高楼外墙清洗机设计说明书

目录

摘要 .................................................................................. 1 ABSTRACT .............................................................................. 1 0前言 ................................................................................. 2 1方案分析 ............................................................................. 2 1.1 设计要求 ........................................................................ 2 1.2 方案一 滚动—往复移动式 ........................................................ 2 1.3 方案二 转动—往复移动式 ........................................................ 3 1.4 方案比较与选择 .................................................................. 5 1.4.1 滚动—往复移动装置优缺点 .................................................. 5 1.4.2 转动—往复运动装置优缺点 .................................................. 5 2 材料分析 ............................................................................ 5 3 设计计算 ............................................................................ 6 3.1 减速电机的选择 .................................................................. 6 3.1.1 电动机类型的选择 ........................................................... 6 3.1.2 电动机电压和转速的选择 ..................................................... 6 3.1.3 电动机型号规格的选择 ....................................................... 6 3.2 减速器的选择 .................................................................... 7 3.2.1 按强度选用减速器 ........................................................... 7 3.2.1.1传动比要求 ............................................................... 7 3.2.1.2 计算功率 ................................................................ 7 3.2.2校核热功率 ................................................................... 8 3.3 链传动装置的设计计算 ............................................................ 8 3.3.1滚子链传动设计的计算 ......................................................... 8 3.3.2滚子链链轮 .................................................................. 12 3.3.2.1主动链轮的齿形设计 ...................................................... 12 3.3.2.2从动链轮的齿形设计 ...................................................... 15 3.4 齿轮齿条传动装置的设计计算 ..................................................... 17 3.4.1齿轮类型和精度等级 .......................................................... 17 3.4.2按齿面接触疲劳强度计算 ...................................................... 17 3.5轴的设计 ........................................................................ 21 3.5.1齿轮轴的设计计算 ............................................................ 21 3.5.2主动链轮轴的设计计算 ........................................................ 24 3.6导向轮与导向齿条的设计计算 ...................................................... 24 3.6.1导向齿条的设计计算 .......................................................... 24 3.6.2导向轮的设计计算 ............................................................ 25 3.7轴承与联轴器的选取 .............................................................. 26 3.8键的选取 ........................................................................ 28 3.9标准件的选取 ....................................................................... 28 4润滑与密封 ............................................................................. 29 4.1润滑 ................................................................................ 29 4.2密封 ................................................................................ 28

1

5设计总结 ............................................................................ 29 参考文献 ............................................................................. 30 致谢 ................................................................................. 31

2

高楼外墙清洗机设计

信息与工程技术学院 农业机械化及其自动化06-1班 吉克曲力

（指导老师 廖念禾副教授）

摘要：通过分析现代建筑壁面清洗技术的需求，构思出多个设计方案并进行各方面的的对比和分析，优选出合理的设计方案。设计时充分考虑清洗效率等方面的要求，通过零件材料的合理选择、关键零件的严格分析计算和结构设计，以及整个图纸的严格设计，使该设计满足现有壁面的清洗技术需求，提高工作效率和作业安全性。 关键词： 高楼外墙 旋转清洗机构 设计

The Design on Mechanism for Cleaning Wall of Hing Building

By Jikequli Agricultural mechanization and automation

Directed by Associate Prof. Liao nianhe

Abstract: Through analyzing the demand of the modern technology in cleaning wall of hing building, a new system of cleaning device is designed after identifying the problems and deficiencies.There are a couple of design options, and through comparing and analyzing these programs, select the optimized and rational one. The production design has been given full considerations to the requirements in terms of efficiency; through choosing the parts of the reasonable, rigorous calculating and analyzing and structural designing of the key components, and designing the whole of the drawings strictly, making the design fully meet the current techonology demands, and improve the work efficiency and security. Key words: Curtain cleaning Rotation mechanism Design

1

0 前言

随着我国经济的快速发展和人们生活水平的提高，城市建筑也迅速朝高空中发展。高层建筑层出不穷，众多的电子产品在高层建筑内，产生了大量静电，建筑物的外墙及玻璃受静电的影响吸附了大量的灰尘，天长日久，日晒、风吹、雨淋，外墙上留下了一道道污迹，不但损坏了建筑物，而且还影响了城市的美观和市容。

为保持城市高层建筑外墙的清洁，必然要求开发新型的清洁机械，尤其是能取代人对外墙进行自动清洗的机械，以适应这一新兴行业的需要。由于国外研制成功的外墙清洗机设备复杂价格昂贵，还未进入我国市场，目前我国还基本上停留在人工清洗阶段，为此需研究适合我国建筑的外墙清洗机。

传统的人工清洗高楼外墙方式为一根绳和一块板吊人清洗的高危作业，工作效率低、危险性大，因此迫切需要实现机械化操作，提高城市环境保护及安全性能。为弥补这一缺陷，设计了一种投资小，成本低，安全可靠，工作效率高的全自动高层建筑外墙清机。所研究的外墙自动清洗机是现代高层建筑外墙清洗的专用设备，人没有直接参与清洗工作，大大节省了人力，且杜绝了人工工作时的危险，从而提高了安全性和清洗效率。

本设计产品改变了多年以来人工吊拉清洗或一根绳一块板吊人清洗的高危作业现象，实现了机电一体化。结构简单，操作方便，投资小，成本低，安全可靠，工作效率高。一小时大约可清洗墙面400～600m2。

本机器分为清洗装置和升降装置。本设计说明书主要着重于清洗装置部分的清洗机构设计。由于本人能力有限，设计中的错误在所难免，请大家给予批评和指证！ 1. 方案分析 1.1. 设计要求

结构简单，操作方便；投资小，成本低；安全可靠，工作效率高；一小时大约可清洗墙面400～600m2。

1.2. 方案一 滚动—往复移动式

图1所示为一滚动—往复移动式清洗装置

2

1- 滚刷 2-移动喷嘴 3-链条 4-刮水板 5-机架 6-传动丝杆 7-驱动电机 图1 滚动—往复移动式清洗装置示意图

如图1所示，它的作用原理是驱动电机7驱动链轮的转动，带动上下两滚刷1刷洗墙面；同时带动传动丝杆轴6的转动，使移动喷嘴2往复运动；刮水板4刮净剩余水分；整个清洗装置的通过升降机构和自身重量进行上下移动。 1.3 方案二 转动—往复移动式

1-链轮 2-链条 3-刷盘 4-联轴器 5-减速电机 6-机座 7-导向轮 8-导向轮轴 9-齿条导轨 10-齿轮轴 图2清洗装置示意图

3

2）选择小链轮齿数

z1?zmin，通常zmin=9，应按链速v和传动比i选取。

当z1 增大时，链条紧边的拉力下降，多边形效应减少，啮入时链节间的相对转角减少，磨损小，但传动的尺寸、重量增加。

参考表11-2【1】初步确定小链轮齿数z1=17 3）确定大链轮齿数

z2=i?z1?2?17?34?zmax?120 3.3.1.3 选取链节数和链型号 1）确定计算功率

查表11-3【1】,平稳传动，可得KA =1.0,

z17根据表11-2【1】KZ?(1)1.08?()1.08?0.89

1919计算功率为

PC?KAP1.0?0.55?kW?0.618kW KZ0.89式中 PC—计算功率，kW；

P—传递的名义功率，kW； KA—工况系数； KZ—小链轮齿数系数

2）选择链型号和节距

为使传动平稳，结构紧凑，宜选用节距较小的链条。为传动平稳，采用中心线偏离垂直线约中心线偏垂直线3?。

根据计算功率PC =0.618kw和n1 =248.2r/min,查图11-2【1】可选链条型号为No08A,查得链条节距为 p?12.7mm。 3）初定中心距

初定中心距应首先考虑结构要求，此设计为中心距不能调整的传动，故取最大允许中心距amax?80p=80×12.7=1016mm

一般初定中心距a0?(30~50)p?(30~50)?12.7?381~635mm，取a0=400mm 4）链条节数

，

根据表11-2【1】得链条节数

2az?z2p?z?z?LP?0?1??21?

p2a0?2π?9

2

22?40017?3412.7?34?17? ??????88.72 512.72400?2π?式中 Lp—链条节数，节

Lp应圆整为整数，为避免使用过渡链节，尽量取偶数，故圆整Lp为88节数。 5）链条长度

L?Lp?pmm?88?12.7mm?1117.6mm 3.3.1.4确定实际中心距

精确中心距

?LP?z1?88?17【1】，

???4.176由于数值?，查表11-5得中心距计算系数KL=0.24907 ?z?z?34?171??2，

根据表11-2【1】，得理论中心距

a?p?(2LP?z1?z2)?KLmm

mm?389.375mm ?12.7?(2?88?17?34)?0.24907mm 实际中心距a'?a??amm ，通常取?a?(0.002~0.004)a?0.791~1.581 取 a' =388mm 3.3.1.5 计算作用轴上载荷 1）计算链速，确定润滑方式 根据表11-2【1】可知v?z1?n1?pm/s

60?100017?243?12.7?m/s?0.87m/s

60?1000 式中 v—链速，m/s

n1—主动链轮转速，r/min

v?0.87m/s?0.6~0.8m/s，可知该传动为中速传动

根据v?0.87m/s?0.6~0.8m/s和型号No08A-1,所以采用滴油润滑。 2）有效圆周力

根据表11-2【1】，有效圆周力Ft?1000P1000?0.55??632.2N v0.87式中P—传递的名义功率，kW； 对接近于垂直的传动，作用于轴上的力

F?1.05KA?Ft?1.05?1?632.2N?663.8N 式中KA—工况系数，上述已查其值；

10

3.3.1.6 滚子链的耐疲劳工作能力计算

当链条传递功率超过额定功率、链条的使用寿命要求小于15000h时，其疲劳寿命的近似计算如下。

设P0'(kW)为链板疲劳强度限定的额定功率，P0''(kW)为滚子套筒冲击疲劳强度限定的额定功率，P为要求的传递功率，则在铰链不发生胶合的前提下对已知链传动进行疲劳寿命计算如下：

由

KAP1?0.55??0.55kW KP13?0.0028p【3】

由式（9.3-6）得

?p?P?0.003zn???25.4?【3】

由式（9.3-7）得

'01.080.911''0=1.172kW

1.50.8950z1p?3=0.13kW P??101.5n1?KPP0'?LPKAP'??故P(kW)?=28128h ?P0(kW)，则T?15000??KP?KAP?100''0式中 T—使用寿命，h； z1—小链轮齿数；

n1—小链轮转速，r/min； KP—多排链排数系数；

KA—工况系数； LP—链节数。 即该链条满足要求。 故滚子链的基本参数如下：

表3 传动用短节距精密滚子链基本尺寸

链号 节距

排距

滚子 外径

内链节内宽

销轴直径

内链节外宽

外链节内宽

销轴

内链板

长度 高度

p

08A 12.70

pt

14.38

drmax

7.95

b1min

7.85

dzmax

3.96

b2max

11.18

b3max

11.23

b4max

17.8

hmax

12.07

3.3.2 滚子链链轮

本次设计中采用滚子链与链轮的啮合形式。因滚子链与链轮的啮合属非共轭啮合传动，故链轮齿形的设计有较大的灵活性。根据GB/T 1243-1997规定的最大和最小齿槽形

11

状来确定链轮齿槽的基本形状，如图4所示。

图4 齿槽形状

3.3.2.1 主动链轮的齿形设计 3.3.2.1.1 最大和最小齿槽形状

由表9.3-12【3】得mm

最大齿槽形状：齿侧圆弧半径re remin?0.008dr(z12?180)?26.264mm 滚子定位圆弧半径ri

rimin?0.505dr?0.0693dr?3.667mm

90o?120°-?114.7°

z1 滚子定位角a amin最小齿槽形状：齿侧圆弧半径re remax?0.12dr(z1?2)? 15.96mm

滚子定位圆弧半径ri rimax?0.505dr? 3.535mm

滚子定位角a amax90o?140°-?134.71°

z1链轮的实际齿槽形状，应在最大齿槽形状和最小齿槽形状的范围内。因三圆弧-直线齿形符合上述规定的齿槽形状范围，故链轮的基本参数和主要尺寸见表9.3-12

【3】

，计算如下：

齿沟圆弧半径r1 r1?0.505dr?0.05?3.568mm

60o齿沟半角 a/2 a/2?55°-?51.5°

z112

工作段圆弧中心O2的坐标 M?0.8dr(sin?/2)= 4.4mm

T?0.8dr(cos?/2)=3.5mm

工作段圆弧半径r2

r2?1.3025dr?0.05?9.17mm

56o??18°-?14.7°

z1工作段圆弧中心角?

180o齿顶圆弧中心O3的坐标 W?1.3drcos=8.95mm

z1180o V?1.3drsinz1齿形半角?/2

=1.67mm

64o?/2?17?z1o=13.2°

?0.8cos??1.3025)?0.05?5.1mm ?0.8sin?)?0.66mm

齿顶圆弧半径r3

r3?dr(1.3cos?22

工作段直线部分长度bc bc?dr(1.3sin?e点至齿沟圆弧中心连线的距离H H?r32?(1.3dr?注：式中 铰卷外径dr?7mm 3.3.2.1.2 轴面齿廓尺寸

p2)?18.4mm 2 主动链轮齿数z1?17

13

图5 链轮轴向齿廓和尺寸

根据表9.3-14【3】得链轮的主要尺寸如下： 分度圆直径d d?12.7p??69.1mm

180°180°sinsin17z1齿顶圆直径da damax?d?1.25p?dr?78mm damin?d?(1?1.6)p?dr?76mm z1取da=77mm

齿根圆直径df df?d?dr=69.1-7=62.1mm

?0.8??分度圆弦齿高ha hamax??0.625???p?0.5dr?5.03mm z1?? hamin?0.5(p?dr)?2.85mm

取ha=4mm

故主动链轮的主要尺寸如下表：

表4 主动链轮的主要尺寸 单位：mm 分度圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

分度圆弦齿高ha

d

69.1

da

77

df

62.1

4

（2）确定实际中心距

中心距

a?z?zz?zz?zp[(Lp?12)?(Lp?12)2?8(21)2]=389.375mm 4222? 取a' =388mm

3.3.2.1.3 链轮结构尺寸 选用整体式钢制小链轮

，

根据表9.3-16【3】，可得以下链轮结构尺寸：

，

查表9.3-7【3】 dkmax?34mm 参考联轴器的标准直径和主动链轮的定位尺寸

14

取dk?22mm

轮毂厚度h h?K?dk?0.01d=9.16mm 6式中 由于d?50~100mm,取K=4.8

轮毂长度l l?3.3h?30.2mm 轮毂直径dh dh?dk?2h?40.32mm 3.3.2.2 从动链轮的齿形设计

同理，从动链轮的齿形设计可参考主动链轮的齿形设计方法。 3.3.2.2.1 最大和最小齿槽形状

最大齿槽形状：齿侧圆弧半径re remin?74.8mm 滚子定位圆弧半径ri

rimin?3.667mm

滚子定位角a amin?117.4°

最小齿槽形状：齿侧圆弧半径re remax? 30.24mm

滚子定位圆弧半径ri rimax?0.505dr? 3.535mm

滚子定位角a amax?137.4° 齿沟圆弧半径r1

r1?3.568mm

齿沟半角 a/2 a/2?53.2° 工作段圆弧中心O2的坐标 M= 4.5mm

T=3.35mm

工作段圆弧半径r2 r2?9.17mm ??16.4°

工作段圆弧中心角?

齿顶圆弧中心O3的坐标 W=9.06mm V齿形半角?/2

=0.84mm

?/2=15.1° r3?4.99mm

15

齿顶圆弧半径r3

工作段直线部分长度bc bc?0.0.79mm e点至齿沟圆弧中心连线的距离H H?18.1mm 3.3.2.2.2 轴面齿廓尺寸

根据表9.3-14【3】得链轮的主要尺寸如下： 分度圆直径d d?138mm 齿顶圆直径da damax?146.9mm damin?144.3mm

取da=146mm

齿根圆直径df df=131mm 分度圆弦齿高ha hamax?4.74mm

hamin?0.5(p?d1)?2.85mm

取ha=4mm

故主动链轮的主要尺寸如下表：

表5 从动链轮的主要尺寸 单位：mm 分度圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

分度圆弦齿高ha

d

138

da

146

df

131

4

3.3.2.2.3链轮结构尺寸

轮毂厚度h h?K?dk?0.01d=12.61mm 6式中 由于d?100~150mm,取K=6.4

，

且查表9.3-7【3】取dk?29mm

轮毂长度l l?2.6h?33mm 轮毂直径dh dh?dk?2h?54.2mm Dg=123.7 取123mm

3.4 齿轮齿条传动装置的设计计算 3.4.1 齿轮类型和精度等级

16

刷墙机为一般工作机器，速度不高，且功率P?0.55kW,故选用直齿圆柱齿轮传动，选用8级精度（GB 10095-88）（以下说明）。 3.4.2 按齿面接触疲劳强度计算 1.初步计算

转矩T1 T1?9.55?106?P0.55 T1=44324.7N?mm ?9.55?106?n1124.1齿宽系数?d 由表12.13【4】，取?d=1.0 ?d=1.0 接触疲劳极限?【4】Hlim 由图12.17c 初步计算的许用接触应力[?[?H1]?0.9?Hlim1H]

?0.9? （式12.15）【4】

750

[?H2]?0.9?Hlim2?0.9?580 A 由表12.16【4】

d值，取Ad=90

初步计算的齿轮直径d1u?11 d1?Ad3T?[?2? (式12.14）【4】

dH]u ?90?344324.71?11.0?5222?1 =61.9mm 初步齿宽b b??dd1?1?65 2.校核计算

圆周速度v v??d1n1??65?124.160?1000?60?1000 精度等级 由表12.6【4】 齿数z和模数m 初选齿数z?25； m?d1/z?65/25=2.6

由表12.3【4】，取模数m?2.5 则z?d1/m?65/2.5?26 z=26

17

?Hlim1?750MPa

Hlim2?580MPa

[?H1]=675MPa

[?H2]=522MPa

取d1=65mm b=65mm v=0.42m/s

选8级精度 m?2.5 ?

使用系数KA 由表12.9

【4】

KA=1.35

动载系数Kv 由图12.9【4】 Kv=1 齿间载荷分配系数KHa 由表12.10【4】 先求 F2T12?44324.7t?d?=1043N 165KAFtb?1.35?104365=21.7N/mm<100N/mm ??1.88?3.21??cos??1.88?3.2?1?z?26 (式12.6）

【4】

??? Z4???4?1.76【??3?3=0.87 (式12.10）4】由此得 K1Ha?Z2?12?1.32 ?0.87齿向载荷分布系数KH? 由表12.11【4】2 K?A?B?H???b???C?3?d??10b 1??1.17?0.16?12?0.61?10?3?65=1.37 载荷系数K

K?KAKVKH?KH??1.35?1?1.32? （式12.5）【4】

1.37 弹性系数Z由表12.12【4】

E 节点区域系数Z】H 由图12.16【4接触最小安全系数S】 Hmin 由表12.14【4总工作时间th 应力循环次数NL 由表12.15【4】，估计107?NL?109 ,则指数m=8.78 NL?N?60??n?Tmni?V1ithi?i?1??T?max??

18

???1.76 Z??0.87

KHa?1.32 KH?=1.37

K=2.44

ZE?189.8MPaZH=2.5 SHmin=1.05 th=4800h

?60?1?142.1?4800 NL=4.09?107

原估计应力循环次数正确。

接触寿命系数ZN 由图12.18【4】 ZN=1.18 许用接触应力[?H] [?H]??HlimZNSHmin?750?1.18【4】

（式12.11）

1.05[?H]=843.9MPa

验算 ?H?ZEZHZ?2KTu?1【4】

? （式12.8） 2ubd1=518.1 ?H?518.1MPa?[?H]

计算结果表明，接触疲劳强度较为合理，齿轮尺寸无需调整。否则，尺寸调整后还应再进行验算。 3.确定传动主要尺寸

实际分度圆直径d 因模数取标准值时，齿数已重新确定，但并未圆整， 故分度圆直径不会改变，即

d?mz?2.5?26?65mm d?65mm

中心距a a?mz/2?65/2?32.5mm a=32.5mm 齿宽b b??dd?1?65?65mm b=65mm

*m?1?2.5?2.5mm ha=2.5mm 齿顶高ha ha?ha*齿根高hf hf?(ha?c*)m?(1?0.25)?2.5?3.125mm hf=3.125mm

齿顶圆直径da da?d?2ha?65?2?2.5?70mm da=70mm 齿根圆直径df df?d?2hf?65?2?3.125?58.75mm df=58.75mm 齿距p p??m?7.85mm p=7.85mm 齿轮中心到齿条基准线距离H

H?d/2?65/2?32.5mm H=32.5mm 基圆直径db db?dcos??65?cos20o?61.1mm db=61.1mm 重合度?? 查图10.1-15【4】 ???1.82 4．按齿根弯曲疲劳强度验算

19

重合度系数Y? Y??0.25?0.75???0.25?0.75=0.66 Y?=0.66 1.82齿间载荷分配系数KFa 由表10.10【4】， KFa?1/Y??1/0.66 KFa=1.51 齿向载荷分布系数KF? b/h?65/(2.25?2.5)?11.6

由图12.14【4】 KF??1.35 载荷系数K K?KAKVKF?KF??1.35?1?1.51?1.35 K=2.75 齿形系数YFa 由图12.21【4】 YFa=2.60 应力修正系数Ysa 由图12.22【4】 Ysa=1.59 弯曲疲劳极限?Flim 由图12.23c【4】 ?Flim1?600MPa ?Flim2?450MPa 弯曲最小安全系数SFlim 由表12.14【4】 SFlim=1.25 弯曲寿命系数YN 由图12.24【4】 YN=0.95 尺寸系数YX 由图12.25

[?F]?【4】

YX=1.0

?FlimYNYXSFmin【4】

(式12.19) [?F]=456MPa

许用弯曲应力[?F]

?600?0.95?1.01.25验算 ?F?2KTbdm【4】

YFaYSAY? （式12.16）

?2?2.75?44324.765?65?2.5?2.60?1.59?0.66=63MPa ?F?63MPa<[?F]

传动无严重过载，故不作静强度校核 3.5 轴的设计计算 3.5.1 齿轮轴的设计计算

1.输出轴的功率P、转速n和转矩T

由上述计算可知P?P输??1??3?0.475?0.95?0.98=0.442kW n=124.1r/min

20

于是 T?95500002.作用在齿轮上的力

P0.442?9550000??34013.7N?mm n124.1 已知齿轮轴的分度圆直径为d?mz?2.5?26?65mm 而 圆周力Ft?2T2?34013.7??1046.6N d65径向力Fr?Fttan??1046.6?tan20O?380.9N

3.初步确定轴的最小直径

轴的材料为40Cr，调质处理。初步估算轴的最小直径。

d?A03P【5】

（式15-2） n查表15-3【5】取AO?112 则dmin?112?30.442?17.1mm 124.1

图6 齿轮轴装配示意图

轴的最小直径显然是安装从动链轮处轴的直径d1(如图6所示)。此轴上有一键槽，应适当增大轴径：单键增大5%。 取 d1min?18mm

为了使所选的轴与链轮孔径相适应，同时，链轮轴孔的直径是?29mm，故取

d1?29mm；又由于链轮轮毂长度为l?33mm，故该轴尺寸l1?33mm； 4.轴的结构设计

1）拟定轴上零件的装配方案

选用如图7所示的装配方案：螺母、轴端挡圈、链轮、轴承端盖、右端轴承、、右端套筒、齿轮轴、左端套筒、轴承、轴承端盖依次从轴的左端向右安装。 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

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（1）为了满足从动链轮的轴向定位要求，b?c轴段右端需制出一轴肩，轴肩高度

h?(0.07~0.1)d?(2.1~3)mm，故取b?c段的直径d2?32mm；b?c长度可参考安

装尺寸取l2?160mm

（2）初步选取滚动轴承。因轴承受到径向力较大，故选用单列向心球轴承。参照工作要求并根据d2?32mm，由轴承产品目录中初步选取单列向心球轴承6207，其尺寸为d?D?B?35?72?17，故d3?d7?35mm、l7?19mm；而d5?65mm。

轴端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。根据轴承的安装尺寸，d4?d6?42mm。 其余尺寸可根据其他相关零件而确定，即l5?55mm，l4?l6?25mm 5. 轴的强度计算

按弯扭合成强度条件校核计算

通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置、以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷如图7所示：

图7 齿轮轴载荷分析示意图

许用应力值 用插入法由表16.3【4】 查得 [?0b]?10.2，[??1b]?60MPa 5MPa22

应力校正系数??[??1b]60 ??0.59 ?[?0b]102.5表6齿轮轴受载计算结果

载荷 支反力 弯矩 总弯矩 扭矩

垂直面V

水平面 H

F1?F2?190.45N F3?F4?523.3N MH?28258.2N?mm

22MV?10284.3N?mm

M?M?M2V2H?10284.3?28258.2?30071.5N?mm

?T?0.59?T?0.59?34013.7?20068.1N?mm

6）. 由于齿轮为K式直齿轮，按弯扭合成应力校核的强度

MCa?(?T)2?M2?36152.8N?mm

?Ca?MCa?48.9MPa?[??1]?60MPa W故安全。

3.5.2主动链轮轴的设计计算

由从动链轮的结构尺寸可知轴的直径为d?30mm，其长度可参考装配尺寸确定。此轴所受载荷较小（可忽略），可不进行强度校核计算。 3.6 导向轮与齿条导轨的设计计算

导向轮与齿条导轨的主要作用是引导单个清洗装置在齿条导轨上作往复移动。 3.6.1齿条导轨 1.尺寸的确定

齿条导轨的齿形设计已在上述求得，以下主要设计其导轨的结构尺寸。 齿条导轨承受单个清洗装置的重量，即受力

F?G?m1g?100?9.8?980N

参考其相关参数，即升降速度为v1?10m/min； 单个清洗机构往复行走速度为v2?25m/min；

根据实际工作需要，即要求一小时大约可清洗墙面A?400~600m2。 故由A?v1.l1得

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齿条的工作长度l1?A?667~1000mm v1

图8 齿条导轨结构示意图

参考安装尺寸，取齿条导轨长度l?700mm，厚度h?37mm，宽度b?70mm 2..强度校核

齿条导轨相对较长，可按弯曲强度计算 对齿条进行受力分析：

图9 齿条导轨的受载示意图

通过受力分析，当在导轨中间处受载荷时弯矩最大，故危险截面位于跨度中点处。 且弯矩Mmax?F1?l?980?1/2?700?1/2?171500N?mm 2?max?Mmax?h/2=23.8MPa?[?b] 3bh/12故满足条件 3.6.2导向轮

该设计中，两导向轮互绕各自滚动导向轮轴转动并同时沿着导轨滚动，从而限制了单个清洗装置的往复运动方向。

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因导轨宽度b?70mm，参考其尺寸，取导向轮厚度h2?90mm；因滚动导向轮轴两端为标准螺纹为螺栓，即为标准件，其ds?38mm（见标准件的选取）

图10 导向轮尺寸示意图

参考其尺寸，取d1?38mm， d2?76mm，d?108mm。 3.7 轴承与联轴器的选取 3.7.1 轴承类型的选取

1）转速较低（v?0.4m/s），载荷较大。 2）轴承上受到的径向载荷较大、轴向载荷小。 3）两轴承座孔轴线对中。

4）考虑经济性，球轴承比滚子轴承便宜。综上所述：选用深沟球轴承。 根据轴承安装处轴的直径，查手册，选取对应的轴承型号：

滚动轴承6207 GB/T276-1993其尺寸为d?D?B?35?72?17,基本额定动负荷。 Cr?25.5kN，C0r?15.2kN，N0?8500r/min（脂润滑）

轴的转速较低且无轴向载荷。

已知Fr?380.9N，Fa?0，n?124.1r/min。计算步骤及结果如下表：

计算项目 计 算 内 容 计算结果 寿命计算

冲击载荷系数fd 考虑中等冲击，查表18.8

[4] fd=1.5

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当量动载荷 P?fdFr 式(18.15)

[4]

?1.5?380.9?571.3N P=571.3N

轴承组寿命 L10h16670?Cr????? 式（18.7）[4]

n?P?3?16670?25500?7?? ???1.2?10h L10h?1.2?107h

124.1?571.3? >30000h(推荐寿命) 静载荷计算

当量静载荷 P0r?Fr?380.9N

计算额定静载荷 C'0r?S0P0r 式（18.19）

[4]

' ?2?380.9?761.8N C0r?761.8N

轴承C0r?C'0r

许用转速验算 载荷系数

P573.1??0.022 查图18.19[4] f1?1 Cr25500[4]载荷分布系数 查图18.20

f2?1

许用转速N N?f1f2N0 式（18.20）

[4] ?8500r/min N=8500r/min

大于工作转速 124.1r/min

结论：采用6207轴承，寿命、静载荷计算与许用极限转速均可满足工作要求。

3.7.2 联轴器的选取

减速器与链传动之间的联接

n1?248.2r/min，n1?30mm，T?9.55?106P输n2?9.55?106?0.55N?m?21.2N?m 248.2根据表12.4-11【3】选取凸缘联轴器 GB/T 5843-2003

由式12.4-9【3】 Tc?KT?Tn 式中T—理论转矩，Nm；Tn—额定转矩，N?m；K—工作情况系数，由表12.4-6【3】查到：K?1.50

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Tc?1.50?22?33N?m?63N?m

由表12.4-11【3】查得联轴器的型号为GY25联轴器3.8 键的选取与计算

链轮与轴通过键联结,轴径d1?30mm,d2?29mm由表7-4【1】

参考链轮厚度尺寸，选用A型平键键6?25 GB/T1096-79 b?6mm h?6mm

l?25mm

J25?44 GB/T 5843-2003

J1B25?44为了防止键被剪断，须对键进行强度校核 键所受扭矩与轴相同 Tn?9.55?106P输n2?9.55?106?0.55N?m?21.2N?m 248.2假设压力在键的接触长度内均匀分布，则根据挤压强度或耐磨性的条件计算，求得联结所能传递的转矩

静联接： T?较弱零件轮毂材料为45号钢，

式中： d—轴的直径，mm

h?—键与毂的接触高度,mm，h??h/2

h—键的高度，mm

1''1hld[?p]?hl'd[?p] 式7.1【4】 24l?—键的接触长度，mm

[?p]—许用挤压应力

查表7.1【4】选用锻钢、铸铁 [?p]?125～150MPa?140MPa 对于A型键 l'?l?2R?l?b?25?6?19mm

T?1?3?19?22?140?125.40N?m?Tn 强度足够 43.9 标准件的选取 （1）联轴器上的螺栓

选取 螺栓 GB/T 5782-2000 M8×80；螺母 GB/T 6170 M8；弹簧垫圈 GB/T93—1987 8 （2）齿条导轨安装处

选取 定位销 GB/T119.1 5m6×14；开槽沉头螺钉 GB/T68-2000 M4×12

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（3）轴承盖的安装处

选取 螺钉GB67-85 M10×25 ；弹簧垫圈GB/T93—1987 10 (4)减速器与机座的安装处

选取 螺钉GB67-85 M8×45；弹簧垫圈GB/T93—1987 8 (5)主动链轮轮毂与轴安装处

选取 开槽锥端紧定螺钉 GB/T71-1985 M6×10 (6)从动链轮轮毂与齿轮轴安装处

选取 开槽沉头螺钉 GB/T 68-2000 M6×16；轴端挡圈 GB/T 891 B38 (7)滚动导向轮轴处

选取 螺母 GB/T 6170 M36；平垫圈GB/T95-2002 36 （8）刷盘与轴的联接处

选取 螺钉GB67-85 M5×16；弹簧垫圈 GB/T93-87 5 4.密封与润滑 4.1 润滑

本设计中涉及链传动、齿轮传动、导轨和滚动轴承的润滑，为降低摩擦阻力，减轻磨损，以及达到冷却，吸振等目的，需计算并选用正确的润滑方式。

由上面计算所得，链传动和导轨的润滑方式是采用人工定期润滑。使用普通开式齿轮油（SH/T 0363-1992）1号。

齿轮传动的圆周速度为0.42m/s，较低，可用飞溅润滑。选普通开式齿轮油（SH/T 0363-1992）1号。

滚动轴承的润滑方式可根据速度因数dn值（d为轴颈直径，mm；n为工作转速,r/min），

dn?35?124.1?4343.5mm?r/min

查表18.17【4】选择滚动轴承的润滑方式为脂润滑，钙基润滑脂（GB 491-1987）1号。 4.2 密封

该装置的密封主要是指轴承的密封，是为了防止外界灰尘、水分等浸入轴承。上述计算已选用毡圈密封，详见装配图。

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5 设计总结

历时两个多月的毕业设计终于接近尾声，伴随而来的是大学生涯的结束。在这次设计过程中不仅巩固复习了这四年所学的知识，还学到了一些新的东西。本次任务主要是进行高楼外墙清洗装置的设计，方案采用转动和往复移动两方向的相结合的清洗机构，有效清除壁面污垢，提高作业效率和操作安全性。

这次毕业设计是我在大学学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、再提高的过程，这一过程有助于培养我的学习能力和独立工作能力。但由于本人能力有限，未能有效结合清洗装置和吸附装置的设计，望待改善。

总的说来，本次设计达到了预期目的，成功的完成了设计。

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参考文献

【1】 蔡春源.机械零件设计手册（第三版上）.冶金工业出版社.1994年4月 【2】 蔡春源.机械零件设计手册（第三版下）.冶金工业出版社.1994年4月 【3】 王少怀.机械设计师手册（中册）.电子工业出版社.2006年8月 【4】 邱宣怀.机械设计（第四版）.北京.高等教育出版社.2007年12月 【5】 王少怀.机械设计师手册（下册）.电子工业出版社.2006年8月 【6】 何铭新.机械制图.高等教育出版社.2002年5月 【7】 蒋平.工程力学基础(上).高等教育出版社.2003年2月 【8】 成大先.机械传动.化学工业出版社.2004年1月

【9】 孙桓，陈作模.机械原理（第六版）.北京.高等教育出版社.2001年5月 【10】 廖念禾.AutoCAD 2006中文版全接触.中国水利水电出版社.北京.2006年1月 【11】 唐伯雁等.幕墙清洗机器人的清洗系统设计[J].清洗世界.第24卷第7期 2008年7月. 【12】 机械设计手册编委会.机械设计手册新版第1卷[M].北京.机械工业出版社,2005年3月 【13】 廖念钊.互换性与技术测量（第四版）.中国计量出版社.北京.2000年1月 【14】 机械设计手册编委会.机械设计手册新编（软件版）.化学工业出版社. 2008年4月 【15】 任嘉卉，李建平.机械设计课程设计.北京.北京航空航天大学出版社.2001年1月

【16】 Christopher T H. The Numerical Treatment of Intergral Equations.Clarendon

Press,Oxford 2003

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致谢

经过长期的努力，本次毕业设计终于完成。在这个过程中，得到了许多人的帮助。首先，感谢我的指导老师廖念禾副教授从选题到最终完成设计整个过程中的悉心指导，以及帮助。再次，感谢大学四年学校对我的培养以及各位老师的关怀。在设计过程中，得到了很多同学对我的支持和关心，在此表示感谢！

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