机械创新设计实践

机械创新设计实践简易自动清扫马路装置说明书

学院：机械工程学院

专业：机械工程及自动化

班级：机自1205班

设计者：

2014年5月20日

目录

1、设计题目

简易自动清扫马路装置

2、设计目的

目前道路清扫主要靠人力扫把、铁锹等完成，体力消耗大，效率低下，且在马路上清扫危险性高。先进的汽车清扫，造价高、费用大、维修困难，且对道路有一定的要求。不经济，不实用。为了解决耗费人力物力，满足经济实用的要求，特设计这款简易自动清扫马路装置。其具有节省人力物力，操作简单，工作原理简单等优点。可以直接把该装置连在前进的车上，实现清扫的功能。该装置主要适合于路面清扫面积大，主要杂物为砂石难于清扫的路面。该设备采用简单的齿轮传动机构实现转动的功能，省时省力，经济适用。

3、工作原理

该装置利用锥齿轮实现了力的传递，同时运用的轴承，等构件组成该装置。装置的主体是一根轴相连的两个大车轮，轮轴上焊接上框架，增强转置的稳定性，在机架上焊接拉杆，用于连接在前进的车上。机架上部装有固定转轴的机

架，用于固定带动清扫的转轴，且该架上要有两个用于安放轴承的位置，能够将带动清扫的转轴固定，且减小了摩擦。连接两个轮子的轴的靠近中间部位装有一个固定于轴上的锥齿轮，其随车轮的转动而转动，该齿轮与装在树枝面的用于带动清扫装置转动的轴上的另外一个同模数的锥齿轮相啮合，可以实现将车轮的转动传递到带动扫把清扫的转轴的转动。在带动清扫的轴上装上一个能够安装扫把的大圆盘，用于安装扫把，同时可以实现调整扫把的长度及数量的功能。通过简单的几个构件，这样一款自动清扫马路装置就课一实现预期的功能。在使用时将其连接在前进车辆的后部，前进车辆带动装置前进，装置上的车轮转动，并同时带动与其通过锥齿轮啮合传动的竖直轴转动，竖直周带动清扫圆盘，清扫圆盘上的扫把转动起来，将地面上的杂物清扫到路边。为了实现不同的转动方向的要求，在连接轮子的杆上装有两个齿轮，可以实现不同方向的转动要求。当前进车辆的行进速度加快时，装置的轮子同样加快速度，实现加快清扫速度的功能。当装置停止清扫时，但车辆还会继续前进，为了停止清扫圆盘的转的，课一将互相啮合的锥齿轮分离，实现停止清扫的功能。装置的结构简图及主要零件件见下图。

4、机构简图

1、车轮

2、车轴

3、锥齿轮（固连与轴上）

4、锥齿轮（带动圆盘转动）

5、锥齿轮（转换方向用）

6、圆盘轴

7、圆盘（装扫把）

8、机架

9、拉杆（用于连接车辆）

机构简图解析：

该装置主要用于打扫有很多砂石难于清扫的路面。使用时将该装置连接在前进的车辆上，将连杆9连接于车辆上，

车辆前进同时带动装置前进，装置的轮子1随之转动，轮子的轴2随着轮子转动，其上与竖直杆啮合的锥齿轮3、4转动，带动圆盘7上的扫把转动，转动的扫把与地面接触，将路面上难于清扫的砂石扫向路边。为了实现圆盘7的不同转向，在轴上装有备用锥齿轮5，用于装换方向。竖直轴与机架之间装有轴承，减小摩擦。为了固定圆盘，使装置工作时候更加稳定，可以用连杆把横轴与竖轴连接加固。不工作时，为了防止圆盘转动，可以把相互啮合的齿轮分开，让圆盘停止转动。同时圆盘所固定的扫把同样可以利用连杆机构将其收起。相关方便灵活的实现打扫的功能。圆锥齿轮的相关参数及传动比参考查阅相关资料，锥齿轮资料见附件。

5、装置零件图

（2）

（3）

（4）

轴承锥齿轮啮合传动示意图：

7、附录（资料）：

锥齿轮的设计与计算

14.3 弧齿锥齿轮几何参数设计计算

弧齿锥齿轮各参数的名称如图14-6所示。弧齿锥齿轮的轮坯设计，就是要确定这些参数的计算公式和处理方法。

14.3.1 弧齿锥齿轮基本参数的确定

在进行弧齿锥齿轮几何参数设计计算之前，首先要确定弧齿锥齿轮副的轴交角、齿数、模数、旋向、螺旋角，压力角等基本参数：

1） 弧齿锥齿轮副的轴交角∑和传动比i 12，根据齿轮副的传动要求确定。

2） 根据齿轮副所要传动的功率或扭矩确定小轮外端的节圆直径d 1和小轮齿数z 1[格里森二

文集]

，z 1一般不得小于5。弧齿锥齿轮的外端模数m 可直接按公式

m ＝

1

1

z d (14-34) 确定，不一定要圆整。弧齿轮齿轮没有标准模数的概念。

3） 大轮齿数可按公式

Z 2＝i 12Z 1 (14-35）

计算后圆整，大轮齿数与小轮齿数之和不得少于40，本章后面介绍的非零变位设计可突破这一限制。

4） 根据大轮和小轮的工作时的旋转方向确定齿轮的旋向。齿轮的旋向根据传动要求确定，它的选择应保证齿轮副在啮合中具有相互推开的轴向力。这样可以增大齿侧间隙，避免因无间隙而使齿轮楔合在一起，造成齿轮损坏。齿轮旋向通常选择的原则是小轮的凹面和大轮的凸面为工作面。

5） 为了保证齿轮副传动时有足够的重合度，设计弧齿锥齿轮副应选择合适的螺旋角。螺旋角越大，重合度越大，齿轮副的运转将越平稳，但螺旋角太大会增大齿轮的轴向推力，加剧轴向振动，同时会使箱体壁厚增加，反倒引起一些不利因素。因此，通常将螺旋角选择在30º~40º之间，保证轴面重合度不小于1.25。

图14-6 弧齿锥齿轮齿坯参数

6）弧齿锥齿轮的标准压力角有16º、20º、22.5º，通常选20º。压力角太小会降低轮齿强度，并容易发生根切；压力角太大容易使齿轮的齿顶变尖，降低重合度。

7）锥齿轮的齿面宽b 一般选择大于或等于10m 或0.3 R e 。将齿面设计得过宽并不能增加齿轮的强度和重合度。当负荷集中于齿轮端时，反而会增加齿轮磨损和折断的危险。 14.3.2 弧齿锥齿轮几何参数的计算

基本参数确定之后可进行轮坯几何参数的计算，其过程和步骤如下： 小轮、大轮的节圆直径d 1、d 2

d 1＝mZ 1 d 2＝mZ 2 (14-36） 外锥距R e

R e ＝

2

2

sin 2d δ (14-37）

为了避免弧齿锥齿轮副在传动时发生轮齿干涉，弧齿锥齿轮一般都采用短齿。格里森公司推荐当小轮齿数z １≥12时，其工作齿高系数为1.70，全齿高系数为1.888。这时，弧齿锥齿轮的工作齿高h k 和全齿高h t 的计算公式为

h k ＝1.70 m (14-38) h t ＝1.888 m (14-39) 当z 1<12时齿轮的齿高必须有特殊的比例，否则将会发生根切。工作齿高系数、全齿高系数的选取按表14-1进行。

在弧齿锥齿轮的背锥上，外端齿顶圆到节圆之间的距离称为齿顶高，节圆到根圆之间的距离称为齿根高，由图14-6可以看到，全齿高是齿顶高和齿根高之和。

为了保证弧齿锥齿轮副在工作时小轮和大轮具有相同的强度，除传动比i12＝1的弧齿锥齿轮副之外，所有弧齿锥齿轮副都采用高度变位和切向变位。根据美国格里森的标准，高度变位系数取为

x 1＝-x 2 = 0.39 ( 1－

1

22

1cos z cos z δδ) (14-40)

大轮的变位系数x 2为负，小轮的变位系数x 1为正，它们大小相等，符号相反。因此，小轮的齿顶高h ae 1和大轮的齿顶高h ae2为

h ae1＝

m x h k 12

1

+ (14-41) h ae2＝

m x h k 22

1

+ (14-42） 用全齿高减去齿顶高，就得到弧齿锥齿轮的齿根高