂直弯矩MV1=FNV1l2=609.2666.5=40515.79NmmMV2=FNV2l3=609.2666.5=40515.79Nmm根据上面的计算，分别作水平面的弯矩图（图3.9b）和垂直面弯矩图（图3.9c）MB=MBH2+MBV2=149090.142+02=149090.14Nmm截面C处的合成弯矩M1=MH12+MV12=284024.822+40515.792=286900.03NmmM2=MH12+MV22=284024.822+40515.792=286900.03Nmm作合成弯矩图（图3.9d）根据前文计算可得扭矩：T=130566.41Nmm

48、，并绘出扭矩图（图3.9e）图3.9 高速轴受力分析和弯扭、扭矩图 2.校核轴的强度 通过分析知道C右侧的弯矩相对高，同时存在转矩，所以得出C右侧是分析的危险剖面 列公式计算出其抗弯截面系数为W=d332=45332=8941.64mm3 抗扭截面系数为WT=d316=45316=17883.28mm3 最大弯曲应力为=MW=286900.038941.64=32.09MPa 剪切应力为=TWT=130566.4117883.28=7.3MPa 按弯扭合成强度进行校核计算，因为转矩是一个方向的，所以转矩需要对称应力来循环处理，查机械的教材得出折合系数为=1，根据列式得到当量应力ca=2+42=

49、32.092+417.32=35.25MPa 翻阅机械设计基础得到40MnB材料，使用调质处理方法，同样的查阅得到抗拉强度极限B=750MPa，因此得出轴的许用弯曲应力1b=70MPa，ca-1b，因此强度是在范围之内的。2）低速轴1.轴的受力分析列公式计算大齿轮所受的圆周力Ft2=2Td2=250889.43315=3231.07N大齿轮所受的径向力Fr2=Ft2tan=3231.07tan20=1176.01N根据6211深沟球查手册得压力中心a=10.5mm列公式计算轴承压力中心到第一段轴支点距离:l1=L12+L2+a=1122+60+10.5=126.5mm列公式计算齿轮中点到轴承压

50、力中心距离:l2=L42+L3a=682+45.510.5=69mm列公式计算轴承压力中心到齿轮支点距离:l3=L42+L3a=682+45.510.5=69mma.计算轴的支反力水平支反力FNH1=Ftl3l2+l3=3231.076969+69=1615.54NFNH2=Ftl2l2+l3=3231.076969+69=1615.54N垂直支反力FNV1=Frl3l2+l3=1176.016969+69=588NFNV2=Frl2l2+l3=1176.016969+69=588Nb.计算轴的弯矩，并做弯矩图截面C处的水平弯矩MH1=FNH1l2=1615.5469=111472.26Nmm

51、截面C处的垂直弯矩MV1=FNV1l2=58869=40572Nmm通过计算后用CAD画出两个面的弯矩图（图3.10b和图3.10c）列公式计算出截面C处的合成弯矩M1=MH12+MV12=111472.262+405722=118626.1Nmm根据计算合成弯矩图（图3.10d）根据前面的计算得出轴的扭矩： T=508893.43Nmm，并绘出扭矩图（图3.10e）图3.10 低速轴受力分析和弯扭、扭矩图 2.校核轴的强度根据工作场景分析C右侧的弯矩相对高，同时存在着转矩，所以可以得出C右侧是一个危险剖面列公式计算出其抗弯截面系数为W=d332=58332=19145.37mm3 抗扭截面系

52、数为WT=d316=58316=38290.73mm3 最大弯曲应力为=MW=118626.119145.37=6.2MPa 剪切应力为=TWT=508893.4338290.73=13.29MPa 根据书上介绍的方法通过弯扭合成强度来，因为转轴是单向的，所以转矩通过脉动循环来设计，最后得出折合的系数为=1，可以列出公式计算当量应力ca=2+42=6.22+4113.292=27.29MPa 查找机械设计基础的资料得到45是比较合适的，并通过调质，查表得到抗拉强度极限B=651MPa，通过可以的到轴的许用弯曲应力的数据为-2b=60MPa，ca-2b，易得强度是在合适的范围的。4执行机构的传动

53、系统设计4.1.设计方案执行机构选用齿轮传动机构主要是因为日常机械设备使用较广泛，效率高，结构紧凑，工作稳定，通过它来改变挡板的速比和运动方向。执行机构的设计方案是挡板分拣机构，该结构利用了步进电机能够较准确地输出一定旋转角度的特点。单片机根据图像识别模块检测信号，步进电机的通过齿轮啮合传动，带动旋转挡臂摆动，将垃圾投入不同的桶中，从而实现垃圾分类功能。对比其他机构，挡板分拣机构具有分类效率高、零部件不复杂等特点，通过分析得出非常符合此产品的工作场景要求，不过因为步进电机存在不是特别准的缺点，所以通过稍稍改良，能够达到设计要求。最终采取挡板分拣机构。执行机构的功能是使分类旋转挡臂摆动，推动垃圾，对传动机构进行分心后，原动机通过电机提供动力，不过需要控制装置外在尺寸不能特别大，同时结构必须紧密配合,传动比较高效，首先电机轴通过与两个齿轮连接，然后齿轮啮合，从而将运动传动到分类旋转挡臂，实现摆动，并且尽量减少机构摆动产生的摩擦力。根