一种纯机械式的绿色吸尘器的设计(附件)
摘 要目前市场上的吸尘、除尘设备品种繁多，针对不同环境都有着不同的设计应对方案。但是对于吸尘器设计而言，基本的设计方法还是差不多的，采用传动装置和风扇的组合产生吸力以达到吸尘目的。我的课题的目的就是运用对机械制造的基础知识和齿轮传动知识的掌握，自行设计一个纯机械式绿色吸尘器。这个吸尘器由轮子转动的摩擦力提供动力，通过直齿轮和锥齿轮组成的齿轮传动结构带动风扇的转动提供吸力，达到吸尘、除尘的目的。我的课题是使用SolidWorks2015和caxa进行三维建模、实体装配和制作二维工程图纸的，SolidWorks和caxa这两个软件操作简便、上手快而且功能强大很适合有一些制图软件使用经验的初级使用者使用。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2选题的意义和目的 1
1.3设计软件SolidWorks2015和caxa的介绍 1
1.4课题研究内容 2
第二章 设计思路及工作原理 3
2.1各种传动方式的优缺点及传动方式的选择 3
2.1.1链传动 3
2.1.2带传动 3
2.1.3齿轮传动 3
2.1.4蜗杆传动 4
2.1.5传动方式的选择 4
2.2纯机械式绿色吸尘器的工作原理说明 5
第三章 设计参数 6
3.1直齿齿轮的设计 6
3.2锥齿轮的设计 7
3.3轴承的选择 8
3.4传动结构及运动参数的计算 8
3.4.1传动结构简图 8
3.4.2运动和运动参数计算 9
第四章 特殊零件结构的介绍 11
4.1可替换式毛刷结构的介绍 11
4.2罩壳结构介绍 12
4.3集尘箱结构介绍 13
结束语 15
致 谢 16
参考文献 18
绪论
1.1引言
“2013年1月京津冀共计发生五次强霾污染过程。北京共计22天PM2.5超过国家2016年二级标准（75μg/m3），27天超过国家一级标准，只有4天晴好天气（日
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
均值35μg/m3）。 PM2.5小时最高值达到680μg/m3。”石油和各种矿产资源的消耗日益增长，正逐渐转化成为能源危机，并且加剧了温室气体的排放，随之而来的是全球变暖的大问题，随着我国经济和科技的飞速发展，以雾霾和全球变暖为首的环境问题也逐渐成为了我国高速复兴道路上的一块绊脚石，我国政府也在积极倡导环境保护和节能减排，建设环境友好型城市，致力于将绿色化带入居民生活的方方面面。
1.2选题的意义和目的
纯机械式的绿色吸尘器正是在全球能源危机和环境问题这两个大背景下产生的构想，相对于传统的以电力为能量来源的吸尘器，它使用的是相对简单的纯机械式齿轮传动，将打扫时吸尘器与地板间的摩擦力转化为动力来驱动齿轮转动，从而带动内部的风扇旋转，提供吸力，达到吸尘的目的[1]。而毛刷的转动带走灰尘，达到除尘的目的，这个发明结构简单，无需借助其他的动力源，不消耗任何能源、产生任何污染，真正做到绿色化除尘[2]。
1.3设计软件SolidWorks2015和caxa的介绍
Solidworks2015建模功能很强大，附加组件也很多，是一款功能强大、简单易学、界面友好度强的三维制图软件。SolidWorks 2015不仅继承了上几代的强大建模功能，而且这款软件的装配功能格外方便好用，在零件体装配过程中给我提供了很多便利。三维实体导出功能也很好用。虽然这款软件，我是现学现用的，但是我运用平时在学校所学的制图知识就很快掌握了这款软件，所以我觉得这款软件还是相当简单易学的。
Caxa是我们学校主要教授的制图软件，经过了多个学期的使用和研究，我对这款软件已经有了相当的了解了，可以熟练地使用它来完成制图任务。我使用的是caxa2013，这个版本比以前的老版本在二维制图功能和操作友好度上都强大了很多，用起来也是相当方便的。
1.4课题研究内容
本课题拟在现有拖把式无线吸尘器结构的基础上，将其设计成为由齿轮传动为基础的纯机械式的绿色吸尘器。其主要研究的内容为：直齿轮设计、锥齿轮的设计、齿轮传动的计算、轴与轴承的配合和一些特殊零件的设计和计算，这个课题运用了包括齿轮传动与设计、公差配合和工程制图在内的多种机械设计的知识，设计知识相当广泛并且具有很强的现实意义。
这个纯机械式绿色吸尘器的基本构成为：直齿轮和锥齿轮组成的齿轮传动结构、风扇、毛刷、罩壳、底板、把杆和集尘箱。
设计思路及工作原理
2.1各种传动方式的优缺点及传动方式的选择
我们学过的机械传动方式按传动类型不同基本可分为：链传动、带传动、齿轮传动和蜗杆传动，也可以是这几种传动方式的组合。每种传动方式都有各自的优点和缺点，在不同的场合下使用不同的传动方式可以使传动更加稳定和高效。所以我在思考选用何种传动方式的时候查阅了不少资料，耗费了不少时间。
2.1.1链传动
链传动在日常生活中最常见的使用地方就是，运用在自行车的传动中。链传动和带传动很相似，都是主动链轮、从动链轮和链条组合而成的。链传动的优点有：1、相对于带传动而言，链条减少了打滑，可以提供可靠地传动比，需要的紧张力也小，减少了轴上的压力，从而降低了轴的磨损；2、结构紧凑、简单；3、链传动对工作环境要求很低，可以在较高温度和有油污的工况下工作。其缺点是：传动稳定性差、传动是会产生噪音和冲击[3]。
2.1.2带传动
带传动是由主动轮、从动轮和带组成的传动机构，带一般有平带、V带和特殊截面带。带传动的优点是：1、适用于传动距离相对较长的传动；2、带的挠性优良，可以起到缓冲功能，减少其他零件的损坏；3、带传动的结构很简单，因此制造成本相对其他传动方式而言相对比较低廉[4]。
带传动的缺点是：1、传动部件所占用的空间相对较大；2、需要紧张装置；3、带通常由橡胶制作而成，容易磨损，使其使用寿命相对较低；4、带传动的传动效率比较低而且传动比不稳定[5]。
2.1.3齿轮传动
齿轮传动是使用最为广泛的机械传动方式。其优点主要为：1、速度变化范围很大，可以根据不同的要求来改变齿轮的设计从而改变传动的速度；2、传动比很稳定；3、使用寿命比较长；4、工作可靠性高；5、在轴类零件之间的传动中运用相当广泛。缺点是：1、设计制造和安装难度比较大、成本相对较高；2传动距离相对较短[6]。
2.1.4蜗杆传动
蜗杆传动结构是由蜗轮和蜗杆组合而成的组合式传动结构，蜗轮为从动部件，蜗杆为主动部件。其主要优势在于传动比可以做到很大、结构精密、传动稳定而且噪音相对比较小。他的缺点也很明显，他的传动效率低而且制造成本相对比较高[7]。
2.1.5传动方式的选择
通过查阅资料和书籍，我所需的传动方式逐渐明了起来了。由于我的课题所制作的是结构比较小的吸尘器而且无法提供紧张力，所以传动结构占空间的大的带传动首先被我排除在外了。其次，由于蜗杆传动的成本相对比较高所以也被我排除掉了。最后齿轮传动和链传动是最难抉择的了，因为我们做的是吸尘器，传动部件的工况比较恶劣，所以按理来说选择链传动相对较好，但是由于链传动和带传动一样也需要一定的紧张力，而且链传动的传动稳定性比较差、噪声也大，所以综合考虑之后，我还是选择了齿轮传动作为我这个设计的主要传动方式[8]。因为齿轮传动具有运用广泛、传动比稳定、速度选择大、工作可靠性强和使用寿命长等等特点，所以我觉得齿轮传动是我将要设计的这个纯机械式绿色吸尘器的首选传动方式[9]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2选题的意义和目的 1
1.3设计软件SolidWorks2015和caxa的介绍 1
1.4课题研究内容 2
第二章 设计思路及工作原理 3
2.1各种传动方式的优缺点及传动方式的选择 3
2.1.1链传动 3
2.1.2带传动 3
2.1.3齿轮传动 3
2.1.4蜗杆传动 4
2.1.5传动方式的选择 4
2.2纯机械式绿色吸尘器的工作原理说明 5
第三章 设计参数 6
3.1直齿齿轮的设计 6
3.2锥齿轮的设计 7
3.3轴承的选择 8
3.4传动结构及运动参数的计算 8
3.4.1传动结构简图 8
3.4.2运动和运动参数计算 9
第四章 特殊零件结构的介绍 11
4.1可替换式毛刷结构的介绍 11
4.2罩壳结构介绍 12
4.3集尘箱结构介绍 13
结束语 15
致 谢 16
参考文献 18
绪论
1.1引言
“2013年1月京津冀共计发生五次强霾污染过程。北京共计22天PM2.5超过国家2016年二级标准（75μg/m3），27天超过国家一级标准，只有4天晴好天气（日
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
均值35μg/m3）。 PM2.5小时最高值达到680μg/m3。”石油和各种矿产资源的消耗日益增长，正逐渐转化成为能源危机，并且加剧了温室气体的排放，随之而来的是全球变暖的大问题，随着我国经济和科技的飞速发展，以雾霾和全球变暖为首的环境问题也逐渐成为了我国高速复兴道路上的一块绊脚石，我国政府也在积极倡导环境保护和节能减排，建设环境友好型城市，致力于将绿色化带入居民生活的方方面面。
1.2选题的意义和目的
纯机械式的绿色吸尘器正是在全球能源危机和环境问题这两个大背景下产生的构想，相对于传统的以电力为能量来源的吸尘器，它使用的是相对简单的纯机械式齿轮传动，将打扫时吸尘器与地板间的摩擦力转化为动力来驱动齿轮转动，从而带动内部的风扇旋转，提供吸力，达到吸尘的目的[1]。而毛刷的转动带走灰尘，达到除尘的目的，这个发明结构简单，无需借助其他的动力源，不消耗任何能源、产生任何污染，真正做到绿色化除尘[2]。
1.3设计软件SolidWorks2015和caxa的介绍
Solidworks2015建模功能很强大，附加组件也很多，是一款功能强大、简单易学、界面友好度强的三维制图软件。SolidWorks 2015不仅继承了上几代的强大建模功能，而且这款软件的装配功能格外方便好用，在零件体装配过程中给我提供了很多便利。三维实体导出功能也很好用。虽然这款软件，我是现学现用的，但是我运用平时在学校所学的制图知识就很快掌握了这款软件，所以我觉得这款软件还是相当简单易学的。
Caxa是我们学校主要教授的制图软件，经过了多个学期的使用和研究，我对这款软件已经有了相当的了解了，可以熟练地使用它来完成制图任务。我使用的是caxa2013，这个版本比以前的老版本在二维制图功能和操作友好度上都强大了很多，用起来也是相当方便的。
1.4课题研究内容
本课题拟在现有拖把式无线吸尘器结构的基础上，将其设计成为由齿轮传动为基础的纯机械式的绿色吸尘器。其主要研究的内容为：直齿轮设计、锥齿轮的设计、齿轮传动的计算、轴与轴承的配合和一些特殊零件的设计和计算，这个课题运用了包括齿轮传动与设计、公差配合和工程制图在内的多种机械设计的知识，设计知识相当广泛并且具有很强的现实意义。
这个纯机械式绿色吸尘器的基本构成为：直齿轮和锥齿轮组成的齿轮传动结构、风扇、毛刷、罩壳、底板、把杆和集尘箱。
设计思路及工作原理
2.1各种传动方式的优缺点及传动方式的选择
我们学过的机械传动方式按传动类型不同基本可分为：链传动、带传动、齿轮传动和蜗杆传动，也可以是这几种传动方式的组合。每种传动方式都有各自的优点和缺点，在不同的场合下使用不同的传动方式可以使传动更加稳定和高效。所以我在思考选用何种传动方式的时候查阅了不少资料，耗费了不少时间。
2.1.1链传动
链传动在日常生活中最常见的使用地方就是，运用在自行车的传动中。链传动和带传动很相似，都是主动链轮、从动链轮和链条组合而成的。链传动的优点有：1、相对于带传动而言，链条减少了打滑，可以提供可靠地传动比，需要的紧张力也小，减少了轴上的压力，从而降低了轴的磨损；2、结构紧凑、简单；3、链传动对工作环境要求很低，可以在较高温度和有油污的工况下工作。其缺点是：传动稳定性差、传动是会产生噪音和冲击[3]。
2.1.2带传动
带传动是由主动轮、从动轮和带组成的传动机构，带一般有平带、V带和特殊截面带。带传动的优点是：1、适用于传动距离相对较长的传动；2、带的挠性优良，可以起到缓冲功能，减少其他零件的损坏；3、带传动的结构很简单，因此制造成本相对其他传动方式而言相对比较低廉[4]。
带传动的缺点是：1、传动部件所占用的空间相对较大；2、需要紧张装置；3、带通常由橡胶制作而成，容易磨损，使其使用寿命相对较低；4、带传动的传动效率比较低而且传动比不稳定[5]。
2.1.3齿轮传动
齿轮传动是使用最为广泛的机械传动方式。其优点主要为：1、速度变化范围很大，可以根据不同的要求来改变齿轮的设计从而改变传动的速度；2、传动比很稳定；3、使用寿命比较长；4、工作可靠性高；5、在轴类零件之间的传动中运用相当广泛。缺点是：1、设计制造和安装难度比较大、成本相对较高；2传动距离相对较短[6]。
2.1.4蜗杆传动
蜗杆传动结构是由蜗轮和蜗杆组合而成的组合式传动结构，蜗轮为从动部件，蜗杆为主动部件。其主要优势在于传动比可以做到很大、结构精密、传动稳定而且噪音相对比较小。他的缺点也很明显，他的传动效率低而且制造成本相对比较高[7]。
2.1.5传动方式的选择
通过查阅资料和书籍，我所需的传动方式逐渐明了起来了。由于我的课题所制作的是结构比较小的吸尘器而且无法提供紧张力，所以传动结构占空间的大的带传动首先被我排除在外了。其次，由于蜗杆传动的成本相对比较高所以也被我排除掉了。最后齿轮传动和链传动是最难抉择的了，因为我们做的是吸尘器，传动部件的工况比较恶劣，所以按理来说选择链传动相对较好，但是由于链传动和带传动一样也需要一定的紧张力，而且链传动的传动稳定性比较差、噪声也大，所以综合考虑之后，我还是选择了齿轮传动作为我这个设计的主要传动方式[8]。因为齿轮传动具有运用广泛、传动比稳定、速度选择大、工作可靠性强和使用寿命长等等特点，所以我觉得齿轮传动是我将要设计的这个纯机械式绿色吸尘器的首选传动方式[9]。
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