论文部分内容阅读
[摘要]当今社会，由于人们生活水平不断提高，要求快速处理生产生活中产生的大量垃圾，保持环境清洁，提高生活质量。然而目前家庭普遍使用的垃圾清扫方式都是用扫把将垃圾扫到簸箕内，然后集中倒入垃圾车里面。这样的清扫方法存在着很多局限性，如效率比较低，无法实现垃圾清扫一体化。尽管目前市面上已经有大型的垃圾清洁车，然而，它的体积相对较大，不适用于小型场合的垃圾清洁，局限了其使用范围。同时，随着国家“十二五”规划的出台，我们可以从中看到，国家已经把建设节约型低碳社会列入了重要规划，低碳的生活方式将会成为未来社会的主流。据此，我们的多功能清洁车应允而生，它改变了现有清洁垃圾的传统方式，将车、扫把、簸箕、垃圾桶、旋转清洁转盘等结合为一体，实现了垃圾清扫的一体化，并且更重要的是，它无需用电、化石燃料产生动力，而是用我们的手带动拉杆，产生转矩，继而通过齿轮齿条产生动力，达到了无碳排放的功能，实现节能的目的。
[关键词]清洁车速度瞬心三心定理齿轮、齿条传动
中图分类号：U463.212+.1 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）31―0299―02
1.总体设计
车身的大小对于清除垃圾的速度及存放垃圾的容量有很大的影响。车身太大的话显得比较笨重，行驶不便；但太小的话则会影响垃圾的存储量。车身的总体设计如图1所示。
图1清洁车总体设计图
清洁车的传动系统，清洁装置均封装在基体当中，结合轴的长度、清扫装置的转动幅度、簸箕沿导杆上升的距离以及清洁车的适用范围等相关因素，最后确定出清洁车的总体尺寸如下：
车身长度：L=1400mm
车身宽度：W=730mm
车身高度：H=1100mm
同样，考虑到以上提及的参数，加上要求垃圾箱有较大的容积储存垃圾，以便工作的连续性，得出垃圾箱容积的尺寸应至少大于 ，确定出垃圾箱的具体尺寸如下：
垃圾箱长度：
垃圾箱宽度：
垃圾箱高度：
通过确定的尺寸，计算得出垃圾箱的容积：
2.传动设计
传动部分包括动力装置、传送装置、换挡装置和执行装置四个部分。下面分别对这四个部分中的动力装置、传送装置和换挡装置进行详细说明。
2.1 动力装置与传送装置
如图2，扶手下压时，齿条向下运动，带动齿轮旋转产生动力。齿轮旋转的同时也带动链轮旋转，再通过链条的连接将此动力传送到换挡装置，最后传送至清扫机构。动力产生装置上还有一个压杆连接螺柱和高度调节螺母，根据清洁人员的身高不同，可以通过调整高度调节螺母来升高或降低扶手的高度。
图2动力产生简图
2.2 换挡装置
经过链条的传动，图3中的主动齿轮也随之旋转，通过调节换挡齿轮的位置，可以将动力源输送到不同的清扫机构上：换挡齿轮与从动齿轮1啮合时，动力通过链轮1传送到清扫机构1；换挡齿轮与从动齿轮2啮合时，动力通过链轮2传送到清扫结构2。
图3换挡装置
3.传动系统分析
根据机构的运动情况与上述动力的产生传动分析，可以得到以整个系统的动力传动机构与执行机构仅分成两部分，即档位1与档位2。
通过分析、计算，分别得到档位1与档位2的传动比如下所示：
档位1的传动比
档位2的传动比
4.机构设计与分析
由上述内容可知，动力的产生是通过手拉动拉杆，产生转矩，带动齿轮齿条机构，进行动力的传递。
由于在最后实现的清扫功能时，要使清扫装置1的转速达到60r/min，清扫装置2的转速达到120r/min，又因为在整个传动系统中，其传动比为1：1和1：2，故对于齿轮齿条机构中的齿轮来说，其转速为1r/s。
根据公式：
又因为齿轮齿条中的齿轮直径为60mm，则r=d/2=30mm。
所以，齿条的移动速度：
由于整个系统的动力来源于手动产生的动力，其量较小，为了便于计算，我们假设在齿条的整个运动过程中，其速度不变，为匀速直线运动。
为满足垃圾车整体尺寸的要求，对整个动力系统进行了尺寸设计，由齿条的运动速度V，根据“速度瞬心”的概念，利用“三心定理”，找出了齿条与杆1的速度瞬心 。
由速度瞬心原理，可以求出当要使传动系统达到要求时，杆1的转速：
进而，由于在事先已经确定要使整个垃圾清洁器的功率达到37.68W，由
则要使机器达到额定功率，人作用于杆上的最小压力为：
从以上分析可以看出，尽管清洁车在整个过程中不适用其他动力源，仅靠人工产生动力，但是，对人体力的要求并不严格，使用较小的力量便可使其达到额定功率正常工作。
5.受力分析
5.1 动力产生机构的静力描述
由已知计算可知，为了达到功率的要求，人作用于杆1上的最小作用力F=1.46kN，在此静力描述中，取最小值F=1.46kN。并对杆1进行受力分析如图所示。根据杆件的受力情况及几何尺寸，得出关于杆1的静力分析：
带入数据，计算得到：
6.结论
多功能垃圾清洁车很好的实现了：垃圾处理的多功能一体化、无碳环保、操作省力、适用范围广等功能。
参考文献
[1] 谢进等.机械原理.北京：高等教育出版社，2010.
[2] 陈立德.机械设计基础课程设计.北京：高等教育出版社，2006.
[3] 邱宣怀.机械设计.北京：高等教育出版社，2010.
[4] 刘朝儒等.机械制图.北京：高等教育出版社，2009.
作者简介
李鹏飞（1992—— ），男，安徽阜阳人，西南交通大学机械工程学院2010级本科生，专业方向：车辆工程；
王之强（1992—— ），男，安徽阜阳人，西南交通大学机械工程学院2010级本科生，专业方向：机械设计制造及其自动化；
谢方祥（1992—— ），男，湖南常德人，西南交通大学机械工程学院2010级本科生，专业方向：建筑环境与设备工程。
[关键词]清洁车速度瞬心三心定理齿轮、齿条传动
中图分类号：U463.212+.1 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）31―0299―02
1.总体设计
车身的大小对于清除垃圾的速度及存放垃圾的容量有很大的影响。车身太大的话显得比较笨重，行驶不便；但太小的话则会影响垃圾的存储量。车身的总体设计如图1所示。
图1清洁车总体设计图
清洁车的传动系统，清洁装置均封装在基体当中，结合轴的长度、清扫装置的转动幅度、簸箕沿导杆上升的距离以及清洁车的适用范围等相关因素，最后确定出清洁车的总体尺寸如下：
车身长度：L=1400mm
车身宽度：W=730mm
车身高度：H=1100mm
同样，考虑到以上提及的参数，加上要求垃圾箱有较大的容积储存垃圾，以便工作的连续性，得出垃圾箱容积的尺寸应至少大于 ，确定出垃圾箱的具体尺寸如下：
垃圾箱长度：
垃圾箱宽度：
垃圾箱高度：
通过确定的尺寸，计算得出垃圾箱的容积：
2.传动设计
传动部分包括动力装置、传送装置、换挡装置和执行装置四个部分。下面分别对这四个部分中的动力装置、传送装置和换挡装置进行详细说明。
2.1 动力装置与传送装置
如图2，扶手下压时，齿条向下运动，带动齿轮旋转产生动力。齿轮旋转的同时也带动链轮旋转，再通过链条的连接将此动力传送到换挡装置，最后传送至清扫机构。动力产生装置上还有一个压杆连接螺柱和高度调节螺母，根据清洁人员的身高不同，可以通过调整高度调节螺母来升高或降低扶手的高度。
图2动力产生简图
2.2 换挡装置
经过链条的传动，图3中的主动齿轮也随之旋转，通过调节换挡齿轮的位置，可以将动力源输送到不同的清扫机构上：换挡齿轮与从动齿轮1啮合时，动力通过链轮1传送到清扫机构1；换挡齿轮与从动齿轮2啮合时，动力通过链轮2传送到清扫结构2。
图3换挡装置
3.传动系统分析
根据机构的运动情况与上述动力的产生传动分析，可以得到以整个系统的动力传动机构与执行机构仅分成两部分，即档位1与档位2。
通过分析、计算，分别得到档位1与档位2的传动比如下所示：
档位1的传动比
档位2的传动比
4.机构设计与分析
由上述内容可知，动力的产生是通过手拉动拉杆，产生转矩，带动齿轮齿条机构，进行动力的传递。
由于在最后实现的清扫功能时，要使清扫装置1的转速达到60r/min，清扫装置2的转速达到120r/min，又因为在整个传动系统中，其传动比为1：1和1：2，故对于齿轮齿条机构中的齿轮来说，其转速为1r/s。
根据公式：
又因为齿轮齿条中的齿轮直径为60mm，则r=d/2=30mm。
所以，齿条的移动速度：
由于整个系统的动力来源于手动产生的动力，其量较小，为了便于计算，我们假设在齿条的整个运动过程中，其速度不变，为匀速直线运动。
为满足垃圾车整体尺寸的要求，对整个动力系统进行了尺寸设计，由齿条的运动速度V，根据“速度瞬心”的概念，利用“三心定理”，找出了齿条与杆1的速度瞬心 。
由速度瞬心原理，可以求出当要使传动系统达到要求时，杆1的转速：
进而，由于在事先已经确定要使整个垃圾清洁器的功率达到37.68W，由
则要使机器达到额定功率，人作用于杆上的最小压力为：
从以上分析可以看出，尽管清洁车在整个过程中不适用其他动力源，仅靠人工产生动力，但是，对人体力的要求并不严格，使用较小的力量便可使其达到额定功率正常工作。
5.受力分析
5.1 动力产生机构的静力描述
由已知计算可知，为了达到功率的要求，人作用于杆1上的最小作用力F=1.46kN，在此静力描述中，取最小值F=1.46kN。并对杆1进行受力分析如图所示。根据杆件的受力情况及几何尺寸，得出关于杆1的静力分析：
带入数据，计算得到：
6.结论
多功能垃圾清洁车很好的实现了：垃圾处理的多功能一体化、无碳环保、操作省力、适用范围广等功能。
参考文献
[1] 谢进等.机械原理.北京：高等教育出版社，2010.
[2] 陈立德.机械设计基础课程设计.北京：高等教育出版社，2006.
[3] 邱宣怀.机械设计.北京：高等教育出版社，2010.
[4] 刘朝儒等.机械制图.北京：高等教育出版社，2009.
作者简介
李鹏飞（1992—— ），男，安徽阜阳人，西南交通大学机械工程学院2010级本科生，专业方向：车辆工程；
王之强（1992—— ），男，安徽阜阳人，西南交通大学机械工程学院2010级本科生，专业方向：机械设计制造及其自动化；
谢方祥（1992—— ），男，湖南常德人，西南交通大学机械工程学院2010级本科生，专业方向：建筑环境与设备工程。