機械原理課程設(shè)計半自動拖地機

1、一、 半自動拖地機簡介半自動拖地機可用于大型商場，廣場地面及墻面的清洗，通過電動機帶動。高效又環(huán)保。其特有的地面圓盤可以一開一合，增大與地面摩擦的頻率，從而更高效地清洗地面。另外半自動拖地機還帶有清洗墻面圓盤系統(tǒng)，可以實現(xiàn)上下左右全方位地運動，從而更全面地清洗墻面。為了使半自動拖地機清洗過的地面不至于太潮濕與光滑，拖地機還帶有風扇系統(tǒng)，及時吹干清洗過的地面與墻面。半自動拖地機電動機減速系統(tǒng)風扇系統(tǒng)動力輪系統(tǒng)地面圓盤系統(tǒng)墻面圓盤系統(tǒng)吹干地面吹干墻面1-1 設(shè)計題目：半自動拖地機1-2 設(shè)計條件：通過課程設(shè)計實習，全面分析實驗室現(xiàn)有設(shè)備：機器動力源、工作原理、主要技術(shù)參數(shù)（如生產(chǎn)率、電機型號、電機

2、轉(zhuǎn)速、電機功率、適應(yīng)參數(shù)范圍等）；包含哪些執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)自由度是多少；從電機到執(zhí)行構(gòu)件的傳動比是多少，傳動方案是什么等。請指出實驗室設(shè)備的缺陷，且不必拘泥于“機械、機構(gòu)”的研究范疇，嘗試從功能角度出提出改進創(chuàng)意。設(shè)計參數(shù)：1、 半自動拖地機的前進速度為0.1m/s2、 動力小輪直徑為0.1m3、地面圓盤張合頻率為4hz4、地面圓盤直徑為1m 5、墻面圓盤直徑為0.1m6、墻面圓盤上下移動或者左右移動的頻率為2hz7、墻面圓盤上下移動或者左右移動的最大幅度為0.5m8、主傳動機構(gòu)許用壓力角=40輔助傳動機構(gòu)許用壓力角=709、電動機轉(zhuǎn)速n=1400r/min10、電動機功率儲備系數(shù) =1.5

3、11、小風扇功率為1w1-3 設(shè)計任務(wù)1、繪制整體及各部分機構(gòu)示意圖，并說明各部分機構(gòu)可以實現(xiàn)的功能。2、設(shè)計減速系統(tǒng) （1）設(shè)計減速傳動系統(tǒng)。電動機轉(zhuǎn)速n=1400r/min,要減到適合的工作頻率，確定傳動方案，及各級減速傳動比的大小，繪制傳動簡圖。 （2）設(shè)計齒輪傳動。若采用了齒輪傳動，按等強度或等壽命條件設(shè)計齒輪傳動，繪制齒輪嚙合圖。編寫程序計算基本幾何尺寸，驗算重合度，小齒輪頂厚度，不根切條件及過渡曲線不干涉條件。 3、設(shè)計動力輪系統(tǒng) （1）動力輪系統(tǒng)中后輪驅(qū)動拖地機前行，前輪控制方向。 （2）動力輪系統(tǒng)中加有制動裝置，以便緊急情況下的及時停止運動。 4、設(shè)計地面圓盤系統(tǒng) （1）地面圓

4、盤邊緣分為四個小塊，通過凸輪的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)開合運動。 （2）通過錐齒輪實現(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為凸輪的轉(zhuǎn)動。 5、設(shè)計墻面圓盤系統(tǒng) （1）墻面圓盤系統(tǒng)原理為曲柄滑塊機構(gòu)，電動機帶動不同的曲柄實現(xiàn)圓盤上下或左右的往復移動。 （2）通過角度的調(diào)節(jié)，使墻面圓盤的移動幅度可以調(diào)節(jié)。 （3）墻面圓盤系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)裝有彈簧，使其可以伸縮自如，不僅可以清洗平直的墻面，也可以清洗帶有曲率的墻面。 6、設(shè)計風扇系統(tǒng) （1）風扇系統(tǒng)的動力由自帶的小型電動機提供。 （2）風扇可通過連桿裝置調(diào)節(jié)到地面或者墻面，吹干剛清洗過的地面或墻面。二、繪制整體及各部分機構(gòu)示意圖，并說明各部分機構(gòu)可以實現(xiàn)的功能。2-1整體外形示意圖1 墻面

5、圓盤 2.風扇 3.動力輪 4.地面圓盤2-2地面圓盤系統(tǒng)示意圖該圓盤由邊緣四小塊a,b,c,d和中心凸輪e組成，通過凸輪e的轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)邊緣四小塊的開合運動，增大與地面的摩擦，更好地清洗地面。2-3墻面圓盤系統(tǒng)示意圖墻面圓盤系統(tǒng)的原理為一曲柄滑塊機構(gòu)，如上圖所示。為了實現(xiàn)墻面圓盤移動幅度的調(diào)節(jié)，我們設(shè)計了如下的機構(gòu)：由于曲柄滑塊機構(gòu)中滑塊能移動的距離為一固定值，即圖中四條線段l1,l2,l3和l4的長度,通過調(diào)節(jié)這些線段的位置就可以調(diào)節(jié)墻面圓盤的移動幅度。如：l1調(diào)節(jié)的范圍最寬，l4最窄。三、減速系統(tǒng)的設(shè)計3-1計算傳動比 （1）電動機轉(zhuǎn)速為1400r/min,半自動拖地機前進速度為0.1

6、m/s,即6m/min,同時4個動力小輪的直徑都為0.1m,則小輪圓周長0.1，則電動機與動力輪系統(tǒng)之間的傳動比為i1=1400/(6/0.1)70；（2）電動機轉(zhuǎn)速為1400r/min，墻面圓盤上下移動或者左右移動的頻率為2hz，即一秒鐘曲柄轉(zhuǎn)2次，轉(zhuǎn)速即為120r/min,則電動機與墻面圓盤系統(tǒng)之間的傳動比為i2=1400/120=35/3;（3）電動機轉(zhuǎn)速為1400r/min，地面圓盤張合頻率為4hz，即一秒鐘底部凸輪轉(zhuǎn)2次，轉(zhuǎn)速即為120r/min，則電動機與地面圓盤系統(tǒng)之間的傳動比為i3=1400/120=35/3;四、傳動方案論證4-1第一級減速系統(tǒng)方案方案一：帶輪減速系統(tǒng) 帶傳動

7、適用于要求傳動平穩(wěn)、傳動比不要求準確，100kw一下的中小功率的遠距離傳動，也可應(yīng)用于本方案中的半自動拖地機。帶傳動優(yōu)點：可用于中心距較大的兩軸間的傳動；有良好的撓性和彈性；能吸震和緩沖，傳動平穩(wěn)噪聲?。挥羞^載保護功能，當過載時輪緣打滑，防止其它的機件損壞；結(jié)構(gòu)簡單，制造，安裝和維護均較方便。缺點：不能夠保證恒定的傳動比，傳動精度和效率低；帶對軸有很大的壓軸力；帶傳動裝置結(jié)構(gòu)不夠緊湊；帶的壽命較短；不適用于高溫、易燃及有腐蝕介質(zhì)的場合。 工作過程：原動機驅(qū)動主動帶輪轉(zhuǎn)動，通過帶與帶輪之間的摩擦力，使從動帶輪一起轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)運動和動力的傳遞。 方案二：鏈條減速系統(tǒng)鏈傳動由兩個鏈輪和繞在兩輪上的

8、中間撓性件-鏈條所組成?？挎湕l與鏈輪之間的嚙合來傳遞兩平行軸之間的運動和動力，屬于具有嚙合性質(zhì)的強迫傳動。其中應(yīng)用最廣泛的是滾子鏈傳動。 鏈傳動的優(yōu)點是：可以在兩軸中心距較遠的情況下傳遞運動和動力。能在低速，重載和高溫條件下及塵土大的情況下工作。能夠保證準確的傳動比，傳遞功率較大，并且作用在軸上的力較小。傳動效率高。鏈傳動的缺點是：鏈條的鉸鏈磨損后，使節(jié)距變大造成脫節(jié)。安裝和維護要求較高。方案三：齒輪減速系統(tǒng)（1）直齒輪傳動的優(yōu)點：傳動性能好，承載能力高，傳動的功率范圍廣，傳動效率高且工作可靠，壽命長缺點：要求較高的制造和安裝精度，成本較高，且只適用于于電機平行軸之間的減速傳動（2）平行軸斜齒

9、輪的優(yōu)點：嚙合性能好，重合度大，傳動平穩(wěn)，可獲得更為緊湊的結(jié)構(gòu)，且制造成本與直齒輪相同。 缺點：產(chǎn)生軸向力，且隨螺旋角的增大而增大，所以可以采用人字齒，但是人字齒的加工制造較為困難。方案選擇：經(jīng)對比，齒輪傳動由于要求較高的制造和安裝精度，成本較高；鏈條傳動由于噪音教大，平穩(wěn)性不好，因此不用。而帶傳動由于有良好的撓性和彈性，能吸震和緩沖，傳動平穩(wěn)，噪聲小，結(jié)構(gòu)簡單，制造，安裝和維護均較方便，符合半自動拖地機的要求，因此，選用方案一。4-2第二級減速系統(tǒng)方案 方案一：圓柱齒輪減速系統(tǒng)齒輪傳動的承載能力及其可靠性，主要取決于齒輪齒體及齒面抵抗各種失效的能力。齒輪傳動中常見的失效形式主要有：輪齒折斷、

10、齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合和齒面塑性變形。齒輪傳動的主要優(yōu)點為：傳遞功率大、速度范圍廣、效率高、工作可靠，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，能保證恒定的瞬時傳動比，可傳遞空間任意兩軸間的運動。其主要缺點為：制造和安裝精度要求高、成本高、不宜用于中心距較大的傳動。齒輪傳動在工作過程中應(yīng)滿足兩項基本要求：（1）傳動平穩(wěn)：要求齒輪傳動的瞬時傳動比不變，盡量減少沖擊、振動和噪聲，以保證機器的正常工作。（2）承載能力高：要求在尺寸小、重量輕的前提下，輪齒的強度高、耐磨性好，在預定的使用期內(nèi)不出現(xiàn)斷齒、齒面點蝕及嚴重磨損等現(xiàn)象。 方案二：渦輪減速系統(tǒng)渦輪蝸桿傳動優(yōu)點：傳動比大，傳動平穩(wěn)，噪聲低，可制成具有自鎖性的蝸桿。

11、缺點：傳動效率低，易磨損，發(fā)熱量大，制造成本高。這里并不需要極大的傳動比，所以用不著渦輪了。在蝸桿傳動中，蝸輪輪齒的失效形式有點蝕、磨損、膠合和輪齒彎曲折斷。但一般蝸桿傳動效率較低，滑動速度較大，容易發(fā)熱等，故膠合和磨損破壞更為常見。 方案三：錐齒輪減速系統(tǒng)圓錐齒輪機構(gòu)是用來傳遞兩相交軸之間運動和動力的一種齒輪機構(gòu)。錐齒輪傳動優(yōu)點：可輕松實現(xiàn)輸入輸出軸相交的傳動，傳動比較大，可實現(xiàn)較高速度的傳動。嚙合好，噪音低。壽命較長，工作穩(wěn)定可靠 。缺點:制造精度要求高。方案選取：經(jīng)過對比，因為渦輪蝸桿傳動效率低，易磨損，發(fā)熱量大，制造成本高，且由于第二級減速系統(tǒng)并不要求較高的傳動比，因此不用；圓錐齒輪可

12、以改變方向，但在半自動拖地機中，電動機到動力輪以及墻面圓盤系統(tǒng)的傳動不需要改變方向，因此對于動力輪系統(tǒng)和墻面圓盤系統(tǒng)選用圓柱齒輪傳動，對于地面圓盤系統(tǒng)，由于要改變方向，因此選用圓錐齒輪傳動。五、分配各級減速比 5-11、對于動力輪系統(tǒng)，第一級為帶傳動，取其傳動比為i=7,第二級為圓柱齒輪傳動，取其傳動比為i=10, 滿足帶輪傳動比小于齒輪傳動比的要求。其中皮帶輪傳動是過載保護裝置。2、對于墻面圓盤系統(tǒng)，第一級為帶傳動，取其傳動比為i=7/3,第二級為圓柱齒輪傳動，取其傳動比為i=5, 滿足帶輪傳動比小于齒輪傳動比的要求。其中皮帶輪傳動是過載保護裝置。3、對于地面圓盤系統(tǒng)，第一級為帶傳動，取其傳

13、動比為i=7/3,第二級為圓錐齒輪傳動，取其傳動比為i=5, 滿足帶輪傳動比小于齒輪傳動比的要求。其中皮帶輪傳動是過載保護裝置。5-21、對于動力輪系統(tǒng)：帶傳動部分：i=7齒輪傳動部分：齒輪傳動比為i=10采用變位齒輪傳動 取z1=15 z2=150兩齒輪的模數(shù)m=5mm、ha*=1、c*=0.25漸開線標準齒輪不根切的最小齒數(shù)為zmin=17(ha*=1, =20)采用變位齒輪則變位齒輪不根切的最小變位系數(shù)x= ha* x (zmin-z)/zmin，x1min=1x(17-15)/17=0.1176x2min=1x(17-150)/17=-7.8235齒輪的相關(guān)參數(shù)及計算所得的相關(guān)數(shù)據(jù)如下

14、表所示：齒輪1齒輪2分度圓直徑d1=75d2=750齒頂高ha1=5ha2=5齒根高hf1=6.25hf2=6.25全齒高h1=11.25h2=11.25齒頂圓直徑da1=85da2=760齒根圓直徑df1=62.5df2=737.5基圓直徑db1=70.5db2=704.8齒距p1=15.7p2=15.7齒厚s1=7.85s2=7.85槽寬e1=7.85e2=7.85中心距a1=412.5a2=412.5頂隙c1=1.25c2=1.25基圓齒距pb1=14.76pb2=14.76法向齒距pn1=14.76pn2=14.76通過c語言進行編程的具體步驟為：#include#define pi

15、3.14159264main() double m=5.0,a=20,ha=1,c=0.25,z1=15,z2=150,x1=0.12,x2= -7.82,p1,p2,r1,r2rb1,rb2,ha1,ha2,hf1,hf2,ra1,ra2,rf1,rf2,s1,s2,e1,e2/*定義齒輪各基本參數(shù)值及基本尺寸符號*/p3=p4=pi*m; /*計算分度圓周節(jié)*/ r1=m*z1/2;r2=m*z2/2; /*計算分度圓半徑*/ rb1=r1*cos(a);rb2=r2*cos(a); /*計算基圓半徑*/ ha1=ha*m+x1*m;ha2=ha*m+x2*m; /*計算齒頂高*/ hf1

16、= ha*m+c*m-x1*m;hf2= ha*m+c*m-x2*m; /*計算齒根高*/ ra1=r1+ha1;ra2=r2+ha2; /*計算齒頂圓半徑*/ rf1=r1-hf1;rf2=r2-hf2; /*計算齒根圓半徑*/ s1=pi*m/2+2*x1*m*tan(a);s2=pi*m/2+2*x2*m*tan(a); /*計算分度圓齒厚*/ e1=pi*m/2-2*x1*m*tan(a);e2=pi*m/2-2*x2*m*tan(a); /*計算分度圓齒槽寬*/ printf(p1=p2=%fn r1=%f,r2=%fn rb1=%f,rb2=%fn ha1=%f,ha2=%fn h

17、f1=%f,hf2=%fn, p1,p2,r1,r2,rb1,rb2,ha1,ha2,hf1,hf2);printf(ra1=%f,ra2=%fn rf1=%f,rf2=%fn s1=%f,s2=%fn e1=%f,e2=%fn, ra1,ra2,rf1,rf2,s1,s2,e1,e2); /*打印輸出各量計算結(jié)果*/運行結(jié)果即為上表。2、對于墻面圓盤系統(tǒng)：帶傳動部分：i=7/3齒輪傳動部分：齒輪傳動比i=5采用變位齒輪傳動 取z1=15 z2=75兩齒輪的模數(shù)m=5mm、ha*=1、c*=0.25漸開線標準齒輪不根切的最小齒數(shù)為zmin=17(ha*=1, =20)采用變位齒輪則變位齒輪不根

18、切的最小變位系數(shù)x= ha* x (zmin-z)/zmin，x1min=1x(17-15)/17=0.1176x2min=1x(17-75)/17=-3.4118齒輪的相關(guān)參數(shù)及計算所得的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：齒輪1齒輪2分度圓直徑d1=75d2=375齒頂高ha1=5ha2=5齒根高hf1=6.25hf2=6.25全齒高h1=11.25h2=11.25齒頂圓直徑da1=85da2=385齒根圓直徑df1=62.5df2=362.5基圓直徑db1=70.5db2=352.4齒距p1=15.7p2=15.7齒厚s1=7.85s2=7.85槽寬e1=7.85e2=7.85中心距a1=225a2=2

19、25頂隙c1=1.25c2=1.25基圓齒距pb1=14.76pb2=14.76法向齒距pn1=14.76pn2=14.76通過c語言進行編程的具體步驟為：#include#define pi 3.14159264main() double m=5.0,a=20,ha=1,c=0.25,z1=15,z2=75,x1=0.12,x2= -3.41,p1,p2,r1,r2rb1,rb2,ha1,ha2,hf1,hf2,ra1,ra2,rf1,rf2,s1,s2,e1,e2/*定義齒輪各基本參數(shù)值及基本尺寸符號*/p3=p4=pi*m; /*計算分度圓周節(jié)*/ r1=m*z1/2;r2=m*z2/2

20、; /*計算分度圓半徑*/ rb1=r1*cos(a);rb2=r2*cos(a); /*計算基圓半徑*/ ha1=ha*m+x1*m;ha2=ha*m+x2*m; /*計算齒頂高*/ hf1= ha*m+c*m-x1*m;hf2= ha*m+c*m-x2*m; /*計算齒根高*/ ra1=r1+ha1;ra2=r2+ha2; /*計算齒頂圓半徑*/ rf1=r1-hf1;rf2=r2-hf2; /*計算齒根圓半徑*/ s1=pi*m/2+2*x1*m*tan(a);s2=pi*m/2+2*x2*m*tan(a); /*計算分度圓齒厚*/ e1=pi*m/2-2*x1*m*tan(a);e2=

21、pi*m/2-2*x2*m*tan(a); /*計算分度圓齒槽寬*/ printf(p1=p2=%fn r1=%f,r2=%fn rb1=%f,rb2=%fn ha1=%f,ha2=%fn hf1=%f,hf2=%fn, p1,p2,r1,r2,rb1,rb2,ha1,ha2,hf1,hf2);printf(ra1=%f,ra2=%fn rf1=%f,rf2=%fn s1=%f,s2=%fn e1=%f,e2=%fn, ra1,ra2,rf1,rf2,s1,s2,e1,e2); /*打印輸出各量計算結(jié)果*/運行結(jié)果即為上表。3、對于地面圓盤系統(tǒng)：帶傳動部分：i=7/3齒輪傳動部分：齒輪傳動比i

22、=5采用變位齒輪傳動 取z1=15 z2=75兩齒輪的模數(shù)m=5mm、ha*=1、c*=0.25漸開線標準齒輪不根切的最小齒數(shù)為zmin=17(ha*=1, =20)采用變位齒輪則變位齒輪不根切的最小變位系數(shù)x= ha* x (zmin-z)/zmin，x1min=1x(17-15)/17=0.1176x2min=1x(17-75)/17=-3.4118齒輪的相關(guān)參數(shù)及計算所得的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：齒輪1齒輪2分度圓直徑d1=75d2=375齒頂高ha1=5ha2=5齒根高hf1=6.25hf2=6.25全齒高h1=11.25h2=11.25齒頂圓直徑da1=85da2=385齒根圓直徑df1

23、=62.5df2=362.5基圓直徑db1=70.5db2=352.4齒距p1=15.7p2=15.7齒厚s1=7.85s2=7.85槽寬e1=7.85e2=7.85中心距a1=225a2=225頂隙c1=1.25c2=1.25基圓齒距pb1=14.76pb2=14.76法向齒距pn1=14.76pn2=14.76通過c語言進行編程的具體步驟為：#include#define pi 3.14159264main() double m=5.0,a=20,ha=1,c=0.25,z1=15,z2=75,x1=0.12,x2= -3.41,p1,p2,r1,r2rb1,rb2,ha1,ha2,hf1

24、,hf2,ra1,ra2,rf1,rf2,s1,s2,e1,e2/*定義齒輪各基本參數(shù)值及基本尺寸符號*/p3=p4=pi*m; /*計算分度圓周節(jié)*/ r1=m*z1/2;r2=m*z2/2; /*計算分度圓半徑*/ rb1=r1*cos(a);rb2=r2*cos(a); /*計算基圓半徑*/ ha1=ha*m+x1*m;ha2=ha*m+x2*m; /*計算齒頂高*/ hf1= ha*m+c*m-x1*m;hf2= ha*m+c*m-x2*m; /*計算齒根高*/ ra1=r1+ha1;ra2=r2+ha2; /*計算齒頂圓半徑*/ rf1=r1-hf1;rf2=r2-hf2; /*計算

25、齒根圓半徑*/ s1=pi*m/2+2*x1*m*tan(a);s2=pi*m/2+2*x2*m*tan(a); /*計算分度圓齒厚*/ e1=pi*m/2-2*x1*m*tan(a);e2=pi*m/2-2*x2*m*tan(a); /*計算分度圓齒槽寬*/ printf(p1=p2=%fn r1=%f,r2=%fn rb1=%f,rb2=%fn ha1=%f,ha2=%fn hf1=%f,hf2=%fn, p1,p2,r1,r2,rb1,rb2,ha1,ha2,hf1,hf2);printf(ra1=%f,ra2=%fn rf1=%f,rf2=%fn s1=%f,s2=%fn e1=%f,

26、e2=%fn, ra1,ra2,rf1,rf2,s1,s2,e1,e2); /*打印輸出各量計算結(jié)果*/運行結(jié)果即為上表。地面圓盤系統(tǒng)的設(shè)計電動機經(jīng)過減速系統(tǒng)減速后，中心凸輪獲得了2r/s轉(zhuǎn)速，地面圓盤系統(tǒng)為了能夠正常的工作，必須保持中心凸輪與邊緣的四個從動件時刻保持高副接觸。在地面圓盤的上方有四根連桿連接中心凸輪的四個從動件，連桿中裝有彈簧，以保證四個從動件與中心凸輪的緊密接觸，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：凸輪機構(gòu)的設(shè)計：方案一：凸輪為橢圓狀，最大的向徑為0.4m，最小向徑為0.2m，厚度為0.1m，從動件為四個扇形，半徑為r=(1-0.4/2)/20.36m(計算原理見圖-2)，厚度為0.1m，如

27、圖-1（只畫出了凸輪與四個從動件中的一個相連）所示，整個地面圓盤的直徑就為兩個扇形的直徑加上中心凸輪最大向徑與最小向徑的平均數(shù)，即為1m，符合參數(shù)的要求。此時，從動件為曲面從動件，凸輪與從動件之間直接高副接觸，摩擦力較大。 圖-1 圖-2方案二：如圖-3（只畫出了凸輪與四個從動件中的一個相連）所示，凸輪為橢圓狀，但是在橢圓的邊緣裝上小滾輪，凸輪的最大向徑為0.5m，最小向徑為0.3m，厚度為0.1m，小滾輪的直徑為0.002m，厚度為0.1m，比凸輪向徑的值少兩個數(shù)量級，因此對凸輪向徑值的影響微乎其微的，四個從動件扇形的半徑為r=(1-0.5/2)/20.32m，厚度為0.1m，整個地面圓盤的

28、直徑就為兩個扇形的直徑加上中心凸輪最大向徑與最小向徑的平均數(shù)，即為1m，符合參數(shù)的要求。圖-3方案三：如圖-4（只畫出了凸輪與四個從動件中的一個相連）所示凸輪為橢圓狀，四個從動件為扇形，但在與凸輪接觸處連接一個平底，與四個扇形從動件是連接在一起的，凸輪的最大的向徑為0.4m，最小向徑為0.2m，厚度為0.1m，從動件扇形的半徑為r=(1-0.4/2)/20.36m，厚度為0.1m，平底為長0.3m，寬0.1m的薄片，厚度為0.001m，因此平底的厚度對整個地面圓盤的直徑的影響微乎其微，整個地面圓盤的直徑仍舊為兩個扇形的直徑加上中心凸輪最大向徑與最小向徑的平均數(shù)，即為1m，符合參數(shù)的要求。圖-4

29、經(jīng)過對比，方案一凸輪與從動件之間是高副接觸，摩擦力較大，使電動機負載過大，影響半自動拖地機的正常運轉(zhuǎn)；方案三在扇形底部加一個薄平底，這容易導致平底的斷裂或焊接不牢，而且也具有一定的摩擦力，而且平底的出現(xiàn)使得凸輪對扇形從動件的作用力不能總是通過扇形圓心，不利于從動件的開合運動；而方案二中的滾珠有利的減小了摩擦力，而且凸輪對扇形從動件的作用力始終作用于扇形的圓心，有利于地面圓盤的開合運動，因此最終選定方案二。方案二凸輪結(jié)構(gòu)的內(nèi)部分析：（1）凸輪廓線設(shè)計：半自動拖地機的地面圓盤系統(tǒng)中的凸輪設(shè)計為橢圓形狀，因為從動只要有規(guī)律的開合運動便達到與地面增加摩擦的目的，而并非向其他機械那樣需要從動件去完成某種

30、特定的軌跡，因此，我們遵照方案二將凸輪設(shè)計為橢圓形，這種輪廓的凸輪外形全為外凸形狀，更好的與從動件接觸，有利于從動件的開合運動。具體參數(shù)為，橢圓形凸輪的最大向徑為0.5m，最小向徑為0.3m。（2） 壓力角：如圖所示，凸輪最開始與扇形從動件接觸時如下圖-5（由于小滾輪不影響分析，暫時將其略去）所示：圖-5隨著凸輪沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)到最大向徑與y軸重合時，壓力角在不斷增大，最終等于90，扇形從動件達到最大升距，對每個從動件，壓力角的變化規(guī)律都是一樣的，根據(jù)這一規(guī)律我們可以制作出從動件的運動規(guī)律圖： 根據(jù)前面的計算，地面圓盤的開合頻率為2hz，則中心凸輪的轉(zhuǎn)速為2r/s,為了簡化計算過程，我們將橢圓

31、形凸輪簡化為一條線段，常為0.5m，即橢圓形凸輪的最大向徑，如圖-6所示，圖中的l1到l5即代表不同位置出凸輪，它們的長度都恒為0.5m（圖中由于是靜態(tài)的圖，所以無法將五條線段畫成等長度，但是計算時要用0.5m帶入計算）圖-6分析上圖-6，帶入?yún)?shù)計算可得bae=67.06已知ae=0.32m,ef長度為0.5/2=0.25m，efg=45，可求得eg=fg=0.177m,一開始（ef代表凸輪最開始的位置，凸輪沿逆時針轉(zhuǎn)動）a點距離fg的距離為:s1=aecos(bae/2)+eg=0.444m當凸輪沿逆時針轉(zhuǎn)過90/8=11.25時，a點距離fg的距離為:s2=aecos(bae/2-bae

32、/8)+efsin（45+11.25）=0.498m當凸輪沿逆時針轉(zhuǎn)過,22.5時，a點距離fg的距離為:s3= aecos(bae/2-2bae/8)+efsin（45+22.5）=0.537m當凸輪沿逆時針轉(zhuǎn)過33.75時，a點距離fg的距離為:s4= aecos(bae/2-3bae/8)+efsin（45+33.75）=0.562m當凸輪沿逆時針轉(zhuǎn)過45時，a點距離fg的距離為:s5=ao+of=0.32+0.25=0.57m當凸輪沿逆時針轉(zhuǎn)過56.25時，a點距離fg的距離為:s6=s4=0.562m當凸輪沿逆時針轉(zhuǎn)過67.5時，a點距離fg的距離為:s7=s3=0.537m當凸輪沿

33、逆時針轉(zhuǎn)過78.75時，a點距離fg的距離為:s8=s2=0.498m當凸輪沿逆時針轉(zhuǎn)過90時，a點距離fg的距離為:s9=s1=0.444m運用excel進行分析，可得出如下的從動件運動規(guī)律的數(shù)據(jù)如下：時間/s位移/m時間/s位移/m00.4440.50.4440.0156250.4980.5156250.4980.031250.5370.531250.5370.0468750.5620.5468750.5620.06250.570.56250.570.0781250.5620.5781250.5620.093750.5370.593750.5370.1093750.4980.6093750

34、.4980.1250.4440.6250.4440.1406250.4440.6406250.4440.156250.4440.656250.4440.1718750.4440.6718750.4440.18750.4440.68750.4440.2031250.4440.7031250.4440.218750.4440.718750.4440.2343750.4440.7343750.4440.250.4440.750.4440.2656250.4980.7656250.4980.281250.5370.781250.5370.2968750.5620.7968750.5620.31250.

35、570.81250.570.3281250.5620.8281250.5620.343750.5370.843750.5370.3593750.4980.8593750.4980.3750.4440.8750.4440.3906250.4440.8906250.4440.406250.4440.906250.4440.4218750.4440.9218750.4440.43750.4440.93750.4440.4531250.4440.9531250.4440.468750.4440.968750.4440.4843750.4440.9843750.44410.444從動件運動規(guī)律的數(shù)據(jù)圖如

36、下由上圖可知，扇形從動件在運動過程中總是停歇-開合-停歇，由于有四個凸輪，兩個相對的凸輪為一組，當一組凸輪開合時，另一組停歇，反之亦然。墻面圓盤系統(tǒng)的設(shè)計半自動拖地機中墻面圓盤共有四個，我們就拿其中一個進行分析設(shè)計，其他的依樣畫葫蘆即可。墻面圓盤系統(tǒng)由兩個曲柄滑塊機構(gòu)和兩個分別調(diào)節(jié)上下和左右移動幅度的調(diào)節(jié)機構(gòu)組成，對于兩個曲柄滑塊機構(gòu)，也是分別控制上下和左右移動的，通過開關(guān)裝置來具體控制電動機對某一具體曲柄滑塊機構(gòu)的調(diào)節(jié)。由于上下和左右移動的運動原理相同，因此我們以上下移動為例進行具體分析：方案一：設(shè)計為偏置曲柄滑塊機構(gòu)，偏心距為0.25m，曲柄長度為0.15m，連桿長度為0.35m，可應(yīng)用余

37、弦定理計算滑塊的移動幅度為s2=(0.15+0.35)2 +(0.35-0.15) 2-2(0.15+0.35) (0.35-0.15), 可以計算求得s0.1m。 圖-1方案二：設(shè)計為對心曲柄滑塊機構(gòu)，曲柄長度為0.05m，連桿長度為0.35m，因此滑塊移動的幅度為s=（0.05+0.35）-（0.35-0.05）=0.1m圖-2經(jīng)過比較，方案一的偏置曲柄滑塊機構(gòu)存在急回運動特性，對于普通的清洗墻面而言并不需要這種急回特性，而且偏置曲柄滑塊機構(gòu)存在偏心距，橫向尺寸距離變大，設(shè)計較為復雜，設(shè)計成本高，不符合經(jīng)濟性原則；方案二的對心曲柄滑塊機構(gòu)簡易可行，設(shè)計成本低，機構(gòu)較為簡單，而同樣也可以完美

38、的實現(xiàn)墻面圓盤系統(tǒng)清潔墻面的功能，因此，我們選用方案二。對于方案二，我們進行具體分析：圖-3根據(jù)方案二中的參數(shù)可知：圖中圓aecf的半徑為0.05m，eg=fg=0.35m，bd=0.1m，bc=0.3由于1s時間內(nèi)，曲柄轉(zhuǎn)兩次，滑塊從b到g到d然后再返回b，這便是一次上下或者左右運動，由于頻率為2hz，因此，在1s時間內(nèi)有兩次上述運動，我們來研究滑塊的運動規(guī)律：設(shè)t0=0時，滑塊處于d點，d點距o點的距離為x0=0.4m（1）當t1=1/16s時，曲柄逆時針轉(zhuǎn)過45，我們做如下分析： 圖-4mon=45，因此on=mn=omcos45=0.05cos45=0.0354m，在rtmnr中，已知

39、mn=0.0354m,mr=0.35m,因此可求得nr2=mr2+mn2 ,求得nr=0.348m，所以r點距o點的距離為x2=on+nr=0.0354+0.348=0.3834m(2)當t2=2/16s時,曲柄轉(zhuǎn)過90，根據(jù)（1）中的分析，我們可以求得x2=（0.352-0.052）=0.3464m（3） 當t3=3/16s時,曲柄逆時針轉(zhuǎn)過135，此時與（1）的情況相反，參照（1）的算法得：x3=nr-no=0.3126 m（4） 當t4=4/16s時，曲柄逆時針轉(zhuǎn)過180，此時x4=bc=0.3m以上四步為滑塊從d到b的過程，然后從b到d的過程與上述過程相反，因此運用excel，可得滑塊

40、運動規(guī)律的數(shù)據(jù)如下：時間/s位移/m時間/s位移/m00.40.50.40.06250.38340.56250.38340.1250.34640.6250.34640.18750.31260.68750.31260.250.30.750.30.31250.31260.81250.31260.3750.34640.8750.34640.43750.38340.93750.383410.4滑塊運動圖如下：圖-5調(diào)節(jié)幅度機構(gòu)的設(shè)計：方案一：由于滑塊移動的幅度都為0.1m，因此下圖的調(diào)節(jié)裝置中的固定長度即為0.1m，操控墻面圓盤的機械手的長度為0.5m，將機械手等分成幾份，通過控制固定長度的所在位置，

41、我們可以調(diào)節(jié)機械手的轉(zhuǎn)動角度，進而控制墻面圓盤的移動幅度。如圖所示，aob明顯大于cod圖-6方案二：將方案二進行該進，運用杠桿原理通過小范圍的移動可以控制整個機械手的移動幅度，但這種方案的缺點在于滑塊控制機械手時承受的負載比方案一大，控制的幅度越小，滑塊的負載也越小，這一點與方案一相同。方案二也是通過控制角度來控制幅度。如圖-6，aob明顯大于cod，但滑塊處于ab上時所承受的負載明顯大于滑塊在cd處所承受的負載。圖-6經(jīng)過比較，方案一較為簡潔，但是滑塊的在機械手上移動距離過大，也就意味著必須將整個對心曲柄滑塊機構(gòu)進行很大范圍的移動，容易造成機器在運轉(zhuǎn)過程中的失穩(wěn)現(xiàn)象，因此方案一可行性不高；而方案二，雖然加重了滑塊控制機械手時的負載，但是，整個對心曲柄滑塊機構(gòu)卻不需要做大范圍的移動，有利整個半自動拖地機的穩(wěn)定性，因此我們選擇方案二。動力輪系統(tǒng)的設(shè)計： 半自動拖地機的動力輪系統(tǒng)由四個輪子組成，就好比汽車的四個輪子，兩個輪子負責驅(qū)動，另外兩個輪子負責轉(zhuǎn)向。對此我們提出了如下幾種方案： 方案一：如圖-1，前兩個輪子（輪1、輪