(完整)自动墙壁清洗机毕业设计
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(和估计值接近）
使用系数KA由表12。9，,
动载系数Kv,由图12.9,
齿间载荷分配系数
由此得
齿向载荷分布系数 ，由表12。11,
载荷系数 ，
弹性系数 ,由表12。12，
节点区域系数 ，由图12.16，
重合度系数 ,由式12.31,因 故
螺旋角系数 ,
接触最小安全系数 ,由表12.14,得 (一般可靠）
该传动装置从电动机到工作机有三轴,依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴,则:
3。3.1各轴转速
式中: —为电动机满载转速，r/min；
、 、 —分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴转速，r/min；Ⅰ为高速轴,Ⅲ为低速轴。
3.3.2各轴功率
式中: Pd—为电动机输出功率,KW；
PⅠ、PⅡ、PⅢ—分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴输入功率,KW；
3。3.3各轴转矩
2方案评价与选择
2.1高楼外墙清洁机的结构和工作
现代高楼外墙自动清洗机的结构主要分为下面几种:
2.1.1设置于顶楼的支撑突梁
以下为一些常见的支撑突梁：
（1)固定式如图2.1所示：
（A)F型突梁（B）L型突梁
图2.1 固定式突梁
(2）活动式：
设有活动滑轨,如图2.2为一种滑轨：
图2。2 滑轨
滑轨式的作动情形如图2。3所示洗大楼窗户、外墙等外部结构，然而碍于在清洗大楼时清洗后废水的处理，清洗的效果、效率等等，目前市面上尚无自动的大楼洗墙机。
改革开放以来，随着我国经济的高速发展，高层式建筑如雨后春笋般的拔地而起。高楼外墙的外观保养和清洁成为楼宇管理不可缺少的一部份。有需求就由市场，高楼外墙的清洁必将成为一种经济效益高，前景广阔的行业。在中国,这种行业正在逐渐兴趣。我国高墙清洁主要采取两种形式.
有信息表明,十·五期间国家用于环境保护的投资将由九·五期间国民生产总值的1.5％翻倍增加至4％，同时还伴随以产业政策的优惠。所以，随着我国改革开放的不断深入,政府,公民的环保意识的不断加强,建筑表面清洁问题必将引起各方面的高度重视,建筑清洗行业必然具有广泛的发展前景，将产生巨大的经济效益和社会效益.
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。14， ,
载荷系数 ，
弯曲疲劳极限 ，由图12。23c， ,
弯曲最小安全系数,由表12。14,
应力循环次数 ,
弯曲寿命系数 ,由图12。24, ，
尺寸系数 ,由图12。25，
许用弯曲应力
验算
传动无严重过载,故不做静强度校核。
图2.3 滑轨式的作动情形
滑轨有多种形式如图2.4所示：
A。水平式滑轨 B。自走平台 C.垂直式滑轨
图2。4 多种形式的滑轨
直接将大型起降车设置于顶楼，方便随时清洗,亦有助施工维修，但成本高昂且占空间。
2.1.2支撑缆绳
缆绳能承受高度张力，目前专用缆绳就可达到需求。
2.1.3乘载用挂笼
小型挂笼如图2.5所示:
建筑表面清洗主要包括外墙清洗和中央空调风管的清洗，目前外墙清洗是采用传统的“蜘蛛人”清洗，这是以牺牲生命为代价的非人工作,部分城市颁布了建筑表面清洗条例; 由于非典事件,公共卫生得到了高度的重视，特别是中央空调风管的清洗，最近有关中央空调的清洗条例很快出台；因此对于建筑表面清洗提供一个完备的解决方案，必然打破一个传统的产业格局，改变了人们的工作方式，用机器人清洗代替传统的人工清洗或无法清洗,是必然的发展趋势。
1。3研究现状
综观目前市面上可见的洗墙机，清洗方式主要还是以人工清洗为主，所以都是以挂笼垂降,再以人工方式清洗墙面；然而垂挂以及挂笼的升降方式便较具变化.传统的是人手清洁，用绳把人系住和定位,逐层清洁.这种方式人在半空吊来吊去的（好象攀崖运动员下山时那样），劳动强度高，效率低，因为主体是人，所以带有一定的危险性。
绕组型式：单层交叉
节距:1～9/2～10/18～11
槽数Z1/Z2:36/32
转动惯量/(kg·m^2): 0.0067
质量/kg：38
3.2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
式中: —电动机满载转速，r/min。
一般推荐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
总工作时间 ,
应力循环次数 ：
接触寿命系数 ,由图12.18， ，
许用接触应力 ：
验算
计算结果表明,接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无须调整.
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。21, ,
应力修正系数 ,由图12.22， ，
重合度系数 ,
根据任务书要求，一小时可以清洗墙面600-800平方米,考虑到结构简单,直接单向进给,故只考虑升降，而且要达到600—800平方米，所以要选用大型号的清洗刷。其结构如图3.1所示：
图3.1 清洗刷结构图
3。1运动学参数选定
初选卷扬机，根据GB/T 1995—2002，选用双卷快速快溜放卷扬机，额定速度为20m/min—25min，额定载荷为25KN.
附录1 外文文献翻译
附录2 外文文献原文
附录3 自动墙臂清洗机装配图 A0
附录4 自动墙臂清洗机零件图1A1
附录5 自动墙臂清洗机零件图2 A1
附录6 自动墙臂清洗机零件图3 A3
1引言
1.1清洗建筑表面的意义
随着人类社会的不断发展进步，城市规模不断扩大，城市建筑更加规范，完美.千姿百态的各式建筑，尤其是高层建筑外墙都用各种建筑材料进行装饰,如粘帖各色墙砖，瓷砖,马赛克，或涂上涂料，但是，自然界的风吹雨打，日光辐射，尘埃污染，以及一些人为或偶然事故等原因，一段时间过后，建筑表面都将不同程度地变得污浊灰暗，破旧不堪，在环境差的地区，污染或损坏还相当严重。建筑表面就像人身上的外衣，要保持清洁，就需要经常清洗，整理。为此，世界发达国家和地区，对保持建筑表面的清洁非常重视,并以法律的形式明确规定，每年必须定期清洗，否则将受到处罚.近年来，我国各级政府部门的环境保护意识已发生了很大改变，国内一些大，中城市，特别是旅游,开放城市,旅游景点，为保持建筑表面清洁，也制定出台了相应的法规，全国范围的卫生评比活动，把保持建筑表面清洁列为考核的重要指标之一，其中高层建筑的外墙，醒目，突出，自然也就成为检查的重中之重。
现代的机器人清洁，现代科技的发展，机器人代替人手工作是必然的趋势，在国外和我国的一些清洁公司已经采用了机器人来进行高楼外墙的清洁工作，但是这些机器人构造复杂，操作复杂，功能繁多(有些功能是很少用到或在某些场合不会用到）,造成成本高(如果是一些由人工智能的机器人就更加不用说了）和资源浪费的现象。针对这个问题，我们设计了一个操作简单，经济实用的高楼外墙清洁机器。
图2。5 小型挂笼
中型挂笼如图2。6所示：
图2。6中型挂笼
2。1.4动作马达
对于马达，一般来说有以下要求:
A。高扭力、低转速。
B。断电自动煞车。
C。机械煞车装置。
D.静定功能。
2.1。5升降结构
对于升降的结构，目前计划主要依现有一般市面上可见的机构加以改良，作为自动洗墙机的作动装置,装在楼顶的步进电动机带动卷桶控制钢丝绳的收放，使的刷子部分的执行机构能在高墙上纵向移动。在这里，选择卷扬机类似的机构,加以改进.
8级精度的一般齿轮传动效率：
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：
电动机至工作机之间传动装置的总效率：
所需电动机功率
由
，得
查表13-2，得圆柱齿轮传动单级传动比常值为3~5,故电动机转速的可选范围:
对Y系列电动机通常多选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机,故选用同步转速为1500r/min.
2。1.6清洗刷
考虑到刷子受到的摩擦力很小 ，刷子的转动动力由小电机提供,如图所示
刷子部分采用红外线测距。当墙上的玻璃窗等与墙的竖直距离不等时，刷子不能很好的清洗玻璃等凹或凸出来的部分.所以从机器采用红外线测距, 使刷子能更好的工作，即使有突出的墙沿,也可以通过机器自己调节(线圈产生的磁场和弹簧力来调节)
转矩T1,
齿宽系数 ,由表12.13,取
Ad值，由表12。16,估计 ，取
接触疲劳极限 ,由图12。17c，得
初步计算的许用接触应力 ：
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。6，选用8级
齿数Z1、模数 和螺旋角 :
，取Z2=105
,由表12。3，取
根据初选的卷扬机,则定清洗刷直径应500mm。
清洗刷与墙面的摩擦力
查机械设计手册得工程塑料的动摩擦因数在 之间，因为，清洗刷基本上靠自动压在墙面上,又要考虑到清洗干净，故选用动摩擦因数较大的工程塑料，选定其动摩擦因数为 ，估算清洗装置 ,故
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
选用Y100L2—4，额定功率3KW，满载转速1430r/min,电动机极数为4,轴伸尺寸 .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
刷子由一个独立的电动机带动。
为了使机器在刷子往返运动中,不会使机构左右摇摆，所以采用一些辅助机构来减少左右摇摆，如图所示,采用末端加有一个轮，此轮与墙接触。当机器向下运动时，轮与墙之间是滚动摩擦，使机器向下运动时,可以使机器与墙之间保持一定的距离，从而不会撞到墙或者玻璃，当墙左右摇晃时,这时，轮与墙之间产生滑动摩擦，对机器左右摇摆有一定的抑制作用。
还有一些辅助机构使得清洁机在墙上工作更加平稳。
2.2方案评价与选择
根据任务书的要求，结构简单，操作方便，投资小，成本低，安全可靠，工作效率高，故选用，水平式滑轨，支撑缆绳，小型挂笼，升降机构采用类似卷扬机机构，工作部，利用工作电动，经减速器减速，带动清洗刷转动,实现清洗功能。
3运动学及结构方案的确定
4传动零件的设计计算
4.1 第一级齿轮传动设计计算
因传动无严格限制,生产批量小,故小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB~286HB，平均取为260HB；大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB～286HB，平均取为240HB.齿轮采用非对称支承结构安装。计算步骤如下:
齿面接触强度计算
4.1.1初步计算
使用系数KA由表12。9，,
动载系数Kv,由图12.9,
齿间载荷分配系数
由此得
齿向载荷分布系数 ，由表12。11,
载荷系数 ，
弹性系数 ,由表12。12，
节点区域系数 ，由图12.16，
重合度系数 ,由式12.31,因 故
螺旋角系数 ,
接触最小安全系数 ,由表12.14,得 (一般可靠）
该传动装置从电动机到工作机有三轴,依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴,则:
3。3.1各轴转速
式中: —为电动机满载转速，r/min；
、 、 —分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴转速，r/min；Ⅰ为高速轴,Ⅲ为低速轴。
3.3.2各轴功率
式中: Pd—为电动机输出功率,KW；
PⅠ、PⅡ、PⅢ—分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴输入功率,KW；
3。3.3各轴转矩
2方案评价与选择
2.1高楼外墙清洁机的结构和工作
现代高楼外墙自动清洗机的结构主要分为下面几种:
2.1.1设置于顶楼的支撑突梁
以下为一些常见的支撑突梁：
（1)固定式如图2.1所示：
（A)F型突梁（B）L型突梁
图2.1 固定式突梁
(2）活动式：
设有活动滑轨,如图2.2为一种滑轨：
图2。2 滑轨
滑轨式的作动情形如图2。3所示洗大楼窗户、外墙等外部结构，然而碍于在清洗大楼时清洗后废水的处理，清洗的效果、效率等等，目前市面上尚无自动的大楼洗墙机。
改革开放以来，随着我国经济的高速发展，高层式建筑如雨后春笋般的拔地而起。高楼外墙的外观保养和清洁成为楼宇管理不可缺少的一部份。有需求就由市场，高楼外墙的清洁必将成为一种经济效益高，前景广阔的行业。在中国,这种行业正在逐渐兴趣。我国高墙清洁主要采取两种形式.
有信息表明,十·五期间国家用于环境保护的投资将由九·五期间国民生产总值的1.5％翻倍增加至4％，同时还伴随以产业政策的优惠。所以，随着我国改革开放的不断深入,政府,公民的环保意识的不断加强,建筑表面清洁问题必将引起各方面的高度重视,建筑清洗行业必然具有广泛的发展前景，将产生巨大的经济效益和社会效益.
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。14， ,
载荷系数 ，
弯曲疲劳极限 ，由图12。23c， ,
弯曲最小安全系数,由表12。14,
应力循环次数 ,
弯曲寿命系数 ,由图12。24, ，
尺寸系数 ,由图12。25，
许用弯曲应力
验算
传动无严重过载,故不做静强度校核。
图2.3 滑轨式的作动情形
滑轨有多种形式如图2.4所示：
A。水平式滑轨 B。自走平台 C.垂直式滑轨
图2。4 多种形式的滑轨
直接将大型起降车设置于顶楼，方便随时清洗,亦有助施工维修，但成本高昂且占空间。
2.1.2支撑缆绳
缆绳能承受高度张力，目前专用缆绳就可达到需求。
2.1.3乘载用挂笼
小型挂笼如图2.5所示:
建筑表面清洗主要包括外墙清洗和中央空调风管的清洗，目前外墙清洗是采用传统的“蜘蛛人”清洗，这是以牺牲生命为代价的非人工作,部分城市颁布了建筑表面清洗条例; 由于非典事件,公共卫生得到了高度的重视，特别是中央空调风管的清洗，最近有关中央空调的清洗条例很快出台；因此对于建筑表面清洗提供一个完备的解决方案，必然打破一个传统的产业格局，改变了人们的工作方式，用机器人清洗代替传统的人工清洗或无法清洗,是必然的发展趋势。
1。3研究现状
综观目前市面上可见的洗墙机，清洗方式主要还是以人工清洗为主，所以都是以挂笼垂降,再以人工方式清洗墙面；然而垂挂以及挂笼的升降方式便较具变化.传统的是人手清洁，用绳把人系住和定位,逐层清洁.这种方式人在半空吊来吊去的（好象攀崖运动员下山时那样），劳动强度高，效率低，因为主体是人，所以带有一定的危险性。
绕组型式：单层交叉
节距:1～9/2～10/18～11
槽数Z1/Z2:36/32
转动惯量/(kg·m^2): 0.0067
质量/kg：38
3.2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
式中: —电动机满载转速，r/min。
一般推荐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
总工作时间 ,
应力循环次数 ：
接触寿命系数 ,由图12.18， ，
许用接触应力 ：
验算
计算结果表明,接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无须调整.
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。21, ,
应力修正系数 ,由图12.22， ，
重合度系数 ,
根据任务书要求，一小时可以清洗墙面600-800平方米,考虑到结构简单,直接单向进给,故只考虑升降，而且要达到600—800平方米，所以要选用大型号的清洗刷。其结构如图3.1所示：
图3.1 清洗刷结构图
3。1运动学参数选定
初选卷扬机，根据GB/T 1995—2002，选用双卷快速快溜放卷扬机，额定速度为20m/min—25min，额定载荷为25KN.
附录1 外文文献翻译
附录2 外文文献原文
附录3 自动墙臂清洗机装配图 A0
附录4 自动墙臂清洗机零件图1A1
附录5 自动墙臂清洗机零件图2 A1
附录6 自动墙臂清洗机零件图3 A3
1引言
1.1清洗建筑表面的意义
随着人类社会的不断发展进步，城市规模不断扩大，城市建筑更加规范，完美.千姿百态的各式建筑，尤其是高层建筑外墙都用各种建筑材料进行装饰,如粘帖各色墙砖，瓷砖,马赛克，或涂上涂料，但是，自然界的风吹雨打，日光辐射，尘埃污染，以及一些人为或偶然事故等原因，一段时间过后，建筑表面都将不同程度地变得污浊灰暗，破旧不堪，在环境差的地区，污染或损坏还相当严重。建筑表面就像人身上的外衣，要保持清洁，就需要经常清洗，整理。为此，世界发达国家和地区，对保持建筑表面的清洁非常重视,并以法律的形式明确规定，每年必须定期清洗，否则将受到处罚.近年来，我国各级政府部门的环境保护意识已发生了很大改变，国内一些大，中城市，特别是旅游,开放城市,旅游景点，为保持建筑表面清洁，也制定出台了相应的法规，全国范围的卫生评比活动，把保持建筑表面清洁列为考核的重要指标之一，其中高层建筑的外墙，醒目，突出，自然也就成为检查的重中之重。
现代的机器人清洁，现代科技的发展，机器人代替人手工作是必然的趋势，在国外和我国的一些清洁公司已经采用了机器人来进行高楼外墙的清洁工作，但是这些机器人构造复杂，操作复杂，功能繁多(有些功能是很少用到或在某些场合不会用到）,造成成本高(如果是一些由人工智能的机器人就更加不用说了）和资源浪费的现象。针对这个问题，我们设计了一个操作简单，经济实用的高楼外墙清洁机器。
图2。5 小型挂笼
中型挂笼如图2。6所示：
图2。6中型挂笼
2。1.4动作马达
对于马达，一般来说有以下要求:
A。高扭力、低转速。
B。断电自动煞车。
C。机械煞车装置。
D.静定功能。
2.1。5升降结构
对于升降的结构，目前计划主要依现有一般市面上可见的机构加以改良，作为自动洗墙机的作动装置,装在楼顶的步进电动机带动卷桶控制钢丝绳的收放，使的刷子部分的执行机构能在高墙上纵向移动。在这里，选择卷扬机类似的机构,加以改进.
8级精度的一般齿轮传动效率：
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：
电动机至工作机之间传动装置的总效率：
所需电动机功率
由
，得
查表13-2，得圆柱齿轮传动单级传动比常值为3~5,故电动机转速的可选范围:
对Y系列电动机通常多选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机,故选用同步转速为1500r/min.
2。1.6清洗刷
考虑到刷子受到的摩擦力很小 ，刷子的转动动力由小电机提供,如图所示
刷子部分采用红外线测距。当墙上的玻璃窗等与墙的竖直距离不等时，刷子不能很好的清洗玻璃等凹或凸出来的部分.所以从机器采用红外线测距, 使刷子能更好的工作，即使有突出的墙沿,也可以通过机器自己调节(线圈产生的磁场和弹簧力来调节)
转矩T1,
齿宽系数 ,由表12.13,取
Ad值，由表12。16,估计 ，取
接触疲劳极限 ,由图12。17c，得
初步计算的许用接触应力 ：
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。6，选用8级
齿数Z1、模数 和螺旋角 :
，取Z2=105
,由表12。3，取
根据初选的卷扬机,则定清洗刷直径应500mm。
清洗刷与墙面的摩擦力
查机械设计手册得工程塑料的动摩擦因数在 之间，因为，清洗刷基本上靠自动压在墙面上,又要考虑到清洗干净，故选用动摩擦因数较大的工程塑料，选定其动摩擦因数为 ，估算清洗装置 ,故
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
选用Y100L2—4，额定功率3KW，满载转速1430r/min,电动机极数为4,轴伸尺寸 .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
刷子由一个独立的电动机带动。
为了使机器在刷子往返运动中,不会使机构左右摇摆，所以采用一些辅助机构来减少左右摇摆，如图所示,采用末端加有一个轮，此轮与墙接触。当机器向下运动时，轮与墙之间是滚动摩擦，使机器向下运动时,可以使机器与墙之间保持一定的距离，从而不会撞到墙或者玻璃，当墙左右摇晃时,这时，轮与墙之间产生滑动摩擦，对机器左右摇摆有一定的抑制作用。
还有一些辅助机构使得清洁机在墙上工作更加平稳。
2.2方案评价与选择
根据任务书的要求，结构简单，操作方便，投资小，成本低，安全可靠，工作效率高，故选用，水平式滑轨，支撑缆绳，小型挂笼，升降机构采用类似卷扬机机构，工作部，利用工作电动，经减速器减速，带动清洗刷转动,实现清洗功能。
3运动学及结构方案的确定
4传动零件的设计计算
4.1 第一级齿轮传动设计计算
因传动无严格限制,生产批量小,故小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB~286HB，平均取为260HB；大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB～286HB，平均取为240HB.齿轮采用非对称支承结构安装。计算步骤如下:
齿面接触强度计算
4.1.1初步计算