机械创新设计论文

机

械

创

新

设

计

班级:机械2104

姓名:韩杰

学号:3102101441

落叶清理机的设计

摘要:该落叶清理器主要用于对道路旁的落叶进行清扫,该机器操作维护方便,

便于工人使用,其结构需简单,可靠性好,清扫机构可调节。

该机器在整体方案上采用三轮传动形式,通过前轮的旋转来带动整个机构的运动。清扫功能实现形式确定为扫把运动方向与机器前进方向相同。扫把环绕工作轴成星形布置(放射状),工作轴与车轮所在轴平行。落叶收集方式确定为扫把成环状布置在一根轴上,环轴一圈扫把逐渐增长,通过轴旋转,扫把一点点地将落叶送上斜坡,由最长的那根扫把将落叶弹入垃圾箱。传动的方式采用的两轴间的带传动。改机器的设计适用于各种道路的落叶垃圾等的清理,有着很高的应用前景。

1.设计背景

目前路面上的清洁车基本都就是用吹吸式或冲水式来清除垃圾,只能在大路中间行驶,清洁范围有限。路边或小路上等无法用清洁车清扫的地方,只能依靠工人手工清扫垃圾,劳动量大且效率低。所以有必要开发一种小型清洁机器,以减少工人劳动量,同时提高效率。

2.方案设计选择

该机器应具备以下特点:

1、结构简单。因就是小型清洁机器,要求成本低,操作维护方便,便于工人使用,其结构需简单,可靠性好。目前国内虽然已有同类机器,但其结构偏复杂,成本高,无法推广使用。

2、清扫机构可调节,即清扫时该机构工作,不清扫时该机构不工作,以免做无用功。

在以上分析的基础上,对机器各部分方案进行设计。

1、整体方案的设计,即机器的整体结构形式(外观)的确定。有两种方案可供选择:

(1)、机器为四轮车形式,由人推动或机车拖动。清扫的动力来源为前轮与地面的摩擦力。前轮旋转,带动前轮所在轴旋转,再带动工作轴旋转,扫把旋转,完成运动。

(2)、机器为三轮车形式,由人力驱动。清扫的动力来源为人蹬脚踏板的力。人蹬脚踏板,带动后轮运动,再将后轮运动传递给工作轴,扫把旋转,完成运动。

对方案(1)(2)进行比较:

方案(1):

优点:仅有一个传动(从前轮所在轴到工作轴),结构简单,紧凑。若机器自备动力源,通过一定方式控制机器运动,还可实现自动清扫。

缺点:动力来源不稳定,可能会使机器无法正常工作。而且要产生足够大的摩擦力,机器自重必须足够大。

方案(2):

优点:动力来源稳定,可直接在现有三轮车基础上进行改装,成本低。因就是骑行,效率较手推车高。

缺点:结构尺寸相对较大。

方案(1)动力开源问题难以解决,方案(2)虽然结构尺寸较大,但相对来说,其稳定性好,效率高。最终选择方案(2),同时选定动力源为人力。

2、清扫功能实现形式的确定

因就是小型清洁机器,考虑到动力及成本,选择清扫功能实现形式为:通过扫把与地面的相对运动,将落叶(垃圾)扫起。主要运动为旋转运动。有以下两种方案:

(1)、扫把运动方向与机器前进方向相同。扫把环绕工作轴成星形布置(放射状),工作轴与车轮所在轴平行。扫把与地面相对运动,将落叶扫起。

(2)、扫把运动方向与机器前进方向交错。扫把均匀布置在一盘状物体周围,盘状物体与地面平行,通过盘装物体旋转,扫把与地面相对运动,将落叶扫起。

分析方案(1)(2)的优缺点:

方案(1)结构简单,清扫功能易实现,但清扫能力有限,即可能清扫的不彻底。

方案(2)清扫能力强,但就是就是交错传动,需借助圆锥齿轮或涡轮蜗杆来实现,结构较复杂,会增加机器成本,而且效率较低。

考虑到机器清洁的主要就是落叶或其她片状体,不需要较强的清扫能力,故选方案(1)。

3、落叶收集方式的确定

收集容器为一放在车后的垃圾箱。需确定的就是如何将落叶由地面送入垃圾箱。有三种方案:

(1)、通过一传送机构。将落叶扫到传送机构上,再由传送机构将落叶送入垃圾箱。需另设一条传送链,结构复杂,成本高。

(2)、将扫把成环状布置在两个滚筒上,滚筒转动,则扫把连续地将落叶扫入垃圾箱,如下图所示:

此方案可行性好,传输平稳,但结构稍显复杂。

(3)、扫把成环状布置在一根轴上,环轴一圈扫把逐渐增长,通过轴旋转,扫把一点点地将落叶送上斜坡,由最长的那根扫把将落叶弹入垃圾箱。

此方案结构简单,容易实现。但最短扫把对落叶的清扫会受到最长扫把的限制,因最长扫把与地面接触时被压弯,最短扫把可能扫在它的上面,不能与地面接触,只有通过增加两扫把

之间的距离才能解决。同时最长扫把将落叶弹起时会产生灰尘,传送过程不平稳,但不影响机器正常工作。

综合考虑,选择方案(3)

4、传动方案的选取

主要传递的就是运动,且就是在两平行轴之间传递,可选的传动方案有:

(1)、带传动。虽然传动平稳,但不适合低速传动,且要求有一定的初拉力,不合适。

(2)、齿轮传动。传动比稳定,效率高,但制造及安装精度高,价格较贵,且不宜用于传动距离过大的场合,不合适。

(3)、链传动安装精度低,可在恶劣环境下工作,可用于远距离传动。虽然瞬时传动比不恒定,但不影响本机器工作。

最终选择链传动。

至此,机器的方案设计完成。其三维图如下:

3. 各部分零件的具体设计及参数选定

3、1 传动件的设计,参数选定

1、脚踏板到后轮轴的传动

可直接利用三轮车上原有的链轮传动。大链轮齿数为38,分度圆直径为200mm,飞轮齿数为23,分度圆直径为121mm 。大链轮与飞轮中心距为1000mm 。

2、后轮轴到工作轴的传动

链轮轮齿要有足够的耐磨性与强度。因小链轮的啮合次数较大链轮多,所受的冲击也较大,故小链轮应采用较好的材料制造。

人正常骑行速度约为5m/s,车轮直径为700mm,后轮轴转速为0510*******.4/min 700n r π

⨯=⨯=,则主动轮转速为 10136.4/min n n r ==

设计时必须保证工作轴转速高于后轮轴转速(扫把与地面的相对速度必须大于零,才可将落叶扫起)。考虑到链条传动的多边形效应,取扫把与地面的平均相对速度为0、5m/s,以保证任意时刻扫把与地面的相对速度均大于零。