机械创新设计课程作业 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
《机械创新设计》课程作业
题目：落叶清理机
院（部）：机电工程学院
专业：机械工程及自动化
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
完成日期：
任务要求阐述
随着现代工业的快速发展，露天焚烧落叶严重影响大气环境质量，造成大气污染，对交通安全造成威胁，形成新的安全隐患。另一方面我国经济快速发展，人民生活水平的逐步提高高效率生活已成为人们生活分主导我们已进入电气时代，更换现有的落叶清扫方式，死在必行。
该落叶清理器主要用于对道路旁的落叶进行清扫，该机器操作维护方便，便于工人使用，其结构需简单，可靠性好，清扫机构可调节。
目前路面上的清洁车基本都是用吹吸式或冲水式来清除垃圾，只能在大路中间行驶，清洁范围有限。路边或小路上等无法用清洁车清扫的地方，只能依靠工人手工清扫垃圾，劳动量大且效率低。所以有必要开发一种小型清洁机器，以减少工人劳动量，同时提高效率。
功能分析
落叶清扫机包括吸气机主体、收纳袋和内置集成有操控单元的手柄，其中吸气机主体包括吸气风机、朝向地面的吸气口，以及与收纳袋相对接的排风口，其特征在于：在所述吹吸机前进方向上的吸气口前端一体化固接一个对地的吹风口，与所述吸气机主体所设的出风口通过软质风管相对接，且所述吹风口内设有一用于调节吹风角度的电机，所述电机的驱动信号端电气连接到位于手柄的操控单元内。本实用新型的技术方案应用实施后在进行户外清扫时，通过吹风口吹出的气流将轻度固化的落叶松化、吹起，从而为吸气口清除落叶提供了便利
功能元分为动力系统，清扫功能系统，落叶收集系统
方案设计
该机器应具备以下特点：
1、结构简单。因是小型清洁机器，要求成本低，操作维护方便，便于工人使用，其结构需简单，可靠性好。目前国内虽然已有同类机器，但其结构偏复杂，成本高，无法推广使用。
2、清扫机构可调节，即清扫时该机构工作，不清扫时该机构不工作，以免做无用功。
在以上分析的基础上，对机器各部分方案进行设计。
1、整体方案的设计，即机器的整体结构形式（外观）的确定。有两种方案可供选择：
（1）.机器为四轮车形式，由人推动或机车拖动。清扫的动力来源为前轮与地面的摩擦力。前轮旋转，带动前轮所在轴旋转，再带动工作轴旋转，扫把旋转，完成运动。
（2）.机器为三轮车形式，由人力驱动。清扫的动力来源为人蹬脚踏板的力。人蹬脚踏板，带动后轮运动，再将后轮运动传递给工作轴，扫把旋转，完成运动。
对方案（1）(2)进行比较：
方案（1）：
优点：仅有一个传动(从前轮所在轴到工作轴)，结构简单，紧凑。若机器自备动力源，通过一定方式控制机器运动，还可实现自动清扫。
缺点：动力来源不稳定，可能会使机器无法正常工作。而且要产生足够大的摩擦力，机器自重必须足够大。
方案（2）：
优点：动力来源稳定，可直接在现有三轮车基础上进行改装，成本低。因是骑行，效率较手推车高。
缺点：结构尺寸相对较大。
方案（1）动力开源问题难以解决，方案（2）虽然结构尺寸较大，但相对来说，其稳定性好，效率高。最终选择方案（2），同时选定动力源为人力。
2、清扫功能实现形式的确定
因是小型清洁机器，考虑到动力及成本，选择清扫功能实现形式为：通过扫把与地面的相对运动，将落叶（垃圾）扫起。主要运动为旋转运动。有以下两种方案：（1）.扫把运动方向与机器前进方向相同。扫把环绕工作轴成星形布置（放射状），工作轴与车轮所在轴平行。扫把与地面相对运动，将落叶扫起。
（2）.扫把运动方向与机器前进方向交错。扫把均匀布置在一盘状物体周围，盘状物体与地面平行，通过盘装物体旋转，扫把与地面相对运动，将落叶扫起。
分析方案(1)(2)的优缺点：
方案(1)结构简单，清扫功能易实现，但清扫能力有限，即可能清扫的不彻底。
方案(2)清扫能力强，但是是交错传动，需借助圆锥齿轮或涡轮蜗杆来实现，结构较复杂，会增加机器成本，而且效率较低。
考虑到机器清洁的主要是落叶或其他片状体，不需要较强的清扫能力，故选方案(1)。
3、落叶收集方式的确定
收集容器为一放在车后的垃圾箱。需确定的是如何将落叶由地面送入垃圾箱。有三种方案：
（1）.通过一传送机构。将落叶扫到传送机构上，再由传送机构将落叶送入垃圾箱。需另设一条传送链，结构复杂，成本高。
（2）.将扫把成环状布置在两个滚筒上，滚筒转动，则扫把连续地将落叶扫入垃圾箱，如下图所示：
此方案可行性好，传输平稳，但结构稍显复杂。
（3）.扫把成环状布置在一根轴上，环轴一圈扫把逐渐增长，通过轴旋转，扫把一点点地将落叶送上斜坡，由最长的那根扫把将落叶弹入垃圾箱。
此方案结构简单，容易实现。但最短扫把对落叶的清扫会受到最长扫把的限制，因最长扫把与地面接触时被压弯，最短扫把可能扫在它的上面，不能与地面接触，只有通过增加两扫把之间的距离才能解决。同时最长扫把将落叶弹起时会产生灰尘，传送过程不平稳，但不影响机器正常工作。
综合考虑，选择方案（3）
4、传动方案的选取
各取三种分功能的一种解法组合得到传动装置的一种方案，可组合的最多方案N 为
N=3X3=9
主要传递的是运动，且是在两平行轴之间传递，可选的传动方案有：
（1）带传动。虽然传动平稳，但不适合低速传动，且不合适。
（2）齿轮传动。传动比稳定，效率高，但制造及安装精度高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合，不合适。
（3）链传动。安装精度低，可在恶劣环境下工作，可用于远距离传动。虽然瞬时传动比不恒定，但不影响本机器工作。
最终选择链传动。
至此，机器的方案设计完成。其三维图如下：
方案评价
1、巧妙地采用逐渐变长的扫把，将落叶扫起，经由斜板，将落叶直接扫入垃圾箱，一个结构，两种功能，使机器结构大为简化。
2、设计了一个Ⅱ级机构，该机构一方面可以固定工作轴在空间的位置，另一方面也可对工作轴的位置进行调节，使不清扫时扫把不与地面接触，达到不做无用功的目的。
