道路垃圾清扫车的毕业设计

目录
一、绪论 (4)
1.1课题研究的目的和意义 (4)
1.1.1设计小型清扫车的意义 (4)
1.2国内外清扫车介绍 (5)
1.2.1国内清扫车 (5)
1.2.2国外清扫车 (7)
1.3主要研究内容 (7)
二、清扫车设计方案的选择 (8)
2.1新产品的市场定位 (8)
2.2总体方案 (8)
2.3驱动方案比较及确定 (9)
2.4蓄电池选择 (11)
2.4.1蓄电池的种类、用途、特点 (12)
2.4.2电瓶的布置 (12)
2.5电动机选择 (13)
2.5.1本车对电机驱动系统的基本要求 (13)
2.5.2电动机类型 (14)
2.5.3交流电机的选择 (16)
三、清扫车机械结构设计 (18)
3.1关键部分的机械设计 (18)
3.1.1齿轮的设计 (18)
3.2齿轮轴的设计 (25)
四、产品市场分析 (29)
4. 1用户群 (29)
4. 2市场前瞻 (29)
五、结论 (30)
六、参考文献 (31)
第一章绪论
1. 1 课题研究的目的和意义
1. 1. 1 设计小型清扫车的意义
随着经济的发展和社会进步，人们对生存质量的要求愈来愈高，交通便捷也越来越成为社会发展的迫切要求，高等级公路以空前的速度发展，道路的清扫和保洁也越来越受到有关部门的重视，多年来形成的人工清扫的格局显然已不适应我国高等级公路发展的客观要求，人工清扫粉尘飞扬，严重影响清洁工人的身体健康，也不可避免的造成环境的二次污染：公路车辆的高速行驶对清洁工人的生命安全造成潜在威胁，马路清扫车只能清扫主要街道，而人行道和非机动车道只能由保洁工来完成，这样既浪费物力也浪费人力，这就要求我们必须迅速发展一个既环保又节能的小型道路清扫车，使人们生活在洁净健康的环境中，这也是人类二十一世纪高品质生活的必然要求。

因此研究适合于人行道和非机动车道的小型电动清扫车对我国清扫车概况和开发机型有着十分重要的意义！
目前，在一些大、小城市的街巷里垃圾成堆，如果使用人力来清扫，那将需要大量的人力资源。

通常进口车体积庞大、结构复杂、造价高昂。

例如，国产中小型清扫车通常每部价格在40万元左右，一些进口真空机每部价格高达700万元以上，而且每月还要支付高昂的维修费和保养费。

这些进口机只适用于路面较为平坦宽广的道路，而无法清扫小巷。

当今全国各地的小巷中均为人工清扫没，人工清扫的方式也有着种种不足。

例如，安全隐患问题、杨晨污染问题、费时费力等。

所以，综合以上的利弊，我们决定利用电瓶作为驱动力源，设计出完整的既对环境无污染又可以节省劳动力的小型自动清扫车。

电瓶（蓄电池）驱动的车就是我们常说的“电动车”，顾名思义，以蓄电池能源，电动机为牵引，根据蓄电池容量可大可小。

电动车可用可控硅调速，比传统的机械调速运行更稳定且没有噪音等优点。

1．2 国内外清扫车介绍
1．2．1 国内扫雪机械
道路清扫车是个个性化极强的车辆产品，由于我国地域广阔，南方多雨多水，北方气候干燥，尘土较多，对道路清扫车有不同的需求。

对经济性、安全性、可靠性、可维修性的个质量要素的要求也各不相同。

道路清扫车行业历经数十年的发展，从天津市第一台道路清扫车研制开始，产品从单一的纯扫式发展到目前的多种型式，产品性能和产品质量迅速提高，特别是在我国改革开放以后，通过进口关键外购件使道路清扫车产品性能和可靠性大大提高。

目前，我国道路清扫车的水平与国外发达国家的相比，还存在一定的差距，特别是体现在产品的可靠性方面。

为尽快提高我国道路清扫车的水平，缩小与先进国家道路清扫车水平的差距，满足我国环卫部门对路面清扫作业的要求，道路清扫车生产企业应选择一个合适的道路清扫车研究方向。

我国道路清扫车的发展历史与发达国家的发展过程类似，也是从纯扫式道路清扫车开始，然后向吸扫式和纯吸式发展。

上个世纪五十年代，天津市环卫设备厂的前身天津市卫生局汽车修理厂就研制出纯扫式道路清扫车，从此揭开了我国研发道路清扫车的序幕。

八十年代，天津市环卫设备厂大量纯吸式生产道路清扫车（当时称为吸尘车），尽管当时的道路清扫车有性能差、质量差，外观差，清扫效果差等缺陷，加之又限于当时我国的体制和经济状况，只有少数大城市和新建的高速公路使用数量很少的道路清扫车，但是，这种型式道路清扫车在我国道路清扫车的发展史上有着浓浓的一笔。

我国吸扫式道路清扫车的研制成功，使我国道路清扫车与世界先进国家之间的技术水平迅速拉近，是我国道路清扫车发展旅程中的又一个新起点。

当时，正是我国文化大革命以后经济的突飞猛进的时代，城市建设高速发展，城市路面的人工清扫已难以满足日益增长的城市道路的需要。

纯吸式道路清扫车正是在这个恰当的时代推出的最适宜的产品，由于当时车辆产量较小，一时间洛阳纸贵，购买这种车辆的单位甚至不择手段进行抢购。

二十世纪末期至今，是我国道路清扫车发展最快的阶段，道路清扫车的使用不但从大中城市扩展到小城市，高速公路，而且不少企业、居民小区也采用道路清扫车进行路面清扫。

市场需求的迅速膨胀，使道路清扫车生产企业之间的竞争也随之激烈。

许多生产厂家加入到道路清扫车的生产行列，其中不乏有一些军转
名兵工厂，其优秀的技术研发人员和先进的生产设备，使得道路清扫车技术飞速发展。

在我国，道路清扫车生产企业已发展到数十家，生产的道路清扫车囊括了所有道路清扫车的类型，道路清扫车规格多达数十种。

吸扫式道路清扫车便在便在这时甩开纯扫式和纯吸式道路清扫车高歌猛进，各种类型和各种规格的吸扫式道路清扫车不断涌现。

现在，在我国道路清扫车市场中，吸扫式道路清扫车占有率迅速上升。

目前，我国道路清扫车多数为汽车底盘改装，这种道路清扫车转场速度快，适合于大面积、远距离清扫，常用于城市主干道、城乡结合部、高速公路的路面清扫作业。

不少道路清扫车生产企业也开发了专用底盘的中小型全液压道路清扫车，以适应目前我国对路面清扫机械市场的需要。

虽然，我国道路清扫车技术的发展令世界瞩目，但是，与发达国家相比，我国道路清扫车还存在不少差距。

虽然我国的道路清扫车在清扫效率、清扫能力、除尘效果等清扫作业性能方面与发达国家的水平相当，而在道路清扫车的噪声、排放、可靠性、舒适性，自动调整等方面仍存在较大差距。

就目前我国道路清扫车的水平和质量可知，我国在道路清扫车设计中，还缺少对专用部件的研究，缺少设计理论的指导，经验多于计算，模仿较多，创新较少。

可以说，目前我国对道路清扫车的研究能力还较差，还未真正实现对道路清扫车进行研究的目的和要求，同时，缺乏必要的研究条件。

由于国内道路清扫车生产企业的生产规模都较小，而且扫路机产品批量也较小，所以采用的生产设备和生产手段都较为落后，加工的零部件难以有稳定的质量。

此外，我国通用零部件制造水平较低，也影响了扫路机的质量。

根据我国道路清扫车市场的需求,要提高我国道路清扫车的水平，必须要首先确定其发展方向，研究开发出性能先进、可靠性高、符合我国国情的道路清扫车。

下面，将对我国道路清扫车的发展方向进行叙述。

在我国，由于道路清扫车发展时间较短，使用数量较少，研究开发人员有限，又没有专门的研究机构对其进行研究，所以缺少对道路清扫车主要部件的研究。

为了提高吸扫式和纯吸式道路清扫车设计的能力，必须对其主要部件——清扫系统、风机、风道系统和除尘系统以及零部件的耐磨性等进行试验研究，以提高道路清扫车设计的理论水平，为设计提供理论依据。

1．2．2 国外扫雪机械
国外发达国家从20世纪40年代就开始批量生产路面清扫车，像英国的JOHNSTON、美国的E LG…、日本的KATO、德国的FAUN--KUKA等公司目前不管在销量规模、技术档次都处于世界的前列。

1.3 主要研究内容
小型清扫车的设计分为四个部分：制动系统和外形设计；驱动与传动系统的设计；液压系统的设计；集尘系统的设计，最终装配成一部小型清扫车。

传动系统的设计：
齿轮传动传动比稳定、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长。

根据所设计的传动方案，选择大小齿轮的类型，材料并计算出大小齿轮的参数。

齿轮轴受弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。

选择齿轮轴的材料，并对其进行强度校核。

通过对以上各部分的理论分析研究及设计，并应用计算机设计软件进行驱动系统的造型设计和工程图的制作。

第二章清扫车设计方案的选择
2.1 新产品的市场定位
此款产品的市场定位为：降低成本性新产品。

所以，要求产品结构简单，使用和维护方便。

：
2.2 总体方案
清扫车以电瓶作为动力源，电瓶带动液压系统3，从而驱使盘刷4转动，目的是将垃圾扫到车中央，吸口由风机连接，将垃圾吸进集尘箱。

排气口5是用来将多于气体排出箱体，使风机能更好的工作。

为了简单明了地表示清扫车的总体方案，这里用简单结构原理图说明，如图2－1的所示。

1－方向盘；2－轮胎；3－液压系统；4－盘刷；
5－排气口；6－吸口；7－集尘箱；8－排气箱；
图2－1 总体分布图
2.3 驱动方案比较及确定
按发动机和各组成部分相对位置的不同，现代汽车的布置与驱动方式通常有5种（如图2-2 所示）
图2-2 汽车的驱动方式
方案1，前置后驱（FR）
即发动机前置、后轮驱动，这是一种传统的发动机布置与驱动方式。

国内外的大多数货车、部分轿车和部分客车都采用这种形式。

采用这种驱动方式的汽车，它的前轮承担转向，后轮承担驱动，发动机输出的动力通过离合器、变速器、传动轴输送到后驱动桥上，并在此得到减速增扭后传送到左、右半轴上，驱动后轮使汽车运行。

优点是前后轮各司其职，转向与驱动分开，负荷分布比较均匀；缺点是由于传动轴从前面的发动机一直传到后桥上，使车内地板中间凸起，车内座椅不好布置。

方案2，前置前驱（FF）
即发动机前置、前轮驱动，这是20世纪70年代末才真正兴世纪起和在技术上逐渐完善的驱动形式，现在大多数中小型轿车都是采取这种方式。

它将变速器之后的东西都往前挪，变速器与驱动桥做成一体，固定在发动机旁将动力直接输送到前轮上，前轮同时承担了转向和驱动两个重任，省去了长长的传动轴，缩短了传递动力的距离，减少功率传递损耗也就相应节省了燃油。

此驱动方式具有较多的优点：操纵机构简单、发动机散热条件好；没有纵向传动轴，轿车地板不必为它凸起一条通道，有利车厢内的布置；车架不必为后桥腾出空间位置，可以降低车身高度，有助于行车的稳定性；发动机横置缩短了发动机舱的长度，有利于汽车的小型化，而在汽车总长不变的情况下能增大客舱的长度和空间；前轮成为驱动轮，变成了“拉”着汽车前进，有利于方向控制。

其缺点是：上坡时汽车质量后移，使前驱动轮的附着质量减小，驱动轮易打滑；下坡制动时则由于汽车质量前移，前轮负荷过重，高速时易发生翻车现象。

方案3，后置后驱（RR）
即发动机后置、后轮驱动，在大型客车上多数采用这种布置形式，少量微型和轻型轿车也采用这种型式。

方案4，中置后驱（MR）
即发动机放在乘客航与车后轴之间并利用后轮驱动。

这种驱动方式只用在一些高性能跑车上，在普通的轿车上较难看到。

中置后驱的最大特点就是将车辆中惯性最大和沉重的发动机置于汽车的中部，使汽车能获得最佳的运动特性，因为车的车身重量分布能达到最理想的平衡。

可以这样说，此车兼具的优点，方向灵
敏准确，制动时不会出现头重尾轻的现象。

有一个先天不足，即直线稳定性较差，为解决这一问题，所有的车后轮均比前轮大。

方案5，4轮驱动（4WD）
4轮驱动又称全轮驱动，顾名思义，这是指汽车前后的轮子都有动力驱动，可以按照行驶路面状态的不同而将发动机输出扭矩分别分布在前后所有的轮子上，提高汽车的行驶能力。

考虑到清扫车主要在城市路面行驶，其行驶速度比较低，一般是30 km／h 左右，作业速度更小。

所以在设计时，要求使得整车结构紧凑，传动效率高，维护简单，操作简便，考虑底盘的空间利用率，所以采用发动机中置，后轮驱动(如图2-3所示)，这种布置的特点使是驾驶室的布置不受发动机的限制，噪声小、对载荷分配比较有利。

图2-3 后轮驱动
2.4 蓄电池选择
汽车“电瓶”是汽车上储存电能的装置，学名称“蓄电池”。

其作用包括:一是当汽车发动机起动时，向起动机提供电能，并由起动机将电能变为机械转矩，带动发动机的曲轴转动与此同时，蓄电池还向仪表、发电机的磁场线圈以及汽油机的点火系统等供电;二是在汽车运行过程中，当用电设备的用电量超过发电机的供电能力时，蓄电池协同发电机向用电设备供电当发电机出现故障时，则由蓄电池单独向用电设备供电，因此，蓄电池是汽车的第二电源;三是当用电设备负荷较小时，蓄电池接受发电机的充电，将电能储存起来;四是起到滤波器的作用。

通过吸收用电负载突变时的过电压，防止损坏汽车上的电子设备。

2.4.1 蓄电池的种类、用途、特点
蓄电池的种类一般可分为铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等，它们各自的特点如下:
铅酸电池:也称为汽车用电池(需加水维护)，充放电时会产生氢气，安置地点必须设置在通风处以免造成危险;电解液呈酸性，会腐蚀金属;价格低廉。

铅酸免维护电池:密封式充电不会产生任何有害气体，摆设容易，不需考虑安置地点通风问题，免保养，免维护;放电率高，特性稳定，价格较高。

镍镉电池:用于特殊场合及特殊设备上，水为介质，充放电不会产生.有害气体;失水率低，但需要固定时间加水及保养;放电特性最佳;可放置于任何恶劣环境。

蓄电池按用途可分为汽车启动用、工业用、铁路及其他用途。

怎样正确选购蓄电池型号:蓄电池的型号必须适当。

型号选小了，造成小马拉大车，大电流放电会缩短电池的寿命;型号选大了，则不经济。

对于常用的额定输出电压为12V 的品种有：
6, 8,10,12,15,33,38,50,65,75,90,100,120,140,180,200AH 。

选功能价格比：高价不一定有高质，但高质必定会有相对高的价格，货比三家，性能价格比最大的是首选。

选服务：厂家有没有完善的售后服务实力，有没有全国服务热线以及完善的服务网络，才能无后顾之忧。

2.4.2电瓶的布置
要求使得整车结构紧凑，传动效率高，维护简单，操作简便，考虑底盘的空间利用率，所以采用电瓶中置，这种布置的特点使是驾驶室的布置不受发动机的限制，噪声小、对载荷分配比较有利。

若设总的阻力约为120N,设最高车速为H KM 45,其功率为
W V
F P 15000
36045000120=⨯=⨯=
(2.1)
式中 F ——阻力；
V ——最高车速。

这样可以考虑采用2kw 的电机,其有效功率约为 1.4-1.6KW,其时速应该能达到H KM 45此时车的工作电流为 AH
U
P I 30481500≈== (2.2)
式中P ——电机功率；
U ——电瓶电压。

选120AH 的电瓶,则可续行接近100公里.这是车用最高速行驶时的情况,如果降低车速续行距离有望达到或超过120公里。

综上所述，选择48V120AH 的USP 电池，如图2-4所示：
图2-4电瓶
2.5 电动机的选择
2.5.1 本车对电机驱动系统的基本要求
汽车是交通工具，要求电机具有高效率、高适应性。

由于成本及空间的限制，电机的出力也受到了制约，所以电机的高密度小型轻量化和低成本对整车来说至
关重要。

(1) 高密度小型轻量化。

采用强制水冷结构、高电磁负荷、高性能磁钢、高转速以及超短端部长度绕组技术等措施，使电机小型轻量化，从而实现高密度。

与一般工业用电动机相比，大小和重量都需要减少到一半以下;汽车驱动电动机输出1kW只需0.6kg重量，这是一般电机不可想象的。

(2) 高效率。

由于是以电池为电源，一次充电的行车距离应尽可能长;汽车驱动电动机的最高效率可达到97%，其他汽车辅助电机也希望有高的效率。

因此，随着稀土永磁材料价格的下降，将替代汽车辅助电机用的铁氧体磁钢;目前，汽车辅助电机绝大部分是永磁直流电动机。

(3) 可靠性、耐久性、适应性。

由于车辆的振动及发动机室的高温环境，使得车用电机处于恶劣环境条件下运行，振动大、冲击大、灰尘多、湿度变化大。

因此，车用电机必须适应环境条件的要求，使电机可靠、稳定、安全地运行。

(4) 低速时的高转矩。

有电动机起动车辆，行车中起动发动机要求高转矩。

此外，车用电机的低噪声与低成本技术也至关重要。

2.5.2 电动机类型
(1) 直流有刷电机
早期电动汽车由蓄电池供电故最早采用的是直流有刷电机。

其主要优点是控制简单、技术成熟，具有优良的控制特性。

在早期开发的电动汽车上多采用直流电动机，即使到现在仍有一些电动汽车使用直流电动机来驱动。

虽然直流有刷电机控制系统简单，成本低，但由于电机本身存在电刷和机械换向器，不但限制了电机过载能力与速度的进一步提高，而且如果长时间运行，势必要经常维护和更换电刷和换向器由于损耗存在于转子上，使得散热困难，限制了电机转矩质量比的进一步提高。

而且这种电机效率低，维护麻烦，尤其是电刷产生的火花，会给汽车的其他电器带来高频电磁干扰。

此外，机械换向器的换向能力限制了直流有
刷电机的容量、电压和转速。

鉴于直流电动机存在以上缺陷，在新研制的电动汽车上已基本不采用直流有刷电机。

(2) 感应电机
交流三相感应电动机是应用最为广泛的电动机。

其转子和定子之间没有相互接触的滑环、换向器等部件。

结构简单，运行可靠，经久耐用。

交流感应电动机的功率覆盖面很宽广，转速可高12000～15000r／min。

可采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高。

对环境的适应性好，并能够实现再生反馈制动。

与同样功率的直流电动机相比较，质量减轻一半左右，价格便宜，维修方便。

交流三相感应电动机的效率较低，转子容易发热，在高速运转时需要保证对交流三相感应电动机的冷却，否则会损坏电动机。

交流三相感应电动机的功率因数较低，使得变频变压装置的输入功率因数也较低，因此需要采用大容量的变频变压装置。

交流三相感应电动机控制系统的造价远远高于交流三相感应电动机本身，此外，交流三相感应电动机的调速性能也较差。

(3) 稀土永磁电机
稀土永磁同步电机采用稀土永磁材料，具有效率高、功率密度大等特点，在中、小功率的系统中有优势。

但是稀土永磁同步电机的成本高，而且目前使用最多的钕铁稀土永磁体的工作温度比较低，电机运行时的温升不能太高。

稀土永磁同步电机分为正弦波稀土永磁同步电机(通常称为稀土永磁同步电机)和方波型稀土永磁同步电机(通常称为稀土永磁无刷直流电机)。

正弦波稀土永磁同步电机的特点是，永磁体在气隙中产生的磁场空间上按照正弦分布，定子三相绕组为正弦分布绕组，电机的反电动势及电机定子电流均为正弦波；而稀土永磁无刷直流电机为梯形波。

永磁无刷直流电动机是一种高性的电动机。

它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有换向器和电刷组成的机械接触结构。

另外，它采用永磁体转子，没有励磁损耗；发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。

此外它的转速不受机械换向的限制如果采用空气轴承或磁悬浮轴承可以在每分钟高达几十万转运行永磁无刷直流电动机与其它电动机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动汽车中有着很好的应用前景。

永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率范围
较小。

永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。

永无刷直流电动机在恒功率模式下操纵复杂，需要一套复杂的控系统，从而使得永磁无刷直流动机的驱动系统造价很高。

(4) 开关磁阻电机
开关磁阻电动机是一种新型电动机，该系统具有很多明显的特点：它的结构比其它任何一种电动机都要简单，在电动机的转子上没有滑环、绕组和永磁体等，只是在定子上有简单的集中绕组，绕组的端部较短，没有相间跨接线，维护修理容易。

因而可靠性好，转速可达15000r／min。

效率可达85％～93％，比交流感应电动机要高。

损耗主要在定子，电机易于冷却；转子无永磁体，可允许较高温升。

调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩速度特性，而且在很广的范围内保持高效率，因而，更加适合电动汽车动力性能要求。

但是，开关磁阻电机的控制系统比其他电动机的控制系统复杂一些，位置检测器是开关磁阻电动机的关键器件，其性能对开关磁阻电机的控制操作有重要影响。

由于开关磁阻电机为双凸极结构，不可避免地存在转矩波动，噪声是开关磁阻电动机最主要的缺点。

但近年来的研究表明，采用合理的设计、制造和控制技术，开关磁阻电机的噪声完全可以得到良好的抑制。

另外，由于开关磁阻电机输出转矩波动较大，功率变换器的直流电流波动也较大，所以在直流母线上需要装置一个很大的滤波电容器。

近年来，在电动汽车上得到了一定的应用。

目前，电动车用电机基本上形成主流，但并不单一，而是呈多样化趋势发展，异步电机和永磁无刷直流电机用得比较普遍。

2.5.3 交流电机的选择
小型清扫车电机采用Y系列三相异步电动机。

Y系列三相异步电动机是按照国际电工委员会(IEC)标准设计的，具有国际互换性特点。

其中Y系列（IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁销或其他杂物侵入电机内部的特点，B级绝缘，工作环境温度不超过＋40℃，相对湿度不超过95％，额定电压380V，频率50HZ。

适用于无特殊要求的机械上。

根据工厂实际生产中反馈的信息，电机功率2.2KW已经可以满足小型清扫车的需。