小型手推清扫车毕业设计说明书

毕 业 论 文

论文题目 小型手推式道路清扫车设计

系 别 专 业 班 级 学 号 学生姓名

指导教师（签名） 完成时间 2012 年 5 月

摘要

小型手推式道路清扫车是为城市住宅小区、厂矿、小街小巷等比较狭窄及有台阶的复杂路面的清扫而设计的专用车辆。结合未来的发展方向，以人性化、审美性和环保设计为立足点，基于人杌工程学的设计理念和设计理论，从人性化设计、功能区的布局和总体造型3个方面对小型清扫车进行了创新设计。此设备属中小型清扫工具，可以对各种大小的垃圾进行清理，两侧的清扫刷可方便的清扫墙角及靠近障碍物的地方。其特点是操作方便，结构紧凑，节能环保。在实际使用中，得到很好的作业效果。

本文介绍了该车的设计思想、主要部件的设计方案和技术参数。课题研究中，通过查阅搜集大量资料，对不同清扫设备进行分析对比最终确定出一种较为理想的道路清扫车的设计方案，然后根据已定方案进行了具体结构的设计计算，并使该设备的结构更加紧凑可靠。确定出各个机构零部件的尺寸及型号后，并对其进行了校核以保证其能够满足设计要求。由于该设备的零部件相对比较普通易于制造，因此该设备的制造成本较低，是一种较为理想的经济实用的道路清扫工具。

关键词：小型手推式道路清扫车 设计 环保 制造成本

I

The designing of a minitype hands push road sweeper

Abstract

A minitype hands push road sweeper is designed for road cleaning on complex roads which is compare narrow and has stairs in residential quarters of city, factory area, back street and so on. Combined with the future developing direction, based on ergonomics, a new small cleaning Vehi: ele wag designed. The innovating design considered humanization, aesthetics, and environment protection. The humanization design, function areas layout, and general modeling were introduced. This equipment is the medium and small sweeper, which can carry on the cleaning to each kind of trash. Both brushes can facilitate to sweep the wall corner and the near obstacle clearly. It features simple operation, compact structure, and high efficiency and it is better for energy conservation and environment protection.

The article introduces design theory, design plan of mostly parts and technology parameter of this vehicle. In this article, massive materials can be collected. One more ideal corridor sweeper design proposal has been determined by analysis and comparison of the different scavenging arrangement. Then the concrete structure design calculation can be made according to this plan. The structure of this equipment can be made more compacted. The strength of all parts are calculated, and they all guarantee the request of design. Because the parts of equipment can be made quite easily, and the production cost is quite low, it is one more ideal economical practical corridor sweeper.

Key Words: A minitype hands push road sweeper the design environmental

protection Production cost

II

目录

第1章 绪论 ................................................................................................................... 1

1.1 前 言 .................................................................................................................. 1 1.2 清扫设备的分类及工作原理 ............................................................................ 2 1.3 清扫机械的国内外发展状况及发展趋势 ........................................................ 4 1.4 发现的问题和解决途径 .................................................................................... 5 1.5 课题需要完成的任务 ........................................................................................ 6 第2章 清扫车的总体设计 ........................................................................................... 7

2.1 设计主要技术要求 ............................................................................................ 7 2.2 总体方案的确定 ................................................................................................ 7 第3章 电机驱动装置的确定 ....................................................................................... 9

3.1 蓄电池的选择 .................................................................................................... 9 3.2 电动机的选择 .................................................................................................. 10 第4章 V带和V带轮的结构设计 .............................................................................. 14

4.1 V带的带型选择及优缺点 ............................................................................... 14 4.2 对V带轮设计的主要要求 .............................................................................. 14 4.3 带轮材料的选用 .............................................................................................. 14 4.4 传动比的分配 .................................................................................................. 14 4.5 带轮的选择设计 .............................................................................................. 15 第5章 主轴及键的设计计算 ..................................................................................... 22

5.1 主轴的结构设计与计算 .................................................................................. 23 5.2 轴的校核 .......................................................................................................... 24 5.3 键的校核 .......................................................................................................... 26 第6章 锥齿轮的设计计算 ......................................................................................... 27

6.1 锥齿轮的各参数设计与计算 .......................................................................... 27 6.2 锥齿轮校核计算 .............................................................................................. 31 第7章 工作系统的设计 ............................................................................................. 33

7.1 侧刷装置的设计 .............................................................................................. 33 7.2 主刷装置的设计 .............................................................................................. 34 7.3 喷水装置的设计 .............................................................................................. 35 7.4 工作系统机构设计的特点与不足 .................................................................. 36 第8章 车架的设计与车体造型设计 ......................................................................... 37

8.1 车架的设计 ...................................................................................................... 37 8.2 车体造型设计 .................................................................................................. 38 8.3 清扫车的整体结构设计 .................................................................................. 39 总结 ................................................................................................................................. 41 参考文献 ......................................................................................................................... 42 谢辞 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

III

第1章 绪论

1.1 前 言

环保是世界发展的主题，是每个城市关注的焦点，也是每个人的责任。近年来环保设备更是相继而出，清扫车就是其中重要的环卫设备之一。路面清扫车是一种集路面清扫、垃圾回收和运输为一体的新型道路清扫设备。近年来，利用道路清扫车进行路面养护已经成为一种潮流，在未来它将成为城市中一道亮丽的风景线。

从20世纪60年代我国研制生产路面清扫机械并投放市场使用的主要是以大型清扫车为主，造价高、费用大、维修困难等原因普遍使用有一定难度，且其造型对城市的美化和宣传环保的作用并没有完全表现出来，也没有突出造型设计的人性化。而中小型清扫车的研制开发则刚刚起步，相对于发达国家，我国地面清扫车在销售规模、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。

目前，许多国家研制的小型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很微型。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，构造上也很灵巧简单美观，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。在这方面，国内的研发步伐较慢。我国已逐步进入现代化社会，靠人力扫把、铁锹、小车等陈旧、落后的清扫方式及设备，已不能满足社会进步的需要。特别是现代化的工厂不断建成，机关、小区、医院、学校和公共场地面的清扫工作也越来越繁重，靠大型清扫车不能解决问题，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、仓库、走廊等小区域场所的小型清扫设备。

由于人们对环境污染问题越来越重视，燃油车在很大程度上受到限制。政府大力提倡绿色能源设备。近日国家出台燃油含税的政策，给电动扫地车带来福音。小型清扫设备因其实用性强、 垃圾清扫率高 、污染小、成本底、结构紧凑、操作简单、维修方便等特点具有广泛的市场前景和实用价值。为了解决人力清扫耗力大、效率低、危险性高、维修困难及汽车清扫费用高等问题而提出了本实用小型手推式道路清扫车。该小型清扫车系统地总结了小型道路清扫车的发展状况，

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结合未来的发展方向，以人性化、审美性和环保设计为立足点，基于人机工程学的设计理念，从人性化设计、功能区的布局和总体造型3个方面对小型道路清扫车进行了创新设计。其工作效率高，适用于校园道路、街道广场、较大的院落、仓库、狭窄的小巷、走廊等，可供乡镇以上的城市全能使用，本机自代垃圾箱，在推行时就将路面上的杂物卷进垃圾箱，方便快捷。

小型手推式道路清扫车的有益效果是，利用锥形盘状滚刷与地面有一定角度

将垃圾扫到车体底部的路面中间，再利用圆柱形滚筒平行地面相切产生的旋转力，将路面上的垃圾通过滚筒的传送带送入垃圾箱，完成连续清扫任务。本机制造和使用成本低、投资小、使用广泛、灵活、方便，适用于城市、城乡、广场、场区等非机动路面；清扫效率高、清扫力度大、操作简单；不但能清扫垃圾，而且还可以对道路上的空气介质进行除尘净化，既保证了道路的美观，维护了环境的卫生，延长了路面的使用寿命，又维持了路面的良好工作状况，预防了交通事故的发生。

本文具体介绍了小型手推式道路清扫车的总体设计，并根据现在清扫机发展趋势及我国国情详细说明了设计的过程以及所应用的参考文献，并以图例和数据表格来辅助说明设计的详细内容。此小型道路清扫车的设计过程涉及很多方面的知识，由于实践等方面的不足可能会出现很多文字及内容的不够周全，谨请有关老师给予批评指正。

1.2 清扫设备的分类及工作原理

清扫设备按大小可分为大型清扫设备和中小型清扫设备。大型清扫设备主要是清扫车，由于本课题主要研究的是小型清扫设备，大型的清扫设备在此不再多述。而现有的小型清扫设备主要按清扫方式、发动机形式、除尘系统等分类。

1.2.1 按清扫方式分类

按清扫方式小型扫路车可分为纯扫式、纯吸式和吸扫式三类。 1、纯扫式小型扫路车

纯扫式小型扫路车只是依靠位于扫路车两侧的蝶形刷和位于扫路车中部的滚筒刷的相互接力完成对路面的清扫。蝶形刷有很好的压力调节装置，可有效的清除地面的黏著物，提高清扫质量。刷毛具有很好的强度与弹性，它的设置同时增加了扫路机的清扫宽度，加大了清扫面积。滚筒刷除了清扫地面的垃圾外还有将垃圾扫入车内垃圾箱的作用。此扫路机所需功率小，操作简单，其主要缺点是对尘土特别是细小颗粒的尘土清扫效果差清扫过程产生扬尘。

2、纯吸式小型扫路车

纯吸式小型扫路车的吸扫系统主要由风机、风道、吸尘嘴等组成。作业时发

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动机直接驱动风机将落尘箱内的空气通过出气管道输送到吸尘罩内，在吸尘罩内产生漩涡气流，罩内的垃圾在气流的冲击下悬浮起来；在吸尘嘴的另一端有吸气管道，在风机的作用下将悬浮的垃圾随气流吸进落尘箱内。此扫路机克服了纯扫式扫路车对尘土清扫不利的缺点，吸尘率较高，但它的缺点是不利于对马路边沟垃圾清除，在湿地上作业效果不好。

3、吸扫式小型扫路车

吸扫式小型扫路车汲取前两类扫路机的特点，其清扫系统通过由蝶形刷和风机、风管道、吸尘嘴等组成。蝶形刷的设置加强了对马路边沟的清扫，将两侧的垃圾扫到吸尘嘴的工作区域，再由吸尘系统将垃圾吸入车内的垃圾箱。此扫路车工作效率高，适合任何道路环境的清扫，但其结构比较复杂，成本较高。

1.2.2 按发动机形式分类

按发动机形式小型扫路车可分为内燃车与电动车两类。

随着人们环保意识的不断增强，以电瓶为原动力驱动不存在尾气排放问题的电动小型扫路车近年来越来越受到人们的青睐。此扫路车采用无级变速系统根据路况自动调整清扫速度，工作效率高，工作时噪音比内燃机要低得多，具有杰出的环保性能。且其传动系统结构非常简单，小巧灵活，有利于整体结构设计。它的主要缺点是连续工作时间受到限制：通常工作一个班次以后（6-8小时），要对电瓶进行充电，因而每次作业后的维护时间比较长。

1.2.3 按除尘系统分类

除尘系统是小型扫路车的重要组成部分，扫路车没有它将会造成严重的空气污染。其可分为湿式除尘和干式除尘两种方式。

湿式除尘系统通常由水箱、水泵、水管、喷雾嘴等组成。作业时水被加压并雾化喷出，地面的尘土被水润湿后会增重、聚合，使尘土的质量不断增加，从而达到控制扬尘的目的。这种除尘方法简单有效，成本低，技术难度小。而不洒水只靠吸嘴吸尘的方式为干式。

本次设计的小型手推式道路清扫车是手推式机械湿刷式的，由机架、发动机、传动系统、工作系统、垃圾箱、垃圾传送系统组成。其设置清扫路面的垃圾装置，能连续清扫路面垃圾并自动将垃圾传送到垃圾箱。该清扫车解决其技术问题所采用的技术方案是：用一台电动机做动力，通过V带带动锥齿轮、齿轮、机体前面底部的滚刷转动进行清扫；通过V轮带动滚筒垃圾传输装置，将滚刷清扫的垃圾输送到垃圾箱里。其结构是在机架的前车底安装两个可旋转的工业脚轮作支撑，承载电机的重量，同时起到更好的转向作用。前下部左右安装一对大转轮，转轮上安着椎形盘状滚刷。车体的前底面是一块板状底，底板的上半部是铁板、下半部是

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橡胶板，底板的上部与垃圾传送装置相连，并用一个挡板结构与垃圾箱相接，挡板与地面接触；垃圾传送装置倾斜一定角度,由数根滚动条滚动带动，其传送带上有数条倒钩，以便更好的传送垃圾，上端与垃圾箱相通。在机架的后面安装一对可充气的小车轮，方便行走，也可用来调整主刷与地面的距离；垃圾箱是安装在机架后面，采用抽拉式的结构形式，方便垃圾箱的抽出和垃圾的倾倒，省时省力。前面的侧刷是圆锥型的，接触面与地面有一定的角度，并与地面距离可调。清扫时主刷、侧刷、垃圾传送装置同时运转，进行连续清扫。侧刷用来清扫路牙，将垃圾扫到主刷的清扫范围内，并可扩大清扫面积；主刷将垃圾扫到挡板架上，再扫到传送装置上，通过传送装置将垃圾送进垃圾箱。垃圾箱前端开口，以便倾倒垃圾。

1.3 清扫机械的国内外发展状况及发展趋势

近年来，国内外清扫机械的发展较快。国内有厂家引进了国外先进吸扫式清扫机工作装置的生产技术，与国产汽车底盘配套生产清扫机，大大提高了国产清扫机的技术性能。

1.3.1 国外清扫机械的发展趋势

国外清扫机起步较早，技术较先进。早在20世纪80年代中期随着国外公路的修建速度趋于平缓，公路养护工作在国外已提到格外重要的位置。为适应养护工作需要，国外工业发达的国家开始将大量的资本和开发能力投向养护机械的研制生产，从而使国外养护机械得到了迅速发展。清扫军的造型设计也是千奇百态，各具特色，大型、中型、小型清扫车的造型设计都得到了快速稳定的发展。

国外小型道路清扫车无论是从内部构造还是外部造型上，都有很大的发展。综观世界发达国家八十年代末扫路机具有以下特点：

1、扫路机的传动系统由机械传动向全液压传动方向发展； 2、纯吸式、纯扫式工作原理向吸扫复合式工作原理发展； 3、干式除尘形式向先进的湿式除尘形式方向爱展；

4、体积大，自重大的扫路机 向体积小和机动性好的方向发展； 5、单一功能向多功能方向发展。

1.3.2 我国清扫机械的发展趋势

我国环卫机械起步较晚，已有的清扫车还是以大型清扫车为主，小型清扫车相对较少，并且有一些还是经过改装的小型清扫车，如将三轮摩托车的后部改装为清扫车的箱体等等 ，其造型没表现出对城市的美化和宣传环保的作用，也没有突出造型设计的人性化。总体而言，目前国内路面清扫车生产企业还没有专门的

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小型清扫车技术研发中心，研发资金投入也较少，使得产品设计水平整体不高。

目前随着我国经济迅速发展的势头，经济实力和消费能力越来越强，同时对节约成本的要求越来越高，政府把城市的规划、建设、管理和加强环境综合治理纳入城市政府的主要职责，积极推进了环境卫生事业得到了快速发展。可以明确，借这些机会，全国范围内将掀起环卫机械化市场快速发展的高潮。我们将在之前的技术基础之上进行改进，把清扫车车型变得简单轻便美观，在增大承载容积和载荷能力的同时，降低清扫机的重量，提高使用寿命，减少噪声，降低成本，使清扫车更加的人性化智能化，更加方便人们的使用，使其更加适应时代的发展和人们的需求。因此，小型道路清扫车在国内的发展前景是远大的。

1.4 发现的问题和解决途径

本课题要求是设计一种简单，经济实用的城市道路扫车，其关键问题就在于如何很好的实现清扫功能。尤其使传动系统、整体结构、工作装置的设计。由于清洁器是一种出现比较晚的机械产品，因此在其设计过程中，不可避免的出现了很多未解决得难点疑点，总结其难点如下：

由于清扫车是一新兴产品，扫地功能的实现结构还不成熟，很难查到相关的资料。因此扫地功能的实现是设计工作的一个很大的难点。对扫盘高度固定不能很好地适应不同的地面作业，垃圾体积的大小也受限；而且盘上安装的小扫把的毛太硬，与地面直接接触，这样会增大车与地面之间的摩擦力，如果是人力驱动，会使人觉得很费力，如果是电力驱动， 会增大能源的浪费， 都会使扫把和蓄电池的寿命减少。清扫车工作时所产生的二次扬尘污染、漏垃圾、噪音大和产品可靠性等方面也较难解决的问题。清扫范围的大小不仅与清扫车的各部分的尺寸有关，并与它的总体设计构形式有关。机构太小工作效率就会降低，清扫范围也就变小满足不了要求，机构太大则设备就会太大，从而增加转弯半径，使清扫车在城市路面中转弯困难。还有防滑问题，因为该清洁车是通过轮子的转动来带动整个轮系的转动来产生作用。但是一旦路面光滑，轮子产生打滑的现象，那么车内的轮系就根本不会转动，这样清洁车就完全失去了作用。因此合理的选择机构的大小及机构布置极为重要且比较困难。

为了更好的了解所作题目，查阅已有文献资料是十分重要的，由于手推式道路清扫车的资料很少的。因此，在设计过程中，广泛的搜集资料，并借鉴了清洁机器人的一些数据资料对我的设计工作起了很大的帮助。在这些文献综述中，详细的介绍了清洁机器人的一般设计思路，如外形的设计，机器人的驱动方式如何，具体结构等等，都对我即将所作的设计提供了很大的帮助，此外，为了更好的设计清扫车的内部结构，在轴、带、齿轮等重要元件的设计过程中保证其结构的准

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确性，又对机械设计等专业课本进行了系统的复习，但还是有很多关键技术是专利项目，不会公布在资料之中的。所以，我参考用的资料并不能解决我在设计过程中所遇到的所有难点，有许多的问题是根据我自己的想法来做的。因为我的这些想法并不成熟，没有太多的实践性，所以，在解决一些棘手问题时并不能够很好的解决。在今后的设计中，还需要通过实践，对其一步一步的进行改进。

1.5 课题需要完成的任务

1.5.1 设计主要内容

本课题要求设计出的小型手推式道路清扫车能完成普通清扫的功能。完成小型手推式道路清扫车的方案设计以及结构组成，并对小型手推式道路清扫车结构进行受力计算，使其结构布局和受力更加合理。

其主要设计内容为：

1、电机驱动系统的设计（电机电池的选择与安装）；

2、传动系统的设计（用带传动带动主刷、侧刷装置的设计及垃圾传送装置的设计）；

3、带传动的选择与设计； 4、齿轮的选择与设计； 5、轴和轴承的设计； 6、机架的设计；

7、绘制清扫车的零件图及装配图； 8、完成设计说明书。

1.5.2 设计工作基本要求

1、结合设计题目，在老师的指导下广泛查阅文献，并拟定一份合理的设计任务书；

2、根据参考文献和课题要求，提出自己拟定的可行性方案，并写出开题报告； 3、按要求对清扫车设计的结构与零件进行受力计算，使其结构布局和受力更加合理；

4、和老师充分研讨，列出论文编写大纲； 5、翻译英文文献；

6、认真撰写论文，按时完成任务，准备答辩；

总的要求就是毕业设计结束后，能够达到预定的目标。

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第2章 清扫车的总体设计

2.1 设计主要技术要求

驱动方式是以蓄电池供电给电机驱动。电瓶驱动型利用自身无级变速系统，能使清扫车在作业时可以随时根据路面污染状况及时、迅速地调整清扫速度，提高了清扫作业的工作效率。且其噪音低，污染小，适合院落、停车场、室内等小场合的清扫作业。

利用碟形刷来增加扫路车的清扫宽度，每小时清扫面积不低于1000 平方米。 滚筒刷不但能够清扫地面的垃圾外还起到把垃圾扫入机内垃圾箱的作用，垃圾箱容量不低于30L。

喷水系统要达到更理想的节能喷水，并能达到灰尘颗粒和水充分亲和增重，不扬尘。水箱容量达到25L以上。

2.2 总体方案的确定

由于工作的场合对环境要求较高因动力装置都选为噪音低，污染小环保的电力驱动。最初设计了许多的方案，最终综合考虑认为以下这种方案最为有可能实现我们的课题要求，方案为下图2-1图2-2所示：

图2-1 方案简图

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图2-2 方案简图

工作原理：人力推动清扫车前进，电动机1 逆时针转动将运动利用带传动同时传给带轮3 和带轮4，使带轮3 带动同一根轴上的小锥齿轮旋转，小锥齿轮通过啮合传动带动大锥齿轮6逆时针旋转，大锥齿轮通过同轴的带轮带动一个与扫盘2 连接的带轮转动来使扫盘2 顺时针旋转，另一边也是通过同样的原理使扫盘逆时针旋转，这样就可以将两侧的垃圾扫到中间。再同时由带轮7 带动滚筒8 顺时针旋转，将垃圾滚入导向刮板14 ，通过倾斜的导向刮板14 将垃圾送入垃圾箱13 内，这样就完成了对垃圾清扫的全部过程。

因此综合考虑将此方案作为最终设计方案。

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第3章 电机驱动装置的确定

清扫工作中的各个运动装置均由电机驱动运行的。电动机由动力蓄电池提供电源后转动，并通过皮带轮带动扫盘、滚筒和水泵等作业装置进行工作。下面分别对蓄电池与电机的选用进行分析。

3.1 蓄电池的选择

动力电池是清扫作业装置的动力源泉。电机电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命等。要使电机驱动清扫装置的扫地车与副发动机驱动清扫装置的扫地车相竞争，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的动力电池。目前在电动汽车市场上使用的动力电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂离子电池、飞轮电池、燃料电池等等。从最终产品产业化可行性以及经济性综合因素来考虑，在电动专用环卫车辆上主要采用铅酸动力电池与锂离子动力电池。下面对这两种电池性能作一个分析比较：

1、铅酸动力电池

铅酸动力电池已有多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。其优点：可靠性好、原材料易得、价格便宜；比功率也基本上能满足电力驱动系统的动力性要求。但它有两大缺点：一是比能量低，所占的质量和体积太大，深度放电能力和低温放电能力较差，不能快速充电且一次充电作业时间较短；另一个是循环使用寿命短，使用成本过高，报废的铅酸蓄电池因废弃会造成二次污染。

2、锂离子动力电池

锂离子动力电池已经成为电动汽车行业动力电池的长期开发目标。其优点是：比能量、比功率较高；循环寿命长，可达1000次；充电放电效率高；功率输出密度大；没有记忆效应，且不会因废弃造成二次污染，是绿色蓄电池。其缺点是：快速冲、放电性能较差，需要进一步解决对其充放电过程的控制和配备专用的充电器；对于大容量锂离子电池组，还需要解决电池组的可靠性和各个单体电池之间的一致性。

清扫车所使用的蓄电池要求在使用过程中能够完全放电，不排放有害气体，不污染环境。由此针对此设计选用锂离子动力电池，电池名称为磷酸铁锂电池。

24V 10Ah磷酸铁锂电池组的有关技术规格为下表3-1所示：

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表3-1 磷酸铁锂电池组技术规格 项目 标称容量 标称电压 电池内阻 最大充电电流 最大充电电压 最大放电电流 放电终止电压 使用寿命 工作温度 外形尺寸 重量 价格 规格 10Ah 24V ≤120mΩ 6A 29.2±0.05 20A 20V 1000次 -20~45℃ 1003833335(mm) 3.8kg 550元 此蓄电池的性能： （1）该电池为全密封式电动车专用蓄电池，体积小、质量轻、储存能量多、自放电率低、比能量高等优点；

（2）安全性能好，原材料来源广泛；

（3）污染少，噪声小。可减少排污97%，甚至可做到零排污； （4）节约能源，为普通蓄电池耗能的2/3；

（5）具有良好的过充电、过放电、温度、过流、短路保护、锁定自恢复以及均衡功能；

（6）结构简单、控制方便，易于操作和维修； （7）使用时间长，充电后每次可用15 小时；

（8）有足够的功率供清扫机达到每小时清扫面积不低于1000 平方米的要求； （9）使用寿命长，一般可充电800 次以上。

3.2 电动机的选择

3.2.1 选择电动机应综合考虑的问题

1、根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的转矩、速度变化范围、启动频率、制动和反转以及工作环境等要求，选择电机类型及安装方式；

2、根据负载转矩，速度变化范围和启动频率程度等要求，考虑电动机的温开限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却方式，所选功率应大于或等于计算所需的功率，负荷率一般取0.8～0.9；

3、根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和

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易燃易爆气体等考虑必要保护方式，选择电机的结构型式；

4、根据工作电压和功率因数的要求确定电机的电压等级和类型；

5、根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机的额定转速；

此外，选择电动机还必须符合节能要求，运行可靠性、设备的供贷情况、备件的通用性、安装检修的难易以及产品的价格等。

3.2.2 电动机的选择

1、电动机类型和结构形式

电动机类型和结构形式可以根据电源的种类、工作条件（温度、环境、空间尺寸）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。清扫车的电动机应放置在干燥及清洁的车箱内部，散热条件较好，要选用卧式的安装方式。

在移动的设备中和蓄电池配套的较常使用的电机有直流电动机和步进电动机。

直流电动机具有以下优点：

（1）优良的调速特性，调速平滑、方便，调速比可达到1：200； （2）过载能力大，并能在低速下连续输出额定转矩；

（3）能承受频繁的冲击性负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转； （4）容易购得，型号多，控制简单。

直流电动机的缺点：结构比较复杂，电流通常较大，需要齿轮减速器进行减速，维护工作量大。

步进电动机的优点有：步距角小，功率小，过载能力强，控制简单，启动和运行频率较高，不通电时有定位转矩，型号多，适合室内清扫机器人的速度。

步进电动机的缺点：功率与自重比小，运动平稳性差，低速性能不好，体积大，负载能力低，运动时产生震动，易失步。

清扫车多在室外环境下工作，要求控制较简单，运行平稳，因此选择直流电动机，而且是直流齿轮减速电机。

2、直流齿轮减速电动机的选择

直流齿轮减速电机[1]是指转轴上带有齿轮减速器和直流电机(马达)的集成体，这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。齿轮减速箱的作用是提供较低的转速,较大的力矩。减速电机广泛应用于钢铁行业、机械行业等，其优点是简化设计、节省空间，承受过载能力高，能耗低，性能优越，振动小、噪音低。齿轮减速电机通常通过减小电机速度来增加旋转能力。

因为直流电动机仍然从内部伸出两个相同的插头，所以齿轮减速电机与普通

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12、带轮结构的设计

参照机械设计手册12-7～12-10可知：

基准宽度bd 为8.5 mm；基准线上槽深hamin为2.0 mm；基准线下槽深为hfmin为7.0 mm；带轮宽B为B =(Z-1)e＋2f mm；外径da=dd＋2ha mm；从而确定带轮的各部分尺寸。

B=14mm，轮槽宽bd=8.5mm。因为基准直径dd1≤2.5d，所以小带轮采用实心结构。

大带轮基准直径dd2=i dd1=5350=250 mm

d2= da－2（ha+ fa+δ） =254－23（2.0+7.0+5.5） =225 mm

d1=（1.8～2）d=43 mm

因为d2- d1﹥100mm,所以大带轮采用孔板式。

轮宽B=20mm，S1≥1.5S＝15mm，S2≥0.5S＝7mm，d0＝

d1?d2＝134mm。2轮槽宽bd＝8.5mm。此小齿轮的结构如图4-1所示，大带轮的结构如图4-2所示：

图4-1 I轴小带轮结构示意图

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图4-2 I轴大带轮结构示意图

4.5.2 I-Ⅱ轴带轮的设计计算

1、确定计算功率Pc

Pc?KAP?1?78.5?78.5 W 式中：Pc——计算功率；

KA——工况系数；查工况系数表得KA=1 P——所需传递的额定功率长。 2、根据机械设计书表8-7和8-11，选择Z型V带。 3、计算传动比i

i=

n?150==3 50n?4、由机械设计书表8-8，取小带轮直径为dd3=56mm。 5、大带轮直径dd4

dd4?idd3?3?56?168 mm 取dd4=160mm。 6、计算带速v

m/s＜10 m/s 7、初定中心距a0

18

0.7(dd3?dd4)?a0?2?(dd3?dd4) 156.8 ≤a0≤448 则初取中心距a0=380mm。 8、计算基准长度Ld0

（dd4 -dd3 ）2? Ld0=2a0+（dd3+ dd4）+

24a03.141502 =23380+

24?380 =1126mm

查机械设计书表8-2，取基准长度Ld =1120mm。 9、实际中心距a

a＝a0+

Ld?Ld0 21120?1126 2 ＝380+

＝374mm

考虑到滚筒与带轮2之间有一定的间隙，所以取a=380mm。 10、小带轮包角α1

α1=180°- d d4-dd3 357.3° a =163.2°﹥120° 所以小带轮包角合适。 11、确定V带根数

此处带轮之间所传递的功率远远小于单根V带所传递的功率，所以这里仅用一根V带。

12、单根V带的初张紧力F0

F0=500(

P2.5－1)c+qv2

zvk?2.50.056-1)3+0.0630.352 0.951?0.35 =5003( =130N

式中：k?——包角修正系数，查机械设计书表8-5得k?=0.95；

19

q——V带单位长度质量，kg/m。查表8-3得q=0.06 kg/m。 13、作用在轴上的力Fr

Fr=2ZF0sin

?1 2 ＝23131303sin81.6° ＝249.2N Frmax＝14、带轮结构的设计

参照机械设计手册12-7～12-10可知，设计小带轮孔径d3=20mm，可采用实心式。轮宽B=14mm，外径da=60mm，轮槽宽bd=8.5mm。

设计大带轮孔径d4=25mm，因为dd4≧2.5d，所以采用腹板式。

d2= da- （2.5+8.0+5.5）

=132mm

d1=（1.8～2）d=40mm 此小带轮的结构如图4-3所示，大齿轮结构如图4-4所示：

3 Fr＝373.8N 2

图4-3 I-Ⅱ轴小带轮结构示意图

20

图4-4 I-Ⅱ轴大带轮结构示意图

4.5.3 Ⅲ—Ⅳ轴的带轮设计

1、确定计算功率Pc

Pc?KAP?1?60?60 W 式中：Pc——计算功率 ；

KA——工况系数；查工况系数表得KA=1。 P——所需传递的额定功率长。 2、确定传动比

由总体传动比可确定传动比为i=1，选用Z型V带。

3、查机械设计书表8-8，得小带轮的基准直径dd5=100mm，则dd6=100mm 4、计算带速

v=5、计算中心距a

a=4402?1202=456mm 6、计算基准长度Ld0

21

?dd5n?60?1000==0.42m/s＜10 m/s

（dd5 -dd6 ）2? Ld0=2a0+ dd6）+

24a03.143200 2 =1226mm

=23456+

查机械设计书表8-2，选择基准长度Ld=1250mm。 7、单根V带的初张紧力F0

＝5003( ＝87N

式中：k?——包角修正系数；查机械设计书表8-5得k?=0.91。 q——V带单位长度质量，kg/m。查表8-3得q=0.06 kg/m。 8、计算压轴力Fr

Fr=2Z 873sin90°

=174N Frmax= 9、带轮结构设计

参照机械设计手册12-7～10可得，两个带轮均采用腹板式结构。结构如图4-5所示：

3 Fr=261N 22.50.047-1)3+0.0630.422 0.911?0.42

图4-5 Ⅲ—Ⅳ轴大带轮结构示意图

第5章 主轴及键的设计计算

22

5.1 主轴的结构设计与计算

1、由于结构及工作的需要，将主轴的材料选择45钢，热处理为调质处理，

取材料系数A0=115，则初步计算其

于是有：

dmin?(1?6%)dmin?1.06?13.7?14.522mm

所以初步取d最小直径为20mm。 2、采用下图所示装配方案如图5-1：

'

图5-1主轴装配示意图

3、确定轴的各段直径和长度

（1）为了满足轴向定位要求， I-II 轴段右端须制造出一轴肩，故取 II-III 轴段的直径为27 mm，长度为25 mm。I-II 轴段的左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径为28 mm。使带轮绕轴动，为了保证轴端挡圈只压在带轮上，采用的 I-II 轴段的直径为20 mm，长度为20 mm；

（2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用轴承参照工作要求并根据III-Ⅳ轴段的直径为30 mm，由轴承产品目录初步选取0基本游隙组标准精度级的圆锥滚子轴承 32006型其尺寸为d3D3T=30 mm355 mm313 mm,故选用III-IV 轴段的直径为30 mm，长度为22 mm。右端轴承采用采用套筒进行轴向定位。由手册查得厚度为h=4 mm,取IV-V 轴段的直径为30 mm。套筒右端用定位。

23

（3）安装齿轮处的的轴段V-VI 的直径为30 mm齿轮左端用挡圈定位。右端用一套筒定位，同时套筒右端定位带轮。已知带轮的轮毂宽度为25 mm，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮此轴段应略短于轮毂宽度故采用VI-Ⅶ轴段的长度为22 mm。带轮的右端采用轴肩定位，轴肩径为35 mm，长度为193 mm。右端的零部件结构的定位及轴径长度与左端的大体相同。

（4）带轮及齿轮与轴的轴向定位采用平键连接。按照齿轮与轴的直径由手册查表得平键截面尺寸分别为b3h3l=6 mm×6 mm×14 mm、b3h3l=8 mm×7 mm×16 mm、b3h3l=10 mm×8 mm×16 mm(GB/T1095-1979)。键槽用键槽铣加工，同时为了保证齿轮和轴的配有良好的对中性，故选择轮毂与轴的配合为H7/n6。圆锥滚子轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证，此处选轴的直径尺寸公差为h6。

5.2 轴的校核

5.2.1 对主轴进行校核

根据设计的轴的尺寸和各处所传递的功率，计算轴上的力及力矩。如下表5-1：

表 5-1 轴的力及力矩

载荷 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩T 水平面H FNH1=85N, FNH2=125N MH=35.37N2m M1=46.62 N2m T=20.8 N2m 垂直面V FNV1=217N, FNV2=217N MV=30.38N2m

其轴的受力分析如下图5-2图5-3所示：

FP2 FNH2

24

FNH1 Ft1 Fp1 Ft2

35.37N·m 25.36N·m 11.25N·m M H FNV2

FNV1

Fr1 Fr2

30.38N·m 30.38N·m MV 图5-2 主轴的受力示意图 46.62N·m 39.57N·m 11.25N·m M 25

20.8N·m 16.2N·m 4.6N·m T 图5-3 主轴的受力示意图

5.2.2 校核轴的强度

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）。 轴的抗弯截面系数：

由机械设计书式（15-5），轴的弯扭合成强度为：

σca﹤〔σ

所以该轴安全。

?1〕

5.3 键的校核

键的失效形式主要是工作面被压溃，一般只对挤压应力进行强度校核，由公式得：

2T?103σp=

kld式中：

T—传递

〔σp〕—键、轴、连轴器轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，

需用挤压应力[σ p ]=70～80MPa，取其平均值75MPa,得：

2?20.8?103σp==49.52 Mpa﹤[σp]

3?8?35所以，键是安全的。

26

第6章 锥齿轮的设计计算

6.1 锥齿轮的各参数设计与计算

1、选用斜齿锥齿轮传动，小型道路清扫车为一般机械转速不高，故选用8 级精度选择小锥齿轮的材料为42SiMn(调质硬度240∽270HBS), 大锥齿轮的材料为42SiMn(调质硬度210∽240HBS)。

（1）齿形角α

选用EN刀盘，则α=20° （2）大端端面模数 根据强度与类比法确定 m＝4 （3）齿数比

由传动关系可知，齿数比μ=（4）确定齿数

由机械设计手册表13-3-11和实际空间得z1=17，z2=μz1=2×17=34.因为z1和z2最好无公因数，取z2=33，则实际传动比μ=2.06

（5）分锥角δ

tanδ1=

17=0.4857 δ1= 25°54′23″ δ352n1z2==2 n2z1=64°5′37″

（6）分度圆直径

d1=m z1=4×17=68mm d2=m z2=4×33=132mm （7）锥距R

R=

（8）齿宽b

b=(

11～)R=22mm 43d1=77.82mm

2sin?1（9）假想平面齿轮齿数Zc

27

Zc=

z 2=38.91mm sin?2（10) 参考点锥距Rp

Rp=R－0.415b=77.82－0.415×22=68.69mm

（11）小端锥距Ri

Ri=R－b=77.82－22=55.82mm

（12) 齿宽中点螺旋角?m

取?m=35°，小齿轮右旋，大齿轮左旋。

/（13）初定参考点螺旋角?p

/ ?p=0.914（β

m+6°）=0.9143（35°+6°）=37.5°

（14）选择铣刀盘

/由机械设计手册图13-3-10，根据?p=37.5°，Rp=68.69mm,查得标准刀盘半径//rb=44mm，对应的螺旋角?p=40°，由表13-3-19得Zw=4

（15）选择刀片型号

/由机械设计手册图13-1-11和表13-3-19，根据Zc=38.91mm，?p=37.5°,确定2选用EN4-44刀盘时用3号刀片 r?=1972mm2.

（16) 参考点法向模数mp

68.692?1972 mp=2=23=2.708 2Zc2?Z?38.912?42（17) 参考点实际螺旋角β

β β

（18）齿高h

h=2.15 mp+0.35=2.1532.708+0.35=6.17mm

（19) 铣刀轴倾角Δα 由δ

2max2Rp?r?2p =

2.708?38.91=0.7670

2?68.69p=

mpZc2Rpp=39°55′

rb44==7.13和βh6.17p=39°55′，查机械设计手册图13-3-12得

=79°18′

28

所以Δα=0

（20）高变位系数x

因为Z1=17﹥16，所以x1= x2=0 （21）齿顶高ha

ha1=(1+ x1) mp=(1+0)32.708=2.708mm ha2=(1+ x2) mp=(1+0)32.708=2.708mm （22）齿根高hf

hf1=h－ha1=6.17－2.708=3.462mm hf2=h－ha2=6.17－2.708=3.462mm （23) 切向变位系数xt

xt1=

?-12?1==0.02 5050 xt2=- xt1=-0.02 （24）齿顶圆直径da

da1= d1+2ha1cosδ1=68+232.7083cos25°54′23=72.87mm da2= d2+2ha2cosδ（25) 外锥高Ak

Ak1=Rcosδ1- ha1sinδ1

=77.823cos25°54′23″－2.7083sin25°54′23″ =68.816mm

Ak2=Rcosδ

22=132+232.7083cos64°5′37=134.37mm

- ha1sinδ

2

=77.823cos64°5′37″－2.7083sin64°5′37″ =32.143mm

（26) 安装距

按结构确定A1=88mm, A2=72mm （27) 支承端距H

H1= A1－Ak1=88－68.82=19.18mm H2= A2－Ak2=72－32.14=39.86mm

（28) 大端螺旋角β

查机械设计手册图13-3-16，由β54′。

29

R77.82=39°55′，==1.13,查得β=48°pRP68.69

（29）弧齿厚s

s1=m(

?2x1tan?++xt1) 2cos?3.142?0?tan?++0.02)=6.36mm 2cos?=43(

s2=πm－s1=3.14×4－6.36=6.2mm 2、将以上数据列如表6-1所示：

表6-1 中央螺旋传动锥齿轮主要参数表

项目 齿数 大端模数（mm） 齿形角 螺旋角及旋向 分锥角 高度变位系数 切向变位系数 大端分度圆直径 全齿高 齿顶高 齿根高 参考点法向模数 齿宽 大端锥距 小端锥距 齿顶圆直径 外锥高 安装距 支承端距 大端螺旋角 弧齿厚 δ主动齿轮 z1=17 Me=4 α=20° 从动齿轮 z2=33 Me=4 α=20° ?m=35°（右） 1= 25°54′23″ ?m=35°（左） δ2=64°5′37″ x2=0 xt2=-0.02 d2=132mm x1=0 xt10.02 d1=68mm h1=6.17mm ha1=2.708mm hf1=3.462mm h2=6.17mm ha2=2.708mm hf2=3.462mm mp2=2.708 b2=22mm R2=77.82mm Ri2=55.82mm da2=134.37mm Ak2=32.143mm A2=72mm H2=39.86mm β2=48°54′ s2=6.2mm mp1=2.708 b1=22mm R1=77.82mm Ri1=55.82mm da1=72.87mm Ak1=68.816mm A1=88mm A2=72mm H1=19.18mm β1=48°54′ s1=6.36mm 30

3、大锥齿轮如图6-1所示，小锥齿轮如图6-2所示：

图6-1 从动锥齿轮

图6-2 主动锥齿轮

6.2 锥齿轮校核计算

T1=9550

P 0.058=95503=4.6N·m n12031

Ft=

1、齿根弯曲疲劳强度计算

2T12?4.6==135N 0.068d1直齿锥齿轮的弯曲疲劳强度课近似地按照平均分度圆处的当量圆柱齿轮进行计算。

σF=

KFtYFaYSa

bm(1?0.5?R) 式中：K——载荷系数；

K=KAKVK?K?

查机械设计教材表10-2得使用系数KA=1；查图10-8得动载系数KV=1.15；查表10-3得齿间载荷分布系数K?=1.1；查表10-4得齿向载荷分布系数K?=1.1。

YFa——齿形系数，查机械设计教材表10-5得YFa=2.97；

YSa——应力校正系数，查机械设计教材表10-5得YSa=1.52；

ФR——锥齿轮传动的齿宽系数，取ФR=0.33。

σF=

1.39?135?2.97?1.52=11.52Mpa

22?4?(1?0.5?0.33)查机械设计教材图10——20（C）得〔σF〕=400 Mpa，

σF﹤〔σF〕

∴齿根弯曲疲劳强度足够。 2、齿面接触疲劳强度计算

σH＝5ZEKT1 23?R(1?0.5?R)d1u12a式中：ZE——弹性影响系数，查机械设计教材表10-6，ZE=188 Mp；

ФR——锥齿轮传动的齿宽系数，取ФR=0.33；

u——传动比u=2。

σH＝531883

1.39?4.9=6.45 Mpa 230.33?(1?0.33?0.5)?68?2查机械设计教材图10-21（d），〔σH〕=525 Mpa，

σH﹤〔σH〕

∴齿接触疲劳强度足够。

32

第7章 工作系统的设计

机械通常是由动力装置，传动系统，工作系统和控制装置组成。工作系统在机械动力装置和传动系统之后，主要用来将原动机的运动和动力经过传动系统传过来的转速和转矩转化为旋转运动以实现清扫工作功能。

小型手推式清扫车是由电机做为动力源，通过V带同时带动后面的主刷（滚筒刷）和前面的侧刷（圆盘刷）实现垃圾的清扫。向后传动时，经过减速电机和两个大小带轮配合传动实现了降速，将电机的750r/min降到了80r/min。侧刷在以这样的速度进行清扫时，完全可以产生足够的清扫垃圾的速度，完全能够把垃圾清扫到车子中间主刷工作的区域上；同时由主刷这个转速产生的切向力足够大，可以将尘土、纸削、果皮、树叶等垃圾扫到传送板上传送到垃圾铲里，完全能够清扫干净路面垃圾。

7.1 侧刷装置的设计

电机在向前传输动力时，首先也是用V带实现的由电机到第一轴的传动，并利用两带轮的大小进行了相应的降速；再利用一对大小不同的圆锥齿轮传动到第三第四轴，第三第四轴与前一轴的垂直面有5度的偏转，这样就可以使侧刷与地面倾斜5度，如图7-1所示。

图7-1 倾斜的圆锥齿轮

33

图7-2侧刷

在清扫时侧刷是呈上图7.2所示倾斜状态，刷子的工作部分（前端）着地，非工作部分（后端）离地，这样设计可以减少路面对扫刷丝的磨损，更重要的是可以避免非工作部分的反向清扫动作，扫刷与地面的倾斜角取5度。第三第四轴到侧刷的传动通过V带轮实现的。

7.2 主刷装置的设计

主刷和传送轴是分开的，称这跟轴为主刷轴。主刷和主刷轴是用套筒式联轴器连接的，另两端分别固定在机架上。这样设计的优点主要有以下两方面：一方面大大减短主刷的轴向长度，因此在制造主刷时可以省很多工时、工步，同时也降低了生产的工艺性，提高了主刷的通用性；主刷轴如下图7-3所示，主刷如图7-4所示。

图7-3主刷轴

34

图7-4主刷

另一方面，主刷的刷毛会随着使用时间的增长而磨损，磨损过大时就得更换新的，将两者分开就大大的节省了主刷本身的用料，避免了浪费，在很大程度降低了生产成本。在主刷轴上，通过一对齿轮实现垃圾传送装置的运动，并通过两齿轮的传动比将转速提高。垃圾传送装置的速度快一些，有利于垃圾传送，不会在垃圾多的时候造成垃圾下滑重复清扫的情况。垃圾传送装置主要有三部分组成：轴、传送带、传送板。它的两端轴承都固定在机架上，中间与传送带接触的地方很粗糟，不会造成打滑失效现象。在传送带上有数根L型的横条状的硬胶皮固定，这样在传送垃圾时就不会出现垃圾下滑的现象了；同时也可以增大传送机构的倾斜角度，使得机构的整体机构更加紧凑，方便人操作。

传送板在此装置的下面，它由两部分组成：上半部分是铁皮固定在机架上；下半部分是胶皮的，与地面有一部分接触。次装置至关重要，因为它是连接主刷前面地面与传送带的。主刷先把垃圾扫到传送板上，再由传送板传到传送带上去，通过一小段距离的运输，将垃圾送到垃圾箱中，实现了垃圾的主要清扫。

7.3 喷水装置的设计

喷水系统由水泵、水箱、水管和喷嘴组成。水箱安置在清扫车的尾部，安装尺寸为200mm385mm340mm，可容水量30L。在选用水泵时，考虑到水泵的开闭不应受机械传动的控制，而应具有独立性，故选用24V低压直流泵，其开闭由电钮开关控制，方便合理。喷嘴采用双喷头，其流量由节流压力头控制，以达到节流的目的。清洗时，水泵工作产生高压水源，高压水经过带自封接头的软管由设置在清洗车俩侧刷前端部的洗涤剂喷嘴以5kgf/cm2喷出，其喷出的雾状水珠连结成平面扇形，使水珠和扫刷前下方的尘土、垃圾充分亲和减少扬尘，使刷苗不粘泥浆，作业时不甩浆，达到的不扬尘效果好。洒布的宽度大于扫刷清扫作业面，一次加水可连续工作30～50min。

35

7.4 工作系统机构设计的特点与不足

合理的工作系统设计方案，除了应满足工作机性能要求，适合工况条件及工作可靠外，还应使工作系统结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，效率高及便于使用和维护等。

本工作系统机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同。但轴向尺寸和重量较大，且中间轴较长，刚度差，使载荷沿齿宽分布不均匀，高速级齿轮的承受能力难于充分利用。

36

第8章 车架的设计与车体造型设计

8.1 车架的设计

车架是整个清扫车的重要部件，承载着车体整个重量。车架的牢固与否直接或间接的影响着清扫车的各个方面的性能，影响着清扫车的操纵性、稳定性。即车架的尺寸、材料、结构决定了清扫车的整体性能。所以车架设计必须要有充分的支撑能力，有足够的刚度但本身又不能太重。

车架的前后支撑采用20MM厚的Q235 冷拔无缝矩形钢管，规格为25×20 无缝矩形钢管焊接成支腿。

车架立柱是用一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。无缝矩形钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材，广泛用于制造结构件和机械零件，可提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时。同时，矩形管相比于圆管抗弯强度大，一些钢式家具等就常用。

车架上的底板也是选用8MM厚的Q235 的热轧钢板，其尺寸范围为

1070×800×8mm。底板是用来安放置蓄电池、电机减速器和支撑竖轴等。电机底板平面用螺栓连接在支腿上，机架上开一些螺纹孔，并开槽，以便使大直径齿轮与皮带等穿过，能够正常转动。焊接时还要注意使焊接的部位要求比较宽敞，使焊缝有良好的可靠性，在焊接的端部产生锐角的地方，应尽量使角度变缓。

底盘采用四轮做行走机构，对底盘起支撑作用。前面采用的是两个可以旋转180度的工业小铰轮支撑，用来作转向作用，采用两轮也就可以起到平衡的作用，不至于在拐较大弯的时候容易倾倒。车体后面采用两个橡胶可以充气的车轮，这样行走起来就不用那么费力，有利于电机的负载保护。车架结构设计如图8-1所示：

37

图8-1 车架结构

8.2 车体造型设计

车体的造型设计是以人机工程学的理论为指导的设计方案，主要以人性化、审美性这两个方面为设计创新的立足点，增强造型的视觉效果，降低清洁工人的疲劳感，增强路人对清扫车的亲和力。

1、清扫车扶手高度的尺寸设计。对于手推式清扫车而言，扶手是人把车向前推进的推力支点，主要起到掌握方向的作用，而且扶手高度的设计非常关键，设置太高或太矮都会让操作者感觉很不舒服，更会对人的身体造成大的伤害。严格根据人机工程学理论，确定手扶高度为III型产品尺寸(即平均尺寸设计)，扶手高度相关的人体尺寸应大体与人的胸、肘部位稍微偏下，查阅国标GB 10000—88得出，此尺寸应为860mm。再考虑到功能修正量，这里主要是穿鞋修正量，设为20mm。据此确定下来的扶手的尺寸高度应为880mm 左右。

2、扶手的宽度设计。根据男、女立姿作业位置的肩宽尺寸设计参数，男女立姿人体尺寸的肩宽尺寸均值为390mm，扶手的宽度应略大于肩宽，确定扶手的宽度为480mm。

3、容脚空间的设计。清洁工人在使用时，脚尖会经常与车体后部相撞，影响清洁工人的工作效率。同样的根据人机工程学的理论，同时考虑功能修正量与心理修正量采确定容脚空间的尺寸，因此其尺寸为120mm。

4、垃圾箱的设计。垃圾箱安装在车体的后面，采用抽拉的方式，这样方便垃圾的倾倒，省时省力，很大程度地降低疲劳程度。

38

5、色彩设计。色彩会引起人们心理、情绪、情感及认知上的变化，所以可用色彩调节来避免不利的影响，提高工作效率。白、红的搭配，给人清洁感觉的同时又赋予清洁工人工作的热情，而且，在马路上工作时，鲜明的色彩对比也能起到警示的作用，以免发生意外事故。

8.3 清扫车的整体结构设计

本次任务设计的小型手推式道路清扫车整体结构如下图8-2图8-3所示：

图8-2 清扫车的整体结构

39

图8-3 清扫车的整体结构

1、电机 2、圆盘刷 3、带轮 4、轴承座 5、带轮 6、轴 7、带轮

8、V带 9、带轮 10、轴承盖 11、滚筒 12、螺栓 13、轴架 19、底架 20、螺母 21、垫圈 22、可旋转小轮 23、机盖 24、水箱 25、推把 26、小锥齿轮 27、大锥齿 28、V带 29、带轮 30、垂直轴 31、垂直轴轴座

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14、垃圾箱 15、充气车轮 16、刮板架 17、垃圾传送带 18、刮板

总结

时间就在弹指间流逝，经过近三个月的的刻苦奋战，我完成了毕业设计，也就是完成了一个比较系统的专业知识的温习与归纳。虽然在整个设计过程中遇到了很多的困难，但在邓鹰飞指导老师以及同学的帮助下都能最终解决了问题，我终于顺利的完成了毕业设计，再一次的从理性认识上巩固了专业知识，提升了自住学习的能力，思维也得到了充分的开拓。在这次毕业设计中，能力得到提升主要是通过以下的工作得以体现：

1、首先是复习和系统归纳的归纳专业知识，让我对它再次进行了全新的学习，发挥学习的主观能动性。

2、这次设计我在图书馆和网络上查阅了大量国内外文献，搜集资料，从而让我学到了很多新的知识，拓宽了自己的视野，具有了一定的创新思维能力，使我的思维更加严谨而科学。

3、对设计过程中遇到的问题，通过自己思考，并得到老师和同学的帮助而得以解决。这让我懂得了要敢于面对困难，同时也懂得了互助合作的重要性。

4、由设计要求和需要，在绘图软件（AutoCAD，Proe软件）和办公软件（Word200）等的运用方面得到了很大的提高。

5、为使结构布局和受力更加合理，设计中的一些细致的分析和巧妙的设计以及大量的设计计算，让我的思维更活跃，加强了分析的能力。

6、对设计论文的撰写，更是加强了我的书面写作能力；对查阅外文资料进行英文翻译，更是加强了我对专业英语的运用能力。

通过这次毕业设计，也使我知道了自己许多的不足之处。对设计的工艺步骤不够明确，缺乏实际的设计经验；没有最大程度上合理利用资源，尽量降低设计的实际成本；在数据的采集和计算公式的应用不够充分等等。

在以后的学习和工作中，我将会努力去改正和弥补，并继续学习科学文化知识和锻炼实践能力，虚心向每个人学习。由于本人水平有限以及时间仓促，本次设计还有许多不足，敬请读者给予好的建议和意见，并希望读者给予批评指正。

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