1、脚踩式甩干拖把的设计 1.前言 自从中国加入世贸组织以后，我国机械制造行业面临着前所未有的机遇和挑战， 机械产品在我们日常生活中无处不在，我们的生活几乎都离不开机械产品。在机械 行业里技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性、市场竞争力以及能否不断领先 于其他竞争者的重要指标和依据。随着我国家居市场的迅猛发展，与之相关的产品 和产品的生产技术也成了业内企业关注的焦点，其中拖把市场就是其中一个。然而 我们了解了国内外拖把的生产核心技术的研发动向、设备、技术运用以及未来趋势， 对于提升和提高相关企业的产品技术规格和市场竞争力都有十分重要的作用。 目前，我国市场上虽然出现了几类新式拖把，但是这些拖把的
2、使用方法和老式 的传统拖把相比较，基本没有什么差别。不论是新式还是老式的拖把，令使用者感 觉不便的就是拖把洗净以后需要把水拧干，使用者要么需要用手拧干，这样一来劳 动强度大，费时费力，并且容易弄脏双手，尤其是在冬天，这些拖把使用起来又冷 又不卫生；也有使用者将洗净的拖把悬挂起来，让拖把自然脱水，这样便使得拖把 长期时间处于很湿的状态，从而影响拖把的使用寿命。 经专家在国内外市场是的研究结果表明：市场上目前销售的拖把 75%都是普 通型木杆布拖把；学校，医院等公共场所使用的拖把基本是普通型拖把；市场 上的拖把除水工具或多或少都有以下不足：要么使用的是专业除水工具，造价高， 维修不便，更换零件不容
3、易等。 在准备了充足的资料以后进行了总体以及零部件的设计工作，总体的设计工作主 要是甩干拖把的总体结构设计、结构组成设计、传动机构以及系统总体原理的设计。 零部件的设计主要包含各零部件的二维图和三维图以及装配图。在此次设计中采用 了一些简易通用的零部件，方便替换和使用，且降低了产品的成本。 通过本次的设计，拖把甩干器能够满足加工需求，保证加工精度，且使用较为 平稳、方便，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整，提高了工作效率。 在设计的过程中，由于知识的缺乏和实践经验的不足，难免有些疏忽和错误，望老 师能够批评指正。 2.国内拖把市场的分析 由于科技的发展，人们对家居生活的质量需求也相应
4、提高。其中居家的卫生清 洁就是人们需要面对的其中一个问题，而人们在居家清洁生活中，拖把是最常用的 一个工具，然而拖把的使用起来功能的好坏以及方不方便，都是人们非常关心的问 题。 目前在我国市场上，拖把的种类繁多，外观多样，价格也有高有低，其中拖把 类型主要有：普通型布拖把、拧水拖把、胶棉拖把、蒸汽拖把以及目前使用最为流 行的甩干拖把。 然而，据有关数据（详细见下图 2-1）表示仍然有 75%的公共场所使用的是普 通型布拖把，10%使用的是胶棉拖把，15%使用的是新型拖把。 图 2-1：拖把类型的使用百分比 2.1 拖把的种类以及特点 经过市场分析，我国市场上现有的拖把类型主要有： （1）普通型
5、布拖把（见图 2-2）：最早抹布加长柄的拖把。制作简单，价格低廉， 但使用功能单一，使用寿命短。工作头由抹布块变成了布条，现在主要变化有： 工作头的形状有开始的圆形发展为条形、平板型等。工作头材料形状除布条外还 出现了纱绳状。工作头材料材质除棉质外还有超细纤维，胶棉条等。工作头安 装除固定式外还有可更换式。工作杆出固定式外还有分节式，可调节长短的伸缩 式。 图 2-2：普通型布拖把 （2）拧水拖把（见图 2-3）：工作杆是安装有扭转挤水装置，使用者在使用的时候 可以不接触污水，使用方便，价格较低，但是使用寿命短，劳动强度较大，目前新 型拧水拖把的特点：不锈钢材质，长期使用不生锈。采用擦拭汽车玻
6、璃、眼镜 的超细纤维布。超强的去污能力、静电吸附能力、吸水能力清洁头顶部被装上 保护部，避免了工作杆头端对被清洁面的伤损。回转筒下端安装了固定装置，避 免了工作时，回转筒的窜动。回转筒上端被安装了中心定位装置，避免了工作时 的摆动。工作杆上被安装了止回锁，避免了回转筒工作挤水时逆转。伸缩杆设 计，按身高调节长短。旋转挤水不费力，无需辅助工具。可以轻轻松松更换布 头 。 图 2-3：拧水拖把 （3）胶棉拖把（见图 2-4）：它最大的特点是在确保继承拧水拖把挤水自洁功能的 同时，工作头材质的变化，采用的材料是聚乙烯醇胶棉，使用方便，价格较贵，需 要经常更换胶棉。这种胶棉材料具有很强的吸水性，能够充
7、分保证工作头的洗洁工 作需要。主要变化是在围绕着挤水功能展开 。 图 2-4：胶棉拖把 （4）蒸汽拖把（见图 2-5）：这种拖把的工作原理是通过电阻丝将水加热，产生压 力和高温，直接通过高温高压蒸汽来消毒和除菌，清洁居家环境。但是这种拖把， 使用时故障率较多，价格昂贵，使用不方便，拖地的范围受局限。 图 2-5：蒸汽拖把 （5）新型甩干拖把（见图 2-6）：甩干拖把是一种新型拖把，它采用了离心力的原 理，通过人力来脱水，使用起来方便简单，而且有利于环保节能，并且克服了过去 所有拖把的缺点，而且做到轻便易拿，清洗容易，双手完全不沾污，远离污渍和污 水，连地面碎屑都轻松沾附，甩干拖把具有超强的吸水
8、性，甩干拖把附赠的脱水桶， 采用离心力原理，只要轻踩踏板，就能快速把水甩干。旋转拖把的拖把头是由特制 的超细纤维做成，超强的吸水性能保证拖地不再有水渍。旋转拖把的优点：甩干 拖把的出现着实让众使用者节省了不少劳动强度。甩干拖把首先区别于传统拖把 之处就是能够旋转。通过旋转产生的离心力的原理，利用一点人力就使拖把像在洗 衣机里甩干的效果一样。这种拖具使用方便，轻巧灵活，但是使用寿命有限制，最 多能用 6 个月。要求规范的操作，寿命至少在半年以上。和普通拖把比起来，甩 干拖把具有更强的吸水性，只要旋转就可以把水甩光，受到很多人的喜爱。 图 2-6：新型甩干拖把 2.2 基于市场分析的问卷调查统计
9、对于目前国内拖把市场的销售情况和使用情况，我们在网上进行了一次简单的 问卷调查，问卷调查参与的一共 72 人。现在选取其中几个很具有代表性的问题进行 分析。 1.您是否经常做清洁家务 单选题 选项 小计 比例 A 是 41 56.94% B 否 31 43.06% 本题有效填写人次 72 2.您多久拖一次地 单选题 选项 小计 比例 A 每天一次 18 25% B 两天一次 18 25% C 一周一次 20 27.78% D 一周以上 3 4.17% E 偶尔一次 13 18.06% 本题有效填写人次 72 3.每次清洁地面你需要多少时间 单选题 选项 小计 比例 30 分钟以内 48 66.
10、67% 30-60 分钟 18 25% 超过 60 分钟 6 8.33% 本题有效填写人次 72 4.您是否觉得拖地很累 单选题 选项 小计 比例 A 是 32 44.44% B 否 19 26.39% 看情况而定 21 29.17% 本题有效填写人次 72 5.您最在意拖把哪方面 单选题 选项 小计 比例 A 价格 6 8.33% B 外形 0 0% C 使用舒适度 61 84.72% D 创新功能 5 6.94% 本题有效填写人次 72 6.您比较不满以下哪几种情况（多选） 多选题 选项 小计 比例 A 拖把手柄太粗糙 37 51.39% B 弯腰太久很辛苦 54 75% C 棉布难以拧干
11、 53 73.61% D 握柄易坏 37 51.39% 本题有效填写人次 72 7.以下哪些新式拖把具备的功能是您想要的（多选） 多选题 选项 小计 比例 A 省时省力，节能环保无污染 45 62.5% B 多种样式棉头可随意更换 46 63.89% C 可 360 度角落清洁 51 70.83% D 具备吸尘功能 47 65.28% E 可伸缩握柄 37 51.39% F 可以充电持续使用 10 13.89% 本题有效填写人次 72 8.对下面两种拖把您更喜欢哪种 单选题 选项 小计 比例 A 使用功能单一的，价格便宜但需要手 来除水 21 29.17% B 具有多种使用功能，环保节能，省时
12、 省力 51 70.83% 本题有效填写人次 72 9.您现在家中所用拖把是 单选题 选项 小计 比例 A 甩干拖把 21 29.17% B 普通塑料拖把 25 34.72% C 甩干桶拖把 6 8.33% D 传统木拖把 9 12.5% E 蒸汽拖把 2 2.78% F 其他 9 12.5% 本题有效填写人次 72 2.2.1 调查结果： 从问卷表我们可以看出消费者大部分觉得平时拖地很累。 大量的人喜欢操作起来更舒适的拖把，而且耐用、节能环保、多功能的拖把。 多数消费者从实体店来购买拖把。 多数消费者会在半年内更换使用过的拖把。 2.2.2 存在的问题： 拖把的使用寿命不太长。 大多家庭目前
13、仍然在使用着单调的普通型拖把。 拖把的做工，质量不太理想。 2.2.3 结论： 经过分析可以知道，大部分人喜欢和需要一款，节能环保、使用方便、操作简 单、功能齐全、可以更换的新型拖把，也就是目前市场上比较流行的新型甩干拖把。 然而目前市场上甩干拖把主要有两种：手压式和脚踩式。且脚踩式使用起来更加方 便，劳动强度也远低于手压式，故我们选择设计脚踩式甩干拖把，来满足人们的使 用需求。 3.脚踩式甩干拖把的设计 3.1 脚踩式甩干桶的总体结构方案 该拖把洗涤甩干器为脚踩式，其结构组成示意图见图 3-1，主要由扶手 1（含卡 套） ，箱体 2，甩水筒 3，洗涤筒 4，脚踏板 5，传动机构 6，排水管
14、7，和滚轮 8 组 成。 图 3-1：脚踩式甩干桶的总体结构简图 3.2 甩干桶的传动机构简图设计 甩干桶的传动原理是通过人力脚踩踏板，通过和踏板连接成一体的棘轮机构， 传动到一对锥齿轮，再通过齿轮传动和带轮传动来驱动甩干桶以及洗涤桶，传动结 构示意图见图 3-2。 图 3-2：传动机构简图 其中 1 为棘轮；2，3 为标准锥齿轮；4，5，6 为标准直齿轮；，为传 动轴。 3.3 局部设计构思 3.3.1 拖把头和拖布头的设计 为了方便拖布的更换和拆卸，可将拖把头部设计成含有卡钉的结构，拖布头采 用橡胶圈材料，并在橡胶圈上制成相应的通孔，通过拖把头是的卡钉和橡胶圈上通 孔的过盈配合来使得拖布头
15、固定在拖把头上，这样有利于制造和更换（见图 3-3 和 3-4） 。 图 3-3：拖把头的实体图 图 3-4：拖布头的实体图 3.3.2 拖把杆的稳定卡套的设计 扶手使用不锈钢管制成，前端固定卡套使用塑料制成。这种卡套的作用可以在 拖把杆放入甩水筒 3 时，可以使得拖把杆基本保持在甩水筒的中心线上，这样可以 有效地减少甩水筒在旋转时，拖把杆的左摇右晃，稳定拖把杆，提高除水效率。卡 套的直径尺寸略大于拖把干的直径尺寸，且制作成环形口，由于材料的弹性变形， 可以将拖把杆放入卡套（见图 3-5 和 3-6） 。 图 3-5：卡套和拖把杆的装配示意图 图 3-6：稳定卡套的俯视图 3.3.3 单向传动
16、机构的设计 由于脚踩式甩干拖把需要人为地输入连续的单向旋转运动，所以本设计采用棘 轮机构。其中 1 为摇杆，摇杆和脚踏板连接在一起；2 为棘爪，驱动棘轮旋转；3 为 棘轮；4 为止动爪，防止棘轮反向旋转，以保证脚踩踏板时，可以输入连续的单向 旋转；5 为弹簧片，用来保证止动爪 4 和棘轮 3 始终保持接触；6 为弹簧，用来牵引 摇杆回归预设位置，减少使用者多余的操作，减轻劳动强度（见图 3-7） 。 图 3-7：棘轮机构 3.3.4 甩干筒和洗涤筒的外形设计 目前市场上销售的甩干拖把功能比较单一，只有甩干功能，故在设计时，可以 再添加一个洗涤筒来增加甩干拖把的使用功能，使得设计的拖把具有甩干和
17、洗涤的 功能，即可以把脏的拖把通过类似于洗衣机的原理将其洗涤干净，又可以将干净但 是湿的拖把头甩干，从而一举两得，减少人们的劳动强度，和手接触脏水的次数， 进而保护使用者的双手。 本设计中甩干筒和洗涤筒外形一样，都是在筒壁上，开类似于键槽的口子，使 得水可以进出筒体，筒的外径尺寸略大于拖把头的外径尺寸，使得拖把可以自然地 放入筒体（见图 3-8 和 3-9） 。 图 3-8：甩干筒的外形实体图 a 图 3-9：甩干筒的外形实体图 b 3.3.5 甩干桶的外形实体设计 甩干桶外形参考了市场上销售的常见甩干桶的外形设计，由于市场上目前销售 的甩干拖把配套的甩干桶均使用的都是非常简易的齿轮传动，不仅
18、使用寿命得不到 保证，而且使用功能过于单一，故我们增加了一个稳定卡套和扶手以及一个洗涤筒， 这样可以使得甩干桶使用和移动更加简易、方便。 而且我们也增加了一个防护罩子，将甩干筒和洗涤筒罩其来，防止污水随着筒 旋转而飞溅出来弄脏地板或使用者的衣物（见图 3-10 和 3-11） 。 图 3-10：甩干桶的外形实体图 a 图 3-11：甩干桶的外形实体图 b 4.传动部分的设计和计算 4.1 初始数据的设定 由于目前滚筒式洗衣机的转速主要集中在 至 的范围内，所min/r80in/r120 以脚踩式甩干拖把的甩干筒的转速选取为 ，线速度 ，圆周力4ns/4V ，圆锥齿轮传动比 ，圆柱齿轮传动比 。
19、NF502i3 i45 4.2 传动机构的运动参数和动力参数的计算 4.2.1 各传动轴的功率计算 甩水筒所需的输入功率为： （31）10VFP 代入初始数据可得： ；kw2450 故甩水筒连接的轴的功率为： ；0 轴的功率为： （32） 12P 式中 （33）锥 齿 轮轴 承12 由参考文献机械设计基础课程设计有表 4-1： 表 4-1：机械传动的效率概略值 传动类别 传动效率 圆柱齿轮传动 开式： 96.04. 圆锥齿轮传动 开式： 52 滚动轴承 8 选取 ， ， ；9.0轴 承95.0锥 齿 轮 95.0齿 轮 故由式（32）可知： ；kw126.P 轴的功率为： （34）323 式中
20、： （35） 轴 承齿 轮 23 故由式（34）可知： ；kw81.3P 轴的功率为 ；kw769.1095.44 4.2.2 估算甩干筒的外径 由于转速和外径公式为： （36） 106nDV 将初始数据代入式（36）可得： ，故取整 ；m9.m20D 4.2.3 各轴的转速计算 由公式转速和传动比公式： （37）abni 甩水筒轴的转速为： ；mi/r40 则由式（37）可知，轴的转速为： ；min/r204in23 轴的转速为： ；i/r1340in5 轴的转速为： ；min/ri56 4.2.4 各轴所传递的转矩的计算 由转矩的计算公式： （38） n950PT 代入相关数据可知，轴的转
21、矩为： ；m5.1026.95NT 轴的转矩为： ；m7.402N 轴的转矩为： ；6318.95T 轴的转矩为： ；9. 4.3 相关零件的参数设计和计算 4.3.1 齿轮 4 和 6 的模数的确定 齿轮 4 和 6 均为标准直齿圆柱齿轮，选择齿数 ，则 ；304Z120i46Z 1.按照传动方案，甩干部分为一般工作机器，速度不高，故选择 7 级精度（GB 10095-88)。 2.由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 270HBS，大齿轮材料为 45 钢 （调质） ，硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。 3.由设计计算公式进行试算，即： （39） 3
22、 2dt u12. HEZKT 由于 ，由表 10-7 选取齿宽系数 ；m1075.44NT 由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 ；2 1a8.9MPZE 由图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ，大齿轮的a601limMPH 接触疲劳强度极限 ；a502limPH 由式 10-13 计算应力循环次数： ，h12.4358406nj 8h1 LN ；h105.i842N 由图 10-19 取接触疲劳寿命系数 , ;12.HNK4.HN 计算接触疲劳许用应力：取失效概率为 1%，安全系数 ，由式 10-12 得，1S ， ；a67012. lim1 MPSKHNa6275
23、0.2lim2 MP 由式（39）可得 ；345dt 计算齿轮的圆周速度： ；s/94.01603.45160nt V 计算齿宽： ，其中参数 为齿宽系数根据机械设计btd d 有表 4-2： 表 4-2：圆柱齿轮的齿轮宽系数 d 装置状况 对称布置 不对称布置 悬臂布置d4.19015.706.04 选取 1 计算齿宽和齿高之比 ：模数 ，齿高hbm51.30.dm4tt Z ， ；05.31.25m.ht 3hb 计算载荷系数：根据 ，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数 ，s/m94.0V 08.1VK 直齿轮， ,由 ， 查图 10-13 得 ,故载荷系数1FHK3.hb08.1V
24、K35.F ;54628.VA 按实际的载荷系数矫正所得的分度圆直径，由式 10-10a 得： ； m0.3.1546.d3tt4 K 计算模数 ： ;m.8d4Z 若按照齿根弯曲强度设计：弯曲强度设计公式为 （310）3d2FSYZKT 由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ，大齿轮的弯曲疲劳强a501MPFE 度极限 ;a3802MPFE 由图 10-18 去弯曲疲劳寿命系数 , ;8.01FNK8.2FN 计算弯曲疲劳许用应力：去弯曲疲劳安全系数 ，由式 10-12 得，41S a57.34.10851 PSKFENF a86.234.1022 MPKFEF ； 计算载荷系数
25、 : ;58.3108.FVAK 查取齿形系数和应力校正系数: 由参考文献机械设计有表 4-3： 表 4-3：齿形系数 及应力校正系数aFYaSY Z30 35 80 aFY2.52 2.45 2.22 S1.625 1.65 1.77 查得 , , , ;16.2FY25.S16.FY80.2S 计算大、小齿轮的 并加以比较： ,F01348.57.3621FY ，大齿轮的数值大；01627.8.23162FSY 设计计算：由式（310）得 ，对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的3.m 模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数大小主要取决于弯曲疲 劳强度所决定的承载能力，而齿面
26、接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径 有关，由参考资料机械原理选取圆柱齿轮的模数为 ，则大、小齿轮m5.1 的齿数分别为 , ；大、小齿轮的分度圆直径分别为325.148Z12845 ， ；中心距为 ；md4m9d6 1209482da54 齿轮宽度 ，故取 ， 。84b4B36 4.3.2 各轴轴段最小外径尺寸的设计计算 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据表 15-3，取 ；120A 由式 15-2 初步估算各轴的最小直径： （311）30mind P 将已知数据代入式（311） ，可知轴的最小直径 取整m6.250 1.d3min 为 ，轴的最小直径 ，取整为 ，轴的最m0 1
27、5.94021d3min 小直径 ，取整为 ，轴的最小直径为8.2713.din ，取整为 。.9076.123min 30 4.3.3 大、小直齿圆锥齿轮的模数的确定 根据参考文献机械设计齿轮传动的设计可知，为简化计算通常假定载荷集 中作用于齿宽中点处，并近似看成当量直齿圆柱齿轮的设计计算，现小锥齿轮的当 量齿数 。453VZ 由参考文献机械设计P224 公式 （312）2332tancoiZ 代入数据可知 ， ；5.632.63 故小锥齿轮的齿数为 ，则大锥齿轮的齿数为 ;405.26cos43Z 120432Z 按照步骤中的计算过程可知，按齿面接触疲劳强度设计时平均分度圆直径为 ，平均模
28、数为 ；m80d3.1m 则由公式 （313）R5.0-1 通常 ，则代入式（313）得模数 ；R m8.1 若按照齿根弯曲疲劳强度设计，由参考文献机械设计P226 式 10-24 有 （314）321u5.014mFSRYZKT 式（314）中 和 由表 10-5 分别取FYS 2.5，1.63， , ， , 代入式（314）可得64.m075.4N2Z4iu ，代入式（ 313）可得在按照齿根弯曲疲劳强度计算时的模数28.1m ；53 故按照参考文献机械原理圆整模数，取 。2 4.3.4 各轴轴段外径选取和长度的确定 （1）.轴各轴段外径选取： ， ， ， ，m40d145d2m0d340
29、d ;各段长度分别为： ， ， ， ，m35d6L1L15 。0L 图 4-1：轴的尺寸图 （2）.轴各轴段外径选取： ， ， ， ，m20d125dm30d35d4 ， ；各段长度分别为：m5d20d6 ， ， ， ， ， 。m150L402Lm453104Lm405306L 图 4-2：轴的尺寸图 （3）轴各轴段的外径选取： ， ， ， ， ， ；各m0d135d2m40d345dm35d30d6 段的长度为: ， ， ， ， ，16L23L1045L 。6 图 4-3：轴的尺寸图 （4）轴各轴段的外径选取： ， ， ， ， ， ；各m30d135d2m40d345dm35d30d6 段的
30、长度为： ， ， ， ， ，701L203L1045.L 。6L 图 4-4：轴的尺寸图 4.4 轴承的选取 根据各个轴的外径尺寸的选取情况，由于是普通机械,载荷不大，故由参考文献 机械设计基础课程设计有表 4-4，初步选取轻窄（2）系列深沟球轴承。 表 4-4：深沟球轴承（摘自 GB276-89） 新标准 d D B 6204 20 47 14 6205 25 52 15 6206 30 62 16 6207 35 72 17 故有以下结果： 轴安装轴承处外径为 35mm，故选取新标准 6207 型深沟球轴承。 轴安装轴承处外径为 20mm，故选取新标准 6204 型深沟球轴承。 轴安装轴承
31、处外径为 30mm，故选取新标准 6206 型深沟球轴承。 轴安装轴承处外径为 30mm，故选取新标准 6206 型深沟球轴承。 4.5 键的选取 根据各轴需要周向定位处轴外径的大小和轴段长度，由参考文献机械设计 选取圆头普通平键，有表 4-5，选取对应键的尺寸大小。 表 4-5：普通平键的主要尺寸 轴的直径 d 2230 3038 3845 键宽 b键高 h 87 108 128 键的长度 L 6，8，10，12，14，16，18，20，22 ，25，28，32，36，40，45，50，56 ，63，. 轴有两处键槽，分别是固定棘轮和大锥齿轮，根据其对应外径分别为 45mm 和 35mm，长
32、度分别为 22mm 和 40mm，故选取键的尺寸分别为：键宽 b键高 h 分别 为 128 和 108，长度 L 分别取 20mm 和 36mm。 轴也有两处键槽，分别是固定小锥齿轮和小齿轮，根据其对应外径分别为 30mm 和 25mm，长度分别为 36mm 和 45mm，所以选取键的尺寸分别为：键宽 b 键高 h 分别为 108 和 87，长度 L 分别取 32mm 和 40mm。 轴有一处键槽，是固定过轮的，根据其对应外径尺寸为 40mm 和长度为 34mm，所以选取键的尺寸为：键宽 b键高 h 为 128，长度 L 取 30mm。 轴有一处键槽，是固定大齿轮的，根据其对应外径尺寸为 40
33、mm 和长度为 40mm，所以选取键的尺寸为：键宽 b键高 h 为 128，长度 L 取 36mm。 4.6 脚轮的选取 根据甩干桶的使用环境，我们选取的脚轮型号是 M2-3308-95（见图 4-5） ，这种 脚轮的特点如下：支架双珠盘结构，珠盘轨道经过热处理，持久耐用，采用优质 4mm 厚钢板，表面镀蓝锌；轮子由优质的热塑性聚氨脂注塑而成，不仅耐磨性能好， 而且富有弹性，配有一体精密滚珠轴承，外表美观而且滑行时噪音很小，适合长距 离或经常移动的设备使用，具体尺寸参数见图 4-6。 图 4-5：M2-3308-95 型脚轮 图 4-6：M2-3308-95 型脚轮相关尺寸 4.7 传动齿轮的
34、实体外观尺寸的确定和实体外形设计 4.7.1 小齿轮的尺寸确定和实体外形设计 根据之前的模数的设计校核，由于选定的模数 ，根据参考文献机m5.1 械原理P180 表 10-2 公式可知，小齿轮的分度圆直径 ，m485.132d3Z 齿顶高 ，齿根高 ，齿顶圆直径m5.1ha 87.2.haf）（ C 为 ，齿根圆直径为 ，对3482d3a.-ha3fC 应配合的轴的直径为 ，选取的键的尺寸键宽 b键高 h 为 87，故齿轮上2d 键槽深度取 。 根据参考文献机械设计基础课程设计P66 表 9-2，由于小齿轮的齿顶圆直径 ，则小齿轮的实体外形设计可以选择是实心式制造，材料为 40Cr（调质）m1
35、0da ，硬度为 270HBS。 图 4-7:小齿轮的尺寸 图 4-8：小齿轮的实体外形图 4.7.2 大齿轮的尺寸确定和实体外形设计 同理根据参考文献机械原理P180 表 10-2 公式可知，大齿轮的分度圆直径 为 ，齿顶高 ，齿根高m1925.8md4Z m5.1ha ，齿顶圆直径为 ，齿根圆87.haf）（ C 1952d4a 直径为 ，对应配合的轴的直径为 ，选取的m25.182-hda4f ）（ CZ m40 键的尺寸键宽 b键高 h 为 128，故齿轮上键槽深度取 。 根据参考文献机械设计基础课程设计P66 表 9-2 中的设计准则，由于大齿 轮的齿顶圆直径 ，则大齿轮的实体外形设
36、计为腹板式结构，腹板上均布50da 6 个孔直径均为 ，具体尺寸见图 4-9。2D 图 4-9：大齿轮的尺寸图 图 4-10：大齿轮的实体外形图 4.7.3 过轮的尺寸确定和实体外形设计 同理根据参考文献机械原理P180 表 10-2 公式可知，过轮的分度圆直径为 ，齿顶高 ，齿根高m16075.md5Z m5.1ha ，齿顶圆直径为 ，齿根圆85.2.haf）（ C m1632d5a 直径为 ，对应配合的轴的直径为 ，选取的键7-a5f 40 的尺寸键宽 b键高 h 为 128，故齿轮上键槽深度取 。 根据参考文献机械设计基础课程设计P66 表 9-2 中的设计准则，由于大齿 轮的齿顶圆直径
37、 ，则大齿轮的实体外形设计为腹板式结构， 腹板上m0da 均布 6 个孔直径均为 ，具体尺寸见图 4-11，实体外形见图 4-12。32D 图 4-11：过轮的尺寸图 图 4-12：过轮的实体外形图 4.8 大小锥齿轮的尺寸确定和实体外形设计 4.8.1 小锥齿轮的尺寸确定和实体外形设计 根据之前的模数的设计校核，由于选定的模数 ， ， ，m22i3403Z ，故根据参考文献机械原理P201 表 10-7 公式可知，小锥齿轮的分锥角802Z ，齿顶高 ，齿根高5.26arctn3 2mha ，分度圆直径 ，齿顶圆直径41mhaf C m8042dZ ，齿根圆直径 ，锥距为568cos2d .7
38、6cosh-ff ，齿根角为 ，顶锥角为m32.912ZR 5.1harctnffR ，根锥角为 ，齿宽为 ，故取 。8fa 25-ff4.30Bm30B 根据参考文献机械设计基础课程设计P67 表 9-3 中的设计准则，由于小锥 齿轮的齿顶圆直径 ，故小锥齿轮的外形设计采取实心式结构。m20da 图 4-13：小锥齿轮的尺寸图 图 4-14：小锥齿轮的实体图 4.8.2 大锥齿轮的尺寸确定和实体外形设计 同理根据参考文献机械原理P201 表 10-7 公式可知，大锥齿轮的分锥角 ，齿顶高 ，齿根高 ，分度圆5.63m2ha m4.2.1haf C 直径为 ，齿顶圆直径为 ，齿根16082md
39、Z 563cosda 圆直径为 ，锥距为 ，齿根角4.5cosh-ff 2.912m3ZR 为 ，顶锥角为 ，根锥角为 ，齿宽.1arctnffR 65fa 6-ff 为 。m30B 根据参考文献机械设计基础课程设计P67 表 9-3 中的设计准则，由于大锥 齿轮的齿顶圆直径 ，故可以采取腹板式结构。m50da 图 4-15：大锥齿轮的尺寸图 图 4-16：大锥齿轮的实体图 4.9 各轴的安全校核和对应轴承的寿命计算校核 4.9.1 轴的强度校核和对应轴承的寿命计算校核 由前面计算所得的数据，可知轴的转速为 ，转矩为min/r20n ，功率为 。m5.10NT kw126.P 1.求作用在锥齿
40、轮上的力 由于大锥齿轮的分度圆直径为 ，而根据参考文献机16082mdZ 械设计可以计算： ;NTF126905.2d0t ;0cos3.tancosantr ;4i5ita 同理作用在棘轮上的力近似计算为： ；NF1269t ；N4602tanatr 2.计算轴承上所承受的支反力 R 根据材料力学公式计算，对大锥齿轮有 水平支反力为 ；NRH41925.16 ；82 垂直支反力为 ；V1469 5.461 ；NR32 对棘轮近似有，水平支反力为： ；H10695.16 ;R32 故合成支反力为: ；N571460421 ；R382 根据弯矩计算公式可知，轴所受到的弯矩为： ；m5.62.53
41、71 M ；92N 故按照弯扭合成应力校核轴的强度，根据参考文献机械设计P373 公式 15-5，即: （315） WT 22ca 由于轴是单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 ，所以将数据代6.0 入式（315）得 ，由于轴选取的材料为 45 钢，调质处理，由参考a27.1caMP 文献机械设计P362 表 15-1 可知 ，故 ，所以轴的强度满a601-P1-ca 足条件，安全。 2.轴承的寿命计算好校核 由前面所取的轴承型号为新标准 6207 型深沟球轴承，根据参考文献机械设计 基础课程设计有表 4-5： 表 4-5：深沟球轴承参数 轴承型号 dDBkNrCkr0 6204 20 4
42、7 14 9.88 6.18 6206 30 62 16 15.0 10.0 6207 35 72 17 19.8 13.5 可知此种轴承的额定动载荷 ，额定静载荷为 。kN8.19rCk5.13r0C 由于 ，故根据表 15-3，取 ， ;03.154r0aCF38.e.Y 因为 ，故当量动载荷为 ，其中 根据参考文献e76.ra arfFXPPf 机械设计P321 表 13-6 取为 1； 所以 ;NP67.543.5.0 ，故当量动载荷为 ;eF18243ra 25r 所以轴承的寿命为 ，其中 根据表 4-6:h18249061fn60 3th PCL tf 表 4-6：温度系数 tf
43、工作温度 C/12125 150 175 温度系数 tf1.00 0.95 0.90 0.85 选取 1. 由机械设计P318 表 4-7： 表 4-7：推荐的轴承预期计算寿命 hL 机器类型 轴承预期需要达到的寿命 h/ 不经常使用的仪器设备 30 短期或间断使用的机械，如手动机械 8 可知预期轴承的使用寿命 的范围为 ，hLh830 故 ，所以轴承满足使用要求，安全。hL 4.9.2 轴的强度校核和对应轴承的寿命计算校核 由前面计算所得的数据，可知轴的转速为 ，转矩为min/r40n ，功率为 。m75.4NT kw2P 1.求作用在大锥齿轮上的力 由于大锥齿轮的分度圆直径为 ，而根据参考
44、文献机械8042md3Z 设计可以计算： ；NTF1948075.2d0t ；38.26costancosantr ；5iita 作用在直齿轮上的力有： ；NTF19847.20dt ；2tan198atr 2.求作用在轴承上的支反力 对直齿轮有： ; ;NRH45161NRH841592 ; ;V7972V307 对锥齿轮有： ; ;H308165.41H861942 ; ;NRV2389NRV20 故轴承所受到的合成支反力为： ;1544701522 ;R8309686842 根据弯矩计算公式可知，轴所受到的弯矩为： ；m1275.15NM ；09832 由于轴是单向旋转，扭转切应力为脉动
45、循环变应力，取 ，所以将数据代6.0 入式（315）得 ，由于轴选取的材料为 45 钢，调质处理，由参考文a2.1caMP 献机械设计P362 表 15-1 可知 ，故 ，所以轴的强度满足a601-MP1-ca 条件，安全。 3.轴承的寿命计算好校核 由前面所取的轴承型号为新标准 6204 型深沟球轴承，根据参考文献机械设计 基础课程设计P145 表 15-3，可知此种轴承的额定动载荷 ，额定静载NCk8.9r 荷为 。kN18.6r0C 由于 ，故根据表 15-3，取 ， ;03.94r0aF2.0e9.1Y 因为 ，故当量动载荷为 ，其中 根据参考文献e12.5ra arfFXPPf 机械
46、设计有表 4-8： 表 4-8：载荷系数 Pf 载荷性质 Pf 举例 无冲击或轻微冲击 2.10电动机、水泵、通风机 等 中等冲击或惯性冲击 8车辆、起重机、机床等 强大冲击 .3破碎机、轧钢机等 取为 1； 所以故当量动载荷为 ; ;NRP15421NRP1802 所以轴承的寿命为 ，其中 根据表h657396fn60th CL tf 13-4 选取 1. 由机械设计P318 表 13-3 可知预期轴承的使用寿命 的范围为hL ，故 ，所以轴承满足使用要求，安全。h803hL 4.9.3 轴的强度校核和对应轴承的寿命计算校核 由前面计算所得的数据，可知轴的转速为 ，转矩为min/r13n ，功率为 。m63.179NT kw81.P 1.求作用在过轮上的力 由于过轮的分度圆直径为 ，而根据参考文献机械设计可以计算：m160d ;NTF2451603.792d0t ；8tan45atr 2.求作用在轴承上的支反力 对大齿轮有： ;NRH12970321 ;54 ;V01981 ;NR372 故合成支反力为: ;140192 ;R37522 根据弯矩计算公式可知，轴所受到的弯矩为： ；m10461 NM ；232 由于轴是单向旋转
