畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ( 2011 屆 ) 題目： 基于 Pro/E 的新型智能鞋子清潔機(jī) 設(shè)計(jì) 同步帶式 分 院 機(jī)電信息分院 專業(yè)班級 08 機(jī)電一體化技術(shù) 2 班 學(xué)生姓名 學(xué) 號 導(dǎo)師姓名 成 績 I 目錄 一、前言 .- 1 - （一）論文的研究意義 .- 1 - （二）鞋子清潔機(jī)簡介 .- 1 - （三）論文的主要內(nèi)容 .- 1 - 二、同步帶式新型智能鞋子清潔機(jī)零件設(shè)計(jì) .- 2 - （一）直齒齒輪的設(shè)計(jì) .- 3 - （二）導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) .- 6 - （三）電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) .- 7 - 三、方案計(jì)算說明 .- 10 - （一）電動(dòng)機(jī)的選擇 .- 10 - 1選擇電動(dòng)機(jī)類型 .- 10 - 2計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需的功率 .- 10 - 3計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需功率 .- 10 - 4確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 .- 11 - （二）傳動(dòng)比的計(jì)算 .- 11 - 1確定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比，分配各級傳動(dòng)比8 .- 11 - （三）同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 .- 12 - 1帶傳動(dòng)的選擇 .- 12 - 2同步帶的特點(diǎn) .- 12 - 3同步帶的失效形式 .- 12 - （四）齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .- 12 - 1齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) .- 12 - 2齒輪傳動(dòng)的類型 .- 13 - II 3齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 .- 13 - 4漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算 .- 15 - 5齒輪正確嚙合條件 .- 15 - 6鞋子清潔機(jī)的各個(gè)參數(shù)計(jì)算 .- 15 - 四、總結(jié) .- 16 - 參考文獻(xiàn) .- 17 - 致謝 .- 18 - III 基于 Pro/E 的新型智能鞋子清潔機(jī)設(shè)計(jì) 同步帶式 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師 摘要：隨著人們生活水平的不斷提高，居住條件得到不斷的改善，精致裝修在給 人們帶來舒適的同時(shí)，也給人們帶來了清潔地面的煩惱。在此情形下，洗鞋機(jī)的 出現(xiàn)減輕了人們的煩惱。洗鞋機(jī)主要是采用同步帶式傳動(dòng)原理，它主要由殼體， 同步帶，齒輪，滑塊，電動(dòng)機(jī)，兩個(gè)導(dǎo)軌，刷子組成，其特征為：利用電動(dòng)機(jī)來 帶動(dòng)同步帶使刷子能向正反方向移動(dòng)，而同步帶能使兩個(gè)嚙合的齒輪帶動(dòng)刷子自 轉(zhuǎn)，這樣我們只要把鞋子放在殼體上，插上電源，就能讓刷子前后移動(dòng)，再加上 刷子的自轉(zhuǎn)與鞋底產(chǎn)生摩擦，以達(dá)到快速清潔鞋底的效果。 關(guān)鍵詞：同步帶式；智能；洗鞋機(jī) - 1 - 一、前言 （一）論文的研究意義 隨著人們生活水平的不斷提高，居住條件得到不斷的改善，精致裝修在給人 們帶來舒適的同時(shí)，也給人們帶來了清潔地面的煩惱。比如客人來訪，換拖鞋會(huì) 造成病菌的交叉感染，引發(fā)腳氣的傳播；戴鞋套既不雅觀，又造成白色塑料袋污 染。為此，我們將通過使用 Pro/E 軟件，利用齒輪來帶動(dòng)刷子的旋轉(zhuǎn)與運(yùn)動(dòng)，來 完成鞋子清潔機(jī)的設(shè)計(jì)，可以徹底解決以上問題。 （二）鞋子清潔機(jī)簡介 洗鞋機(jī)主要是采用同步帶式原理，它主要由殼體，同步帶，齒輪，滑塊，電 動(dòng)機(jī)，兩個(gè)導(dǎo)軌，刷子組成，其特征為：利用電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)同步帶使刷子能向正 反方向移動(dòng)，而同步帶能使兩個(gè)嚙合的齒輪帶動(dòng)刷子自轉(zhuǎn)，這樣我們只要把鞋子 放在殼體上，插上電源，就能讓刷子前后移動(dòng)，再加上刷子的自轉(zhuǎn)與鞋底產(chǎn)生摩 擦，以達(dá)到快速清潔鞋底的效果。 （三）論文的主要內(nèi)容 智能洗鞋機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用了很多常用機(jī)構(gòu)，例如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、 蝸桿機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，為使設(shè)計(jì)內(nèi)容得到生動(dòng)形 象地展示，本文介紹了用 Pro/E 對新型鞋子清潔機(jī)的三維建模，并利用機(jī)械設(shè)計(jì) 書里對齒輪嚙合條件的了解，如何利用電動(dòng)機(jī)讓同步帶帶動(dòng)齒輪讓毛刷自轉(zhuǎn)及前 后移動(dòng)。 - 2 - 二、同步帶式新型智能鞋子清潔機(jī)零件設(shè)計(jì) Pro/E 軟件提供了許多功能模塊如草繪模塊、零件模塊、工程圖模塊等等，在 這些所提供的模塊中，零件模塊用來繪制零件的特征以構(gòu)成零件，洗鞋機(jī)工藝流 程如圖 2.1 所示。 圖 2.1 洗鞋機(jī)工藝流程圖 為了能更好地了解新型智能洗鞋機(jī)，我設(shè)計(jì)了如圖 2.2 示意圖： 圖 2.2 智能洗鞋機(jī)示意圖 - 3 - （一）直齒齒輪的設(shè)計(jì) 在 Pro/E 中，直齒齒輪的三維建實(shí)體模關(guān)鍵在于漸開線的生成漸開線的生 成是通過參數(shù)化得到的，標(biāo)準(zhǔn)漸開線圓柱齒輪的幾何尺寸取決于齒輪的 5 個(gè)重要 參數(shù)：齒數(shù)(z)、模數(shù)(m)、壓力角(a) 、齒頂高系數(shù)(ha*)、錐度()和頂隙系數(shù)(c*)， 而齒輪標(biāo)準(zhǔn)齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)按正常齒輪取 1 和 025，并且根據(jù)齒頂圓， 齒根圓 基圓 和分度圓與這 5 個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，通過輸入?yún)?shù)來繪制漸開線輪 齒齒廓。然后通過三維拉伸、裁剪、復(fù)制、陣列、鏡像等功能進(jìn)行實(shí)體建模。 1設(shè)置齒輪的參數(shù)和關(guān)系，點(diǎn)擊任務(wù)欄上的 選擇參數(shù)，把齒數(shù)模數(shù)齒 頂高系數(shù)等一些參數(shù)輸入進(jìn)去。如圖 2.3 所示。 圖 2.3 參數(shù) 在完成參數(shù)的后，再把關(guān)系也輸入進(jìn)去圖 2.4 所示。 - 4 - 圖 2.4 關(guān)系 2完成以上操作后選取一個(gè)界面進(jìn)行草繪，單擊 畫圓圖 2.5 所示。 圖 2.5 草繪 3在“菜單管理器”選擇從方程畫漸開線單擊 跳出對話框如圖 2.6 所示。 - 5 - 圖 2.6 選擇從方程，然后完成。之后又會(huì)跳出一個(gè)對話框圖 6 選取坐標(biāo)系跳出對話 框選擇圓柱。然后在跳出的文本文件中輸入如圖 2.7 所示。 圖 2.7 圖 2.8 文件保存退出后就得到了圖 2.8。 4經(jīng)過創(chuàng)建點(diǎn)、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)面， “特征操作”“復(fù)制”“鏡像”等一 些命令，最后得到圖 2.9。 - 6 - 圖 2.9 漸開線的形成 5經(jīng)過“拉伸”以及“拉伸”中的去材料命令。復(fù)制剪切特征，只有復(fù)制 一個(gè)特征才能用到陣列的功能，否則沒有可用來陣列的尺寸，再在中間畫個(gè)齒輪 槽，得到圖 2.10，2.11。 圖 2.10 齒輪廓 圖 2.11 齒的形成 6通過陣列切剪旋轉(zhuǎn)命令得到圖 2.11，即是完整的齒輪的圖。 至于其他幾個(gè)的圓錐直齒輪的畫面也基本上跟上面的畫法差不多。 （二）導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 1新建零件，進(jìn)入草繪界面，并畫出導(dǎo)軌的草繪圖如圖 2.12。 圖 2.12 - 7 - 2運(yùn)用拉伸 特征，完成導(dǎo)軌的創(chuàng)建，并用倒角 特征如圖 2.13。 圖 2.13 （三）電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) 1新建零件名為 prt0001,采用缺省模板，采用毫米（ mm） ，牛頓（N） ，秒 （s）單位制，進(jìn)入 Pro/E 的零件模塊如圖 2.14 - 8 - 圖 2.14 2進(jìn)入草繪界面，畫出電動(dòng)機(jī)的草繪圖 2.15 圖 2.15 3進(jìn)行拉伸特征，完成電動(dòng)機(jī)的創(chuàng)建如圖 2.16 - 9 - 圖 2.16 - 10 - 三、方案計(jì)算說明 計(jì)算過程中的各項(xiàng)原始數(shù)據(jù)如下： 鞋子清潔機(jī)殼體的尺寸：460*430*150;（mm）根據(jù)洗鞋機(jī)的生產(chǎn)工藝和實(shí)際 生產(chǎn)情況確定鞋印尺寸：340*14；（mm） （一）電動(dòng)機(jī)的選擇 1選擇電動(dòng)機(jī)類型 電動(dòng)機(jī)的選擇包括確定類型、結(jié)構(gòu)、功率（容量）和轉(zhuǎn)速，它分交流電動(dòng)機(jī) 和直流電動(dòng)機(jī)，工業(yè)上一般采用三相交流電源，因此一般采用交流電動(dòng)機(jī)，選擇 Y 型交流電動(dòng)機(jī)其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格低、維護(hù)方便，適用于不易燃、不 易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機(jī)械，而且其安裝尺寸和功率等級符合國家 標(biāo)準(zhǔn)。 2計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需的功率 電動(dòng)機(jī)所需功率 Pw 應(yīng)由工作機(jī)的工作阻力（力和轉(zhuǎn)矩）和運(yùn)動(dòng)參數(shù)（線速 度或轉(zhuǎn)速、腳速度）計(jì)算求得，即 .5263.09.1065kwkVFpw 式中： F工作機(jī)的工作阻力（ N） V工作機(jī)的線速度(m/s) 工作機(jī)的效率w 對于帶式傳輸機(jī)，一般取 =0.940.96，此處取為 0.95。w 3計(jì)算電動(dòng)機(jī)所需功率 電動(dòng)機(jī)所需功率由工作機(jī)所需功率和傳動(dòng)裝置的總效率決定。 計(jì)算過程如下： - 11 - 0P = = = kw=0.6498kw。w2190.563 式中： 由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的傳動(dòng)裝置總效率。 傳動(dòng)裝置總效率 應(yīng)為組成傳動(dòng)裝置的各個(gè)運(yùn)動(dòng)副效率的乘積， 即： = ，123 其中， ， ， ， 分別為傳動(dòng)裝置中每級傳動(dòng)副（帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)） 、n 每對軸承或每個(gè)聯(lián)軸器的效率，其值查閱手冊可得。 4確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 額定功率相同的同一類型電動(dòng)機(jī)，有幾種不同的轉(zhuǎn)速系列可供選擇，如三相 異步電動(dòng)機(jī)有 4 種同步轉(zhuǎn)速，即 3000r/min、1500 r/min、1000 r/min、750 r/min。 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，則磁極數(shù)越少，尺寸和重量越小，價(jià)格也越低。但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 與工作機(jī)轉(zhuǎn)速相差過多勢必造成傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比加大，致使傳動(dòng)裝置的外廓 尺寸和重量增加，價(jià)格提高。而選擇較低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)時(shí)，則情況正好相反。因 此，確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)要綜合考慮，分析比較電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置的性能、尺寸、 重量和價(jià)格等因素，最終確定選用 1500 r/min 的電動(dòng)機(jī)。 （二）傳動(dòng)比的計(jì)算 1確定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比，分配各級傳動(dòng)比8 總傳動(dòng)比 wmani 式中： 電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速，r/min。 又 =ai12i 式中： 一級 V 帶傳動(dòng)比 由于考慮到刷子的速度不能太大或太小，我們選 =3ai - 12 - 因此 =500 r/minwn （三）同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 1帶傳動(dòng)的選擇 從不同的角度出發(fā)，帶傳動(dòng)有不同的分類方法，按帶傳動(dòng)的空間位置分：開 口傳動(dòng)、交叉?zhèn)鲃?dòng)、半交叉?zhèn)鲃?dòng)、帶張緊輪的傳動(dòng)，按帶的形狀分：平帶、普通 V 帶、窄 V 帶、圓形帶、多楔帶、同步帶，同步帶兼繞性件傳動(dòng)和嚙合傳動(dòng)的特 點(diǎn)，能緩沖減振，傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確而且大，傳動(dòng)效率比 V 帶高，結(jié)構(gòu)緊湊， 對軸的工作壓力小，工作可靠，經(jīng)過比較分析后，本設(shè)計(jì)選擇同步帶。 2同步帶的特點(diǎn) 1、傳動(dòng)準(zhǔn)確，無滑動(dòng)，能達(dá)到同步傳動(dòng)的目的； 2、傳動(dòng)效率高，一般可達(dá) 98%； 3、速比范圍大，允許線速度也高； 4、傳動(dòng)功率范圍大，從幾十瓦到幾百千瓦； 5、結(jié)構(gòu)緊湊，還適用于多軸傳動(dòng)。 3同步帶的失效形式 同步帶傳遞時(shí)以帶齒和輪齒依次嚙合來傳遞動(dòng)力，達(dá)到同步傳動(dòng)的目的，因 此，在同步帶傳遞扭矩時(shí)，帶將受拉力作用，帶齒承受剪切，而帶齒的工作表面 在進(jìn)入和退出與輪齒嚙合的過程中將被磨損，因此，同步帶的主要失效形式有： 同步帶承載繩的疲勞斷裂；帶齒的剪切破裂；帶齒工作表面磨損，失去原來的形 狀。 （四）齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 1齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 1、能保證兩齒輪瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定不變； - 13 - 2、能實(shí)現(xiàn)兩平行軸、相交軸和交錯(cuò)軸間的各種傳動(dòng)； 3、圓周速度和功率適用范圍廣，效率高； 4、工作可靠，使用壽命長。 2齒輪傳動(dòng)的類型 表 3.1 平行軸 相交軸 交錯(cuò)軸 按輪齒方向分 按嚙合方式分 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)、 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)、 人字齒輪傳動(dòng)； 外嚙合齒輪傳動(dòng)、 內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)、 齒輪齒條嚙合傳動(dòng)； 圓錐齒輪傳動(dòng)； 螺旋齒輪、蝸桿傳 動(dòng)； 3齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 1、齒輪各部分名稱和符號 齒寬：沿齒輪軸線方向量的輪齒寬度，用 b 表示 齒槽寬：一個(gè)齒槽齒廓間在任意圓周上的弧長，用 表示ke 齒厚：任意圓周上量的輪齒厚度（弧長） ，用 表示S 齒距：任意圓周上相鄰兩齒對應(yīng)點(diǎn)間的弧長，用 表示kP = +kPSke 齒頂圓：有輪齒頂部所確定的圓，其直徑用 表示kd 齒根圓：由輪齒根部所確定的圓，其直徑用 表示f 分度圓：漸開線齒廓上壓力角為 20 度處之圓。它是齒輪加工、幾何尺寸計(jì)算 的基準(zhǔn)。分度圓直徑用 表示，分度圓上的齒厚、齒槽寬、齒距分d 別為 、 、 表示，且 = = 、2sepsep 齒頂高：齒頂圓與分度圓之間的徑向距離，稱為齒頂高，用 表示ah - 14 - 齒根高：齒根圓與分度圓之間的徑向距離，稱為齒跟高，用 表示fh 全齒高：齒頂圓與齒根圓之間的徑向距離，稱為全齒高，用 表示 2、齒數(shù)：形狀相同、沿圓周方向均布的齒輪個(gè)數(shù)，稱為齒數(shù)，用 表示。齒輪的z 齒數(shù)與傳動(dòng)比有關(guān)，通常由工作條件確定。 壓力角：漸開線齒輪壓力角指漸開線齒廓在分度圓處的壓力角。分度圓上的壓 力角標(biāo)準(zhǔn)值為 20 度。 模數(shù) 分度圓直徑與齒數(shù)之間有如下關(guān)系：m = 或 = /dpz 式中 是一個(gè)無理數(shù)，為使計(jì)算和測量方便，工程上令 = / ，稱mp 為模數(shù)，并定為標(biāo)準(zhǔn)值，于是上式可改寫為 =dz 齒頂高系數(shù) 和頂隙系數(shù) 由于齒距和模數(shù)成正比，取齒高的尺寸也與模數(shù)*ah*c 成正比即 =ah*m = + =( + )fc*a = + =(2 + )afh 式中 齒頂高系數(shù)*ah 頂隙系數(shù)c 標(biāo)準(zhǔn)齒輪規(guī)定： 1mm 時(shí)，正常齒制： =1， =0.25；短齒制： =0.8， =0.3。m*ahc*ah*c 1mm 時(shí)， =1， =0.35。*ac 正常齒制 =1，最少齒數(shù)為 17；對于短齒制，最少齒數(shù)為 14。*ah 由上面各式看出，當(dāng) 、 、 與 均為標(biāo)準(zhǔn)值且 = 的齒輪稱為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。m*ahcse 漸開線齒輪的幾何尺寸是由模數(shù) ，齒數(shù) ，壓力角 ，齒頂高系數(shù) ，頂隙系za*ah 數(shù) 決定的，所以它們是漸開線齒輪的基本參數(shù)。*c - 15 - 4漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計(jì)算 公式見表 3.2 表 3.2 名稱 符號 計(jì)算公式 齒距 p=pm 齒厚 s= /2s 齒槽寬 e= /2e 齒頂高 ah=ah* 齒根高 f =( + )fcm 全齒高 = (2 + )*a 分度圓直徑 d=dz 齒頂圓直徑 a= = ( )a2ah*z 齒根圓直徑 f = = ( 2 )ffa*cm 基圓直徑 bd= cosa= cosabdmz 中心距 a=( )/2= ( )/2a1212 5齒輪正確嚙合條件 = =1m2 = =a 即一對漸開線直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等。 6鞋子清潔機(jī)的各個(gè)參數(shù)計(jì)算 = / = / ；設(shè) =18 則 =54。i1n2z1z2 - 16 - 四、總結(jié) 以上，我們通過 Pro/E 軟件對智能鞋子清潔機(jī)的運(yùn)作原理、零件設(shè)計(jì)、方案 選 擇、參數(shù)計(jì)算進(jìn)行了大致的闡述，較為形象便捷地展示了智能鞋子清潔機(jī)的設(shè)計(jì) 方案。我們相信，智能鞋子清潔機(jī)將很快地從設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向產(chǎn)品，并將迅速走進(jìn)眾多 的普通家庭，在能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來可觀的效益的同時(shí)，也會(huì)為人們的生活帶去便捷、 舒適。 - 17 - 參考文獻(xiàn) 1 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)M.第七版.北京：高等教育出版社,2001.60365 2 劉孝民.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M. 華南理工大學(xué)出版社,59198 3 孫建東.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M. 清華大學(xué)出版社,13136 4 牛玉麗.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M. 中國輕工業(yè)出版社,53127 5 金鑫. Pro/ENGINEER Wildfire3.0M. 機(jī)械工業(yè)出版社,1315 6 溫建民.Pro/ENGINEER Wildfire3.0M. 機(jī)械工業(yè)出版社,1304 7 郭仁生.魏宣燕機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第 2 版）M. 清華大學(xué)出版社,2005 8 陳長生.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M. 機(jī)械工業(yè)出版社,2003 9 陸勁昆. Pro/ENGINEER2001中文版實(shí)用教程M. 北京大學(xué)出版社,2003. 10 寧濤,余強(qiáng).Pro/E 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程M. 清華大學(xué)出版社,2006 - 18 - 致 謝 衷心感謝我的導(dǎo)師鄭鵬飛老師、王晶晶老師在本文撰寫過程中的認(rèn)真指導(dǎo)。 在我的整個(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)階段中，得到了他的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，在思想上、生活 上也受到了真摯的關(guān)心和熱心的幫助。 感謝各位老師等對我的指導(dǎo)和幫助，感謝他們?yōu)槲姨峁┝肆己玫膶W(xué)習(xí)和工作 環(huán)境。 最后要感謝我的父母親，他們殷切的期望、無盡的關(guān)懷、無私的奉獻(xiàn)是我克 服困難、不斷進(jìn)取的動(dòng)力源泉。 同時(shí)我要感謝所有關(guān)心過我、幫助過我、教導(dǎo)過我的人們。 謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給他們！ 徐漂漂 二零一一年四月于義烏工商學(xué)院