小型清扫车毕业设计

小型清扫车毕业设计
滚筒清扫车设计
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
第一章前言 (1)
1.1研究目的和意义 (1)
1.2国内外研究现状 (1)
1.3研究内容和方法 (2)
第二章设计任务书 (3)
2.1设计简介及原理 (3)
2.2设计要求 (4)
第三章方案设计 (5)
3.1 传动方案的比较 (5)
3.2清扫的方案设计 (8)
3.3动力的方案设计 (9)
3.4压缩的方案设计 (10)
3.5升降的方案设计 (11)
3.6离合的方案设计 (12)
3.6操作的方案设计 (13)
第四章各部分参数设计 (15)
4.1整车尺寸 (15)
4.2动力部分的参数 (15)
4.3主要部件(主轴)强度校核 (15)
第五章结论与建议 (18)
致谢 (19)
参考文献 (20)
毕业设计摘要
摘要
针对目前环卫、保洁人员劳动强度大，效率低下，工作时间长等问题，而目前市场上没有出现比较成熟、实用的适合环卫工人使用的产品，我们设计了一种实用、简便的扫地车。

该扫地车可以对路面,广场等较平坦的场地进行快速，高效的清扫，而且不需要其它动力，具有较强的适应性。

我们在车上设计一个多排毛刷的滚筒配合一个大半个圆的弧形铲子可以将垃圾迅速扫起，只需扫地车前进这一个动作即可实现对地面垃圾的收集清扫工作。

垃圾车上还设计有连杆机构可实现调节前面万向轮的高度同时控制离合器离合滚筒两个动作，可以使扫地车在不清扫时使滚筒离地的同时和链轮离合，这样方便使用者在不用的时候轻松移动扫地车。

车轮上还有棘轮配合上万向轮的调高，可随意的后退而不带到垃圾，实现多次清扫。

而在垃圾特别多的时候，车上的压缩装置可以增加扫地车的装载量，进行更持久的清扫。

关键词：离合器，连杆机构，链轮，棘轮，多次清扫
Abstract
In view of the current environmental sanitation, maintenance staff labor intensity, the efficiency is low, the working time is long, and does not appear on the market at present is mature, practical for the sanitation workers use the product, we design a practical, simple XX sweep the floor car. The car to sweep the floor can be road, square are flat area for rapid, efficient cleaning, and don't need other power, and has strong adaptability. We in the car design more than a row of roller brush with a half round arc can be quickly and shovel garbage up, just sweep the floor front into this action can be realized to the ground litter collection cleaning work. The car also design a garbage can realize linkage mechanism adjust the height of the front wheel universal and the control of clutch clutch roller two action, can make sweeping the floor in not cleaning the car when the drum of from the ground at the same time and sprocket loss, so convenient users when you are not easily in mobile sweep the floor car. On the wheel and ratchet wheel with the adjustable to tens of thousands of high, can optional back and not to waste, and realize the sweeping many times. And in the waste much more special, the compression device can increase the sweeping the floor of the car carrying quantity, for more lasting clean up.
Keywords:：Clutch，linkage mechanism，ratchet wheel，sprocket。

第一章前言
1.1研究目的和意义
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，这就要求我必须迅速发展清扫机械，只有这样才能满足迅速发展的高等级公路的客观要求，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。

因此对我国清扫车概况和开发机型的探讨有着十分重要的意义从20世纪60 年代我国研制生产路面清扫机械开始（指大型清扫机的研制），已有40 多年的生产历史，然而中小型清扫机的研制开发则刚刚起步。

相对于发达国家，我国地面清扫机在销售规模、技术水平、清扫效果等方面都存在一定的差距。

随着公共环境卫生、工厂清洁机械市场的迅猛发展，2005 年之后，国内地面清扫机开始呈现快速发展的态势。

但与国外相比，国内还停留在市场的初级发展阶段。

我国已逐步进入现代化社会，陈旧、落后的清扫方式及设备，已不能满足社会进步的需要。

对于自动化扫地器具，人们常见的是马路上的扫地车，它能进行大面积街道清扫、工作效率高，并且节约人力。

然而，小面积区域的清扫工具还主要沿用传统手工扫地工具：扫帚，工作效率低、清扫效果不够理想、浪费人力资源。

而工作效率高的省时省力的庞然大物扫地车在比如厂区、居住小区、机关、学校、医院、小街小巷、走廊等场所，确是英雄无用武之地。

随着现代生活节奏的加快及居住面积的增大，家居地面的清扫工作也越来越繁重，严重干扰了人们的生活。

因此急需开发一种成本低、节约人力物力、清扫效果良好的适应院落、小区、小巷、走廊等小区域场所的小型清扫设备。

1.2国内外研究现状
国内清扫车的发展经历过程如下；第一阶段，20世纪60年代，我国研制出纯扫式清扫车，因纯扫式清扫车有性能差、质量差、外观差，清扫效果差等缺陷，加之又受限于当时我国的体制和当时城市环卫部门的经济状况，故只有少数大城市使用纯扫式清扫车。

直至20世纪80年代末，建设部长沙建设机械研究院设计出我国第一台吸扫式清扫车。

它以其纯扫式清扫车无可比拼的优势，进入我国的大中城市。

现在，在我国清扫车市场中，吸扫式清扫车占有率为95%以上。

第二阶段，20世纪末期，是我国清扫车发展最快的阶段，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、居民小区也采用清扫车进行路面清扫。

市场需求的迅速膨胀，各种类型和各种规格的吸扫式清扫车不断涌现。

目前，我国清扫车多数为2t～8t汽车底盘改装，这种清扫车转场速度快，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。

近年来，随着清扫车市场的扩大，对清扫车的用户需求也在发生变化，中小全液压清扫车采用单台发动机传动，油耗低；行驶无级变速，清扫效果好，清扫效率高；驾驶室视野好等优点，备受用户青睐，特别是非城市街道和非公路清扫车用户。

不少清扫车生产企业也开?了专用底盘的中小型全液压清扫车，多种规格的中小型全液压清扫车投放了市场。

第三阶段，2000年之后，国内路面清扫市场开始呈现快速发展的态势。

长沙中标公司、天津扫地王公司等专业生产厂家，均获得了较好的发展势头。

随之而来，常林股份有限公司、三一重工股份有限公司等其它企业也开始进入路面清扫车的研发和生产，并取得了较好的发展。

目前，国产路面清扫车的品种规格、使用性能已能基本满足国内的需求，产品规格从2t 到8t。

与国外相比，大型产品所占比例不大，产品品种较少，产量也较低。

目前，许多国家研制的清洁机器人应时而生。

日本，美国，欧洲各大厂商竞相开发，有些产品甚至很超前。

例如，有一种具有高效吸尘除灰功能的清洁机器人，可遥控也可自主运作，能转向，躲避障碍物，有很高的实用价值，可对家居、厂矿企业等地面进行清洁，帮助人们从繁杂的劳动中解放出来。

在国外清洁设备的拥有率和洗衣机几乎相当，甚至要高（有公用洗衣房，专业洗衣店的缘故）。

在这方面，国内的研发步伐较慢，但是随着国家城市化的进程不断加大和经济的发展，许多新兴的中小城市正在崛起，城市化规模不断扩大，现代化的工厂不断建成，机关、小区、医院、学校和公共场不断建设机械化清扫已经成为一种必然，地面的清洁养护及工厂清洁生产已经越来越重要。

劳动力成本的不断提高，清扫设备的市场前景日渐看好。

1.3研究内容和方法
（1）根据任务要求,进行扫地车的总体机构设计，确定各个功能的实现机构。

确定多功能模块的接口。

（2）根据相关参数和和设计要求，进行各部分的设计，使得扫地车的清扫效果能达到要求，整体操作人性化。

（3）进行传动机构的工作能力的设计计算，进行工作部件的强度校核，确定传动部件以及各个零件的尺寸与材料。

（4）对清扫车整体进行结构设计，绘制装配图及关键零件的工作图。

（5）绘制清扫车的实体三维模型，实现动画动作。

第二章设计任务书
2.1设计简介及原理
本作品是针对环卫工人及保洁人员设计的一种高效，实用的垃圾清扫工具，使用者推动小车就可以将地面上的垃圾收集到车中。

具体功能模块如下。

动力模块：清扫车中部靠近重心位置有2个主轮，其中装有链轮的右轮，作为动力输出带动滚筒。

清扫模块：车底装有带刷毛的滚筒，配合一段圆弧形挡板将垃圾卷进垃圾箱内，在挡板与地面接触的地方装有硬毛刷，以保证清扫效果。

升降模块：清扫车的万向轮装在平行四边形杆组上，以保证在调节万向轮高度时万向轮始终水平，通过调节万向轮的高度使滚筒和地面脱离接触。

离合模块：采用齿式离合器，取较大的齿数，齿端面倒成尖角，这样结合起来非常容易。

压缩模块：采用曲柄摇杆机构实现垃圾的压缩。

图1
2.2设计要求
1、运行速度：人平均行走的速度ν=0.8m/s，主轮的直径是d=0.2m，主轮的转速为n=ν/(π
d)=1.27转/s就是76.4转每分钟，滚筒在200转每分钟时可以取得较好的效果，则需要传动比为i=76.4：200=1：
2、车体尺寸：0.8×0.75×0.5米，整车的容积有90L，既可以满足实际需要又使得整车比较紧凑。

3、处理垃圾：树叶：厚度纸张：平均厚度0.2mm；包装袋：厚度0.2—2mm；烟头：直径8mm,长度30mm；水果皮：厚度1—20mm；一些小的杂物：体积约为1cm³；一般的路边垃圾重量不会超过100g；
第三章方案设计
3.1 传动方案的比较
3.1.1带轮传动
图2
带传动是一种挠性传动。

带传动的基本零件为带轮（主动带轮和从带动轮）和传动带轮。

当主动带轮转动时，利用带轮和传动带轮间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动轮。

带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，在近代机械中应用广泛。

带传动是一种常用的、成本较低的动力传动装置，具有运动平稳、清洁（无需润滑）、噪声低的特点，同时具有缓冲、减振、过载保护的作用，且维修方便。

与链传动和齿轮传动相比强度较低、疲劳寿命较短。

然而，由于传动带强力层材质的改善，带传动也可用于某些传动较大的场合。

按照工作原理的不同，带传动可分为摩擦型带轮和啮合型带轮。

在摩擦型带轮中，根据传动带的横截面的形状的不同，又可分为平带传动、圆带传动、V带传动和多楔带传动。

1)平带传动结构简单，传动效率高，带轮也容易制造，在传动中心距较大的情况下应用较多。

常用的平带有帆布平带、编织平带、锦纶片复合平带等数种。

其中以帆布平带应用最广。

圆带结构简单，其材料常为皮革、棉、麻、锦纶等，多用于小功率传动。

V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。

传动时，V带的两个侧面和轮槽接触。

槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。

另外，V带传动允许的传动比大，结构紧凑，大多数V 带已标准化。

V带传动的上述特点使它获得了广泛的应用。

多楔带兼有平带柔性好和V带摩擦力大的优点，并解决了多根V带长短不一而使各带
受力不均匀的问题。

多楔带主要用于传动功率较大同时要求结构紧凑的场合。

啮合型带传动一般也称为同步带传动。

它通过传动带内表面上等距分布的横向齿的相应齿槽的啮合来传递运动。

与摩擦型带传动比较，同步带传动的带轮和传动带之间没有相对滑动，能够保证严格传动比。

但同步带传动对中心距及其尺寸稳定性要求较高。

3.1.2 链传动
图3
链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。

链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。

链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。

3.1.3 齿轮传动
图4
1)齿轮传动的特点
%~%，效率高，在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，闭式传动效率9699
这对大功率传动有很大的经济意义。

结构紧凑比带、链传动所需的空间尺寸小。

传动比稳定，传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。

齿轮传动获得广泛应用，正是由于其具有这一特点。

工作可靠、寿命长、设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。

这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。

但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。

2)齿轮传动的类型
齿轮传动就装置形式分：
a)开式、半开式传动。

在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。

这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，故只宜用于低速传动。

齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。

它工作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。

b)闭式传动。

而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体(机匣)的，这称为闭式齿轮传动(齿轮箱)。

它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。

3.1.4 蜗杆传动
图5
蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值，常用的为90°。

蜗杆传动用于在交错轴间传递运动和动力。

蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。

蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。

蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。

蜗杆传动的特点：
1)传动比大，结构紧凑。

蜗杆头数用Z1表示，蜗轮齿数用Z2表示。

从传动比公式I=Z2/Z1可以看出，当Z1=1，即蜗杆为单头，蜗杆须转Z2转蜗轮才转一转，因而可得到很大传动比，；在分度机构中，I可达1000。

这样大的传动比如用齿轮传动，则需要采取多级传动才行，所以蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。

2)传动平稳，无噪音。

因为蜗杆齿是连续不间断的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的，蜗杆齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、震动、噪音小。

3)具有自锁性。

蜗杆的螺旋升角很小时，蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。

4)蜗杆传动效率低，一般认为蜗杆传动效率比齿轮传动低。

尤其是具有自锁性的蜗杆传动，其效率在0.5以下，一般效率只有0.7～0.9。

5)发热量大，齿面容易磨损，成本高。

通过以上几种传动类型的比较，我选择带传动。

并比较带传动的几种类型，选择V带传动。

3.2清扫的方案设计
我采用滚筒来实现我的功能主体，主要原因是滚筒的清扫效果好、效率高、结构相对简单，安装也十分方便，再配合链轮的动力传输，所以运行稳定可靠。

图6
滚筒转动时将垃圾卷入垃圾箱，如图3。

图7
在毛刷长度的选择上，应为考虑到垃圾的相关参数，在参考一些的滚筒刷毛的长度后，我选择刷毛的有效长度为5cm，与地面干涉是2.5个cm这样会有较大的压力，产生较大的摩擦力确保能将垃圾扫起。

在滚筒圆周上均分这10排刷毛，在滚筒转动时这些刷毛将交替的进行清扫保证清扫质量。

10排刷毛是分别安装的，刷毛基底为梯形长条，装在圆筒的梯形槽内，保证不会在工作中出现松动现象，这样的安装也给刷毛的更换带来很大的方便。

3.3动力的方案设计
考虑到节能环保及简便性，选择推动车前进时转动的车轮作为动力源;考虑到传输的可靠性和安装的方便性，我使用链轮传动。

由于清扫车后退时滚筒是不工作的，所以在车轮中心装有棘轮，使它只能单向传动，这样更加符合实际需求。

图8
向前推车，转动的车轮通过链轮及链条带动滚筒转桶。

车向后运动时，由于棘轮的单向传动特性，车轮链轮不转动，因而滚筒不转动。

图9
3.4压缩的方案设计
由于垃圾车的容量是有限的，考虑到有些情况下垃圾较多，而垃圾又是很松散的，这就需要压缩，使扫地车可以连续清扫更大的范围。

并且该装置能防止垃圾在入口处堆积。

我设计了一个曲柄摇杆机构来实现压缩功能。

将压垃圾的挡板与连杆相连。

这样可以使压缩时挡板按下面的轨迹运动，将下部的垃圾推走。

当需要压缩时就只需将手柄转动一圈，垃圾压缩的过程就实现了。

图10
3.5升降的方案设计
当扫地车不清扫而又需要将扫地车移动时，就要求使滚筒与地面脱离。

很自然的，我首先想到是让滚筒相对于车体向上运动，但这样会大大增加链传动及滚筒自身机构的复杂程度，且整体的稳定性也将大打折扣。

使滚筒升高还可选择变化轮子的位置，由于滚筒和万向轮相距较近，而且移动主轮会使动力的稳定性降低，所以我选择万向轮的升降来调节滚筒的高度。

抬升方法可以选择万向轮与有一个有固定轴的杆相连，转动杆就可以将万向轮抬高，但是这样的话不能保证万向轮总是水平的，在转过一定角度后，万向轮与水平线成一个角度，影响其工作。

图11
于是我采用平行四边形四杆机构，在调整万向轮高度的过程中可保持其水平。

图12
3.6离合的方案设计
在扫地车不清扫时，为了让使用者能够轻松推动它，除了让滚筒离地外，还应该让其停止转动，于是考虑到用离合装置。

离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。

液力偶合器工作液（油液）传递转矩，外壳与泵轮连为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。

当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态.
电磁离合器线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。

在主动与从动件之间放置磁粉，可以加强两者之间的接合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器
离合器从动部分
从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。

从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘毂三个基本部分组成。

为了避免转动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数汽车都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。

为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和接合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。

为此，往往在动盘本体园周部分，沿径向和周向切槽。

再将分割形成的扇形部分沿周向翘曲成波浪形，两侧的两片摩擦片分别与其对应的凸起部分相铆接，这样从动盘被压缩时，压紧力随翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大，从而达到接合柔和的效果。

离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。

动盘本体和减振器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。

因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。

传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的阻尼片摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来
(1)牙嵌式离合器
牙嵌式离合器结构简单，安装方便，承载力较大，从功能上讲基本上可以满足使用要求。

离合器的活动端与固定端自然对正的几率非常小，操纵时需要反复调整，很不方便。

而且牙嵌式离合器工作行程长，使得链轮与轴承的距离较远，所以会产生较大的弯矩。

(2)电磁离合器
由于考虑到实用性，用电磁式还要求有电源，蓄电池需要经常充电很不方便，电磁离合器安装精度要求很高，尤其是活动端和固定端同轴度要求非常高，对加工和装配都提出了很高的要求。

(3)齿式离合器
齿式离合器与牙签式离合器比较相似，不同的是齿式离合器的齿数可以根据情况自己设计，可以取较多齿数。

齿式离合器承载能力很大，根据我的使用要求，可以取较小的模数和较多的齿数，齿端面倒成尖角，这样以来结合起来非常容易，操纵时不需要太多的调整。

综合分析比较，我最终选择了齿式离合器，其结构紧凑，体积小，重量轻，操纵方便，安全可靠。

因为我控制离合的距离较远，就需要用钢丝绳来控制，而钢丝绳只能够提供拉力，所以我用一根弹簧提供离合器的回复力。

如图，滚筒需要工作时，离合器受弹簧压力而啮合，车轮的转动传给链轮，继而使滚筒转动。

滚筒不需要工作时，掰动手柄，则钢丝绳使离合器分离，只需将手柄卡在此位置，则车运动时能保持滚筒不转动。

图13
下图是抬升和离合综合示意图：
图14
如图掰动手柄，万向轮相对车体向下运动，即车体被抬升，滚筒离地。

同时钢丝绳使离合器分离，滚筒停止转动。

3.6操作的方案设计
3.6.1清扫
小车的主要功能就是清扫垃圾，如图11，小车在工作时将控制手柄置入工作档，此时滚筒与地面接触，人推小车前进主轮带动滚筒做快速旋转将垃圾扫入车内，达到清扫的目的。

考虑到一些特殊的情况，有些地方难以完全清扫干净，我在车的后面设置有一工具箱，可以处理一些特殊的情况。

这样使小车的适应性也更广，方便操作者。

图15
3.6.2移动
当小车需要移动时，这时不需要清扫，需要将滚筒离地并且使它停止旋转，这样使小车能够轻松的移动，如图12所示，当操作者将控制手柄置离合档时，离合器离合时滚筒不再旋转,而且万向轮也立起使滚筒离地，这样操作者就能十分轻松的移动小车了。

图16。