1 緒論全自動(dòng)擦鞋機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)用課題。對(duì)皮革行業(yè)來講，擦鞋機(jī)發(fā)展好壞起著舉足輕重的作用。通過參考、對(duì)比目前市場(chǎng)上已經(jīng)研發(fā)或投入使用的擦鞋機(jī)，我發(fā)現(xiàn)很多技術(shù)還有待改良更新。皮革機(jī)械沒有專門的學(xué)術(shù)系統(tǒng)支持，從事這方面研究的人才也是屈指可數(shù)，在擦鞋機(jī)這一塊更是寥寥無幾。目前市場(chǎng)上擦鞋機(jī)多采用無變速機(jī)構(gòu)的直流馬達(dá)帶動(dòng)，通過簡單的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)達(dá)到擦鞋的目的。其原理簡單，功能單一，無法真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。本次設(shè)計(jì)通過運(yùn)用機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等知識(shí)，已經(jīng)在理論上初步實(shí)現(xiàn)了擦鞋機(jī)的自動(dòng)化。與以往擦鞋機(jī)的不同之處就在于不需要鞋去適應(yīng)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，所有機(jī)構(gòu)只有少數(shù)地方沿襲之前的風(fēng)格。本次設(shè)計(jì)由張道德老師全程指導(dǎo)，主要運(yùn)動(dòng)部分設(shè)計(jì)大多出自張老師的指點(diǎn)。包括關(guān)鍵部分的側(cè)面擦鞋機(jī)構(gòu)、為適應(yīng)不同鞋碼的底面滑板機(jī)構(gòu)、擦鞋采用的電動(dòng)小馬達(dá)、所有齒輪采用的軸承座和用角鋼焊接的支架等。整個(gè)擦鞋系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡單，制造成本和難度都很低。全套圖紙，加153893706擦鞋機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)采用簡單的XTD系列直流電機(jī)，整個(gè)機(jī)體若不包括廣告部分高不過30公分，體積小。減速部分支架用角鋼焊接，其余部分用薄鐵皮包裹即可，重量在30kg以內(nèi)。減速部分齒輪為開式傳動(dòng)，對(duì)灰塵油污都不敏感。再者擦鞋機(jī)本身屬于小負(fù)載低功率機(jī)構(gòu)，對(duì)所選材質(zhì)強(qiáng)度韌度要求不高。所以本次設(shè)計(jì)并不是純理想構(gòu)思，而是確實(shí)有實(shí)現(xiàn)的可能。這次設(shè)計(jì)運(yùn)用到了大量的曾經(jīng)所學(xué)的機(jī)械相關(guān)知識(shí)。包括曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，齒輪系傳動(dòng)，凸輪設(shè)計(jì)、齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核，軸系部分脈動(dòng)循環(huán)許用彎曲應(yīng)力計(jì)算，以及各種鍵、軸承、彈性墊片等零部件的選用原則等等。不僅讓我的設(shè)計(jì)思維得到了鍛煉，難能可貴的是不知不覺中已經(jīng)將大學(xué)四年的知識(shí)鞏固了一遍。即將走上社會(huì)，所謂“臨陣磨槍，不亮也光”，這次設(shè)計(jì)給我?guī)淼鸟砸媸遣谎远鞯?。可惜的是之前磨礪的太少，幾乎都沒有獨(dú)立去完成過有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的任務(wù)，這次設(shè)計(jì)也算是可以彌補(bǔ)大學(xué)四年的遺憾了。就實(shí)際意義來講，擦鞋行業(yè)在中國并不算蕭條。無論是城鄉(xiāng)小鎮(zhèn)、還是繁華都市，隨處都可以看到那些擦鞋者的身影。他們中大多數(shù)還無法形成規(guī)模和影響力，相反現(xiàn)出表出的是爭鋒相對(duì)的排擠和競爭，所以這些擦鞋者的經(jīng)濟(jì)收益并不樂觀。除此之外，還有一部分比較上規(guī)模的擦鞋商，比方說翰林擦鞋。翰林擦鞋有很多的連鎖店，已經(jīng)具有一定規(guī)模，一般情況下擦拭一雙皮鞋的價(jià)格不會(huì)低于五元，當(dāng)然具體還按鞋油的檔次配合定價(jià)。事實(shí)上翰林擦鞋目前采用的依舊是人力擦鞋，或者采用市面上那種馬達(dá)回轉(zhuǎn)的擦鞋機(jī)。我個(gè)人覺得這種問題出現(xiàn)的主要原因就是擦鞋機(jī)的生產(chǎn)商沒有投入太多精力與成本。本次設(shè)計(jì)的擦鞋機(jī)，我初步估計(jì)制造成本不會(huì)高于300塊，不用到任何非機(jī)械原件，原理簡單，操作容易。如果用在擦鞋店，只需把鞋子上方加一個(gè)受載裝置即可。平均每十分鐘擦一雙鞋，機(jī)器損耗的部分不會(huì)超過5毛錢。這樣下來，一個(gè)擦鞋店在投入成本一樣的情況下，生產(chǎn)效率可能要翻幾倍，因?yàn)椴列と丝梢源罅烤?。?dāng)然這些也是我的構(gòu)想，如果真正想投入到大規(guī)模的生產(chǎn)中，肯定還有許多地方要完善的，以下將對(duì)我的設(shè)計(jì)作具體分析。2 擦鞋機(jī)方案分析2.1 問題提出鞋子屬于不規(guī)則形狀物體，擦鞋機(jī)若想要達(dá)到全方位擦鞋的目的，就一定要解決以下兩個(gè)問題：（1）鞋子的整個(gè)外形為不規(guī)則曲面問題（2）鞋碼大小不一的問題2.2 問題解決2.2.1 鞋子側(cè)面和上表面為不規(guī)則曲面問題解決方案：（1）采用毛氈滾動(dòng)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)方案將整個(gè)機(jī)構(gòu)分解為擦鞋前上端面和側(cè)面兩部分機(jī)構(gòu)。上端面可以用滾動(dòng)毛氈，側(cè)面則可以用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和特制的毛刷完成，具體機(jī)構(gòu)示意（圖2-1）如下：圖2-1毛氈旋轉(zhuǎn)圖毛氈用直流電機(jī)經(jīng)皮帶減速帶動(dòng)，鞋子上表面可以擦到。若要做到全方位擦鞋，還必須有以下機(jī)構(gòu)配合。 a b圖2-2 特殊滑槽曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作一點(diǎn)改進(jìn)（圖2-2.b），把導(dǎo)軌改成與鞋外側(cè)曲線相似的形狀。但是綜合摩擦系數(shù)考慮會(huì)發(fā)現(xiàn)此機(jī)構(gòu)存在死點(diǎn)（圖2-3），即軌道形狀彎折過陡滑塊就會(huì)被堵死。由圖2-3可以看出，當(dāng)角度a減小到一定程度的時(shí)候，F(xiàn)產(chǎn)生的分力F1會(huì)在摩擦系數(shù)的作用下而等于或者大于F2，這個(gè)時(shí)候機(jī)構(gòu)將不再運(yùn)動(dòng)。 圖2-3 滑塊受力分析圖以上機(jī)構(gòu)可能需要特制的毛刷配合。毛刷設(shè)計(jì)上除了選擇傳統(tǒng)的尼龍毛刷外，還可以嘗試將毛刷內(nèi)部用氣囊填充，靠氣壓擠壓鞋面，做到盡可能大的面積接觸。（2）采用旋轉(zhuǎn)鞋套和聚氨酯高強(qiáng)度毛刷帶方案圖2-4毛刷帶方案圖制作一個(gè)鞋套將鞋子整個(gè)前端面套住，通過鞋套的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以將整個(gè)鞋子前端面擦干凈。毛刷筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)很容易實(shí)現(xiàn)，只需用一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)通過帶傳動(dòng)即可。毛刷筒內(nèi)部有很多尼龍毛刷柱，起到擦拭鞋面和側(cè)面的作用，這個(gè)機(jī)構(gòu)可以完成整個(gè)鞋前半部分的擦拭。剩下鞋子后半部分用皮帶刷完成。如（圖2-4）所示：皮帶刷外側(cè)有刷毛，不足之處在于鞋子與帶刷接觸會(huì)存在很大的相互作用力，這個(gè)作用力可能會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)問題：一是皮帶輪因負(fù)載過大、包角過小而打滑；二是腳站不穩(wěn)而被迫往前移動(dòng)。（3）采用旋轉(zhuǎn)鞋套和繞軌跡移動(dòng)的電動(dòng)小馬達(dá)旋轉(zhuǎn)鞋套的設(shè)計(jì)與方案二相同，本方案的主要不同之處在于鞋子后半部分的擦拭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)參考來至于可自動(dòng)翻帶的磁帶錄音機(jī)，如圖2-5： 圖2-5小馬達(dá)來回移動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)此機(jī)構(gòu)除了可以將速度減至要求速度外，最主要作用是利用凸輪實(shí)現(xiàn)齒輪的左右擺動(dòng)，從而間歇性與兩個(gè)牽引齒輪接觸。最終促使通過鋼絲牽引的小馬達(dá)在預(yù)定軌道上來回移動(dòng)。套在鋼絲線上的電動(dòng)小馬達(dá)自轉(zhuǎn)的同時(shí)會(huì)隨藍(lán)色柱子的牽引作用在預(yù)定軌道上來回移動(dòng)，從而完成鞋子后側(cè)面的擦拭。2.2.2 鞋碼大小不一的解決方案 圖2-6 鞋子張緊輪布置示意圖關(guān)于鞋碼大小不一的問題必須與之前的幾個(gè)方案聯(lián)系起來考慮。如果選擇毛氈滾動(dòng)擦拭鞋子前上端面，則鞋子的大小問題由張緊輪來解決。如圖2-6所示： 鞋子兩側(cè)的張緊輪必須隨時(shí)自動(dòng)調(diào)整到適當(dāng)位置，因此位移調(diào)整部分可能需要用到傳感器，這樣不斷增加了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和成本，而 且傳感元件對(duì)外界環(huán)境的敏感度太高會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的適用環(huán)境受限。擦鞋本身不屬于高檔消費(fèi)行業(yè)，投入太大，收益太少這也是設(shè)計(jì)者應(yīng)該顧及的。所以如果能找到其他更為有效的解決方案，就不應(yīng)該采用張緊輪。之后在張老師建議下，我設(shè)計(jì)了第二種方案-使用移動(dòng)滑板。大多數(shù)人的鞋碼應(yīng)該處于35碼與44碼之間，通過兌換（鞋號(hào)*2-10）之后為22.5cmm28cm之間，兩者相差只有5.5cm?；逶谶@個(gè)范圍內(nèi)移動(dòng)是容易實(shí)現(xiàn)的。如圖2-7所示： 圖2-7 移動(dòng)滑板設(shè)計(jì)滑板與底板之間用圓柱滾軸支撐，摩擦系數(shù)在脂潤滑的條件下可以降到0.15甚至更低。對(duì)于一個(gè)80Kg左右的人來說，假設(shè)整個(gè)人全部壓在上面，最大切向力不會(huì)超過120N。而實(shí)際擦鞋過程中只有一只腳放在滑板上，此時(shí)估算受載只在30N左右。所以擦鞋機(jī)偏心輪只需要產(chǎn)生30N120N的反作力就可以滿足。結(jié)合實(shí)際的電機(jī)功率（80W）與減速器最后的輸出轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生這個(gè)力是完全可行的。2.3 方案確定通過結(jié)合實(shí)際使用中可能出現(xiàn)的問題對(duì)以上方案的分析，最終選定整個(gè)擦鞋機(jī)構(gòu)用三部分分開實(shí)現(xiàn)：一是負(fù)責(zé)鞋子前半部分的旋轉(zhuǎn)鞋套、二是負(fù)責(zé)鞋子后半部分側(cè)面的可移動(dòng)馬達(dá)、三是用來解決鞋子大小不一問題的移動(dòng)滑板。以上三個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)腳在不動(dòng)的情況下全方位擦鞋，第三章將對(duì)具體的機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)計(jì)算作詳細(xì)處理。右圖為組裝之后的效果圖2-8所示： 圖2-8 擦鞋機(jī)效果圖 圖2-83 機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1擦鞋機(jī)各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1減速機(jī)構(gòu)減速機(jī)構(gòu)是擦鞋機(jī)組成的核心部分，本次設(shè)計(jì)50%的側(cè)重點(diǎn)均在減速機(jī)構(gòu)上。減速機(jī)構(gòu)最大的作用并不是用來減速，而是負(fù)責(zé)引導(dǎo)擦拭鞋子后半部分的電動(dòng)小馬達(dá)在預(yù)定的軌道上移動(dòng)。同時(shí)滑板的動(dòng)力輸入也依靠此減速機(jī)構(gòu)。具體設(shè)計(jì)如圖3-1：圖3-1 減速機(jī)構(gòu)零件布置圖1.凸輪 2.牽引齒輪 3.擺動(dòng)齒輪 4.牽引齒輪 5.大帶輪 6.電動(dòng)機(jī)減速機(jī)構(gòu)大量使用齒輪系減速，總減速比能達(dá)到10以上。利用不斷旋轉(zhuǎn)的凸輪1與擺動(dòng)支桿可以使齒輪3左右擺動(dòng)，間歇性與牽引齒輪2和4接觸。凸輪的偏距設(shè)計(jì)要滿足D與d的比值等于兩支桿長度之比，并且凸輪內(nèi)徑不相同的兩部分弧線必須做到長度相等。擺動(dòng)支桿的中心經(jīng)過計(jì)算之后具體布置如下圖3-2：圖3-2 凸輪擺動(dòng)機(jī)構(gòu)簡體接下來是滑板動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)?；宓那昂笸鶑?fù)移動(dòng)用一個(gè)偏心輪即可實(shí)現(xiàn)，偏心輪在擺動(dòng)過程中會(huì)存在一個(gè)偏距D,滑板移動(dòng)距離L=2D。通過圖3-3分析可以直觀得出這一結(jié)論:當(dāng)偏距為D的偏心輪在如圖所示的軌跡上由A點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到B點(diǎn)的時(shí)候，產(chǎn)生的圓周切向力Ft提供一個(gè)分力F1來迫使滑塊移動(dòng)，F(xiàn)1=Ft*cosa·Ft的產(chǎn)生由減速器提供，反作用力即鞋子踏在滑板上產(chǎn)生的負(fù)載與摩擦系數(shù)的乘積。(Ft*L=轉(zhuǎn)矩T) 圖3-3 3.1.2 鞋刷套旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)鞋 刷套旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)需要完成的動(dòng)作并不復(fù)雜，單純的旋轉(zhuǎn)即可完成。鞋刷套做成貼合鞋面的橢圓形（右圖3-4），內(nèi)部有許多尼龍軟毛刷，工作時(shí)只需將腳伸進(jìn)里面即可。毛刷可以適當(dāng)做長一些，因?yàn)槟猃埵琼g性和耐磨性很好的材料，所以在鞋子不斷地前伸和退宿時(shí)可以不受到破壞。旋轉(zhuǎn)部分（圖3-5）的動(dòng)力機(jī)構(gòu)由兩次帶傳動(dòng)減 圖3-4速提供，機(jī)構(gòu)簡單，但是為了減小擦鞋機(jī)的體積，此機(jī)構(gòu)的布局也作了一些調(diào)整。圖3-5上圖中1、2、3、4均為皮帶輪，5為電動(dòng)機(jī)。帶傳動(dòng)最佳傳動(dòng)比一般在2到4之間，此機(jī)構(gòu)最大傳動(dòng)比可以取到16。3.1.3 移動(dòng)滑板機(jī)構(gòu)移動(dòng)滑板為解決鞋碼大小不一而設(shè)計(jì)。動(dòng)力部分由減速器提供，下面來具體設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布局。之前已經(jīng)分析過若采用圓柱滾軸和脂潤滑，摩擦系數(shù)可以降到0.15左右。假想80Kg的負(fù)載也只能產(chǎn)生120N的切向反作用力。對(duì)比35碼到45碼的鞋型，滑板移動(dòng)距離只有5cm,即偏心輪偏距為2.5cm.下面作圖3-5對(duì)此機(jī)構(gòu)做受力分析： 圖3-5轉(zhuǎn)矩T在經(jīng)過多級(jí)減速以后可以達(dá)到一個(gè)較大值，而F1預(yù)計(jì)只能在30N左右。轉(zhuǎn)矩T將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F1*L/COSa。移動(dòng)滑板的結(jié)構(gòu)在2.2.2中已經(jīng)表示出，CAD尺寸圖在零件附圖中。3.2傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1電動(dòng)機(jī)選擇已經(jīng)投放市場(chǎng)的擦鞋機(jī)功率基本上在40W左右，擦鞋過程中基本上不受太大負(fù)載。但是本次設(shè)計(jì)需要帶動(dòng)滑板，滑板產(chǎn)生的水平方受力估計(jì)為120N，移動(dòng)速速不能太快，因?yàn)榭傄苿?dòng)距離只有50mm.初步估計(jì)應(yīng)該在0.2m/S左右。一部分功率根據(jù)公式P1=FV計(jì)算得出為24W。之后是減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)小馬達(dá)往復(fù)移動(dòng)的負(fù)載分析，這部分功率損耗在齒輪擺動(dòng)嚙合和馬達(dá)牽引上，估計(jì)不會(huì)低于30W。減速器帶傳動(dòng)和齒輪嚙合很多，功率損耗比較嚴(yán)重。綜合以上兩部分，可以將電動(dòng)機(jī)功率稍微提高一些。家用電器洗衣機(jī)洗碗機(jī)等多采用XTD系列電機(jī)，參考市面上的擦鞋機(jī)也多采用此系列。鑒于此，我選擇功率80W的XTD系列電機(jī)。下面是XTD-80系列電機(jī)的基本參數(shù)（表3-1）和外形尺寸（圖3-6）：圖3-6 發(fā)電機(jī)尺寸外形圖電機(jī)型號(hào) 額定電壓(V/HZ) 額定電流(A) 定功率(KW) 轉(zhuǎn)速(r/min)XTD-80 220 0.85 0.08 1100表3-1 發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)3.2.2 減速器傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算擦鞋機(jī)減速器的傳動(dòng)方案簡圖可以簡化為如下圖3-7：圖3-7 減速器機(jī)構(gòu)簡圖傳動(dòng)比i推薦取值，帶傳動(dòng)為24、開始圓柱齒輪傳動(dòng)為47因?yàn)闇p速器主要是起協(xié)調(diào)凸輪與擺動(dòng)齒輪的作用，所以傳動(dòng)比分開為兩部分，帶傳動(dòng)比為4，這個(gè)部分是共用的。凸輪部分（1、2、3）傳動(dòng)比為4*4*3=48、減速器部分（1、2、4、5）為4*4*0. 5*0.5=4。(1)各軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算：n1=1100/4=225r/minn2=225/4=56.25r/minn3=56.25/3=18.75r/minn4=56.25*2=112.5/minn5=112.5*2=225r/min(2)各軸的輸入功率計(jì)算：查表得傳動(dòng)效率分別為：V帶1=0.98、軸承2=0.98、齒輪（開式傳動(dòng)脂潤滑）3=0.95,則總傳動(dòng)效率=P1=Pd1=0.06192KWP2=P123=0.05764KWP3=P223=0.05367KWP4=P223=0.05367KWP5=P423=0.04996KW（3）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩計(jì)算：T1=9550P1/n1=9550*0.06192/225=2.628 N·mT2=9550P2/n2=9550*0.05764/56.25=9.785 N·mT3=9550P3/n3=9550*0.05367/18.75=27.33 N·mT4=9550P4/n4=9550*0.05367/112.5=4.555 N·mT5=9550P5/n5=9550*0.04996/225=2.120N·m3.2.3減速器各部分零件尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算（1）帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)帶是彈性體，可以起到緩沖吸震的作用，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。還有結(jié)構(gòu)比較簡單，成本低廉，裝拆也很方便。對(duì)于擦鞋機(jī)而言，這些優(yōu)點(diǎn)都是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的。而且本次設(shè)計(jì)加入了滑動(dòng)鞋板，萬一出現(xiàn)負(fù)載過大情況時(shí)傳動(dòng)帶會(huì)在帶輪上打滑，不至于損害其他零部件?？紤]擦鞋機(jī)的空間布局和受載情況，查表初選帶傳動(dòng)各部分零件如下規(guī)格：(單位：mm)根據(jù)公式d=(11001350) ·d=45.91,取標(biāo)準(zhǔn)值：小帶輪d=50 大帶輪D=200 對(duì)于小輪d=50（內(nèi)孔徑為12），查表取得輪緣寬度B取值范圍為2032 取B=25=0.005d+3=3.25 大帶輪=0.005D+3=4中心距a=(1.52.0)*（d+D） 圖3-8 帶輪外形圖取a=375帶長L=2a+(d+D)+ 、帶入數(shù)據(jù)得帶長L=750+392.5+15=1157.5查表傳動(dòng)帶內(nèi)周長Li范圍在4501500之間時(shí)取標(biāo)準(zhǔn)帶長630，帶厚為2mm(2)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)之前分配的傳動(dòng)比和齒輪傳動(dòng)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)校核,預(yù)計(jì)使用壽命為10年，每天平均工作16小時(shí)，一年按300天計(jì)算。減速器為開式齒輪傳動(dòng)，總計(jì)有6個(gè)齒輪，分為4對(duì)嚙合。本次設(shè)計(jì)只選取軸2和軸3上的齒輪，因?yàn)檗D(zhuǎn)速為18.75r/min的齒輪轉(zhuǎn)速最低，所受轉(zhuǎn)矩最大，根據(jù)校核原則，校核受力最大的齒輪即可。（以下小齒輪為1、大齒輪為2）選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級(jí)擦鞋機(jī)屬于小負(fù)載機(jī)械，沖擊小，故小齒輪選擇45鋼，調(diào)質(zhì)處理，平均齒面硬度250HBS；大齒輪選用45鋼正火處理，齒面硬度稍低，平均硬度為200HBS；精度等級(jí)為8級(jí)因?yàn)槭情_式軟齒面?zhèn)鲃?dòng)，失效形式是齒面磨損和齒根折斷，故應(yīng)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)式中：/的單位是MPa,m單位是mm,單位是N·mm。K為載荷系數(shù)、是齒寬系數(shù)、是齒形系數(shù)、是應(yīng)力校正系數(shù)、是材料的許用彎曲疲勞應(yīng)力.計(jì)算載荷系數(shù)K載荷系數(shù)K=使用系數(shù)=1（因?yàn)槭怯秒妱?dòng)機(jī)，沖擊平穩(wěn)）動(dòng)載系數(shù)=1.1（齒輪線速度為0.11m/s,8級(jí)精度）齒間載荷分配系數(shù)=1.1（齒面未經(jīng)硬化處理，8級(jí)精度）齒向載荷分配系數(shù)=1.05（由齒寬系數(shù)為0.4得出）則載荷系數(shù)K=1*1.1*1.1*1.05=1.2705計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩T1=9785N·mm(上表已經(jīng)計(jì)算出)齒寬系數(shù)=0.4 (B/d)取z1=20、z2=4*z1=80擦表得齒形系數(shù)=2.80、=1.55、=2.22、=1.77許用彎曲應(yīng)力按查圖得彎曲疲勞極限=180MPa、MPa （根據(jù)齒面硬度和熱處理方式得出）、由YsT=2.0，取安全系數(shù)=1.4大小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為：N1=60n1jLh=60*56.25*16*300*10=1.62*N2=N1/3=5.4*查圖得彎曲疲勞壽命系數(shù)許用彎曲應(yīng)力1= 2= =所以 =0.01833查表取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.0確定傳動(dòng)尺寸計(jì)算中心距a=計(jì)算齒寬bb= 取 =b+(510)=21以上是按齒根彎曲疲強(qiáng)度都進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是還需進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核，由公式式中所有符號(hào)與之前相同的參數(shù)一樣對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪（a=）區(qū)域系數(shù)=2.5查表得在兩齒輪均為鋼材料時(shí)彈性影響系數(shù)為許用接觸應(yīng)力由計(jì)算查表得接觸疲勞極限 、 （根據(jù)齒面硬度得出）查圖得接觸疲勞壽命系數(shù)為（由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1、N2得出）取安全系數(shù) 則許用應(yīng)力按取小值原則=539.9MPa<齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在附圖中（3）軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇軸的材料無特殊要求，軸一般選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，查表得初步估算最小軸徑聯(lián)軸器和滾動(dòng)軸承尺寸均由軸端尺寸確定，所以下面對(duì)軸徑尺寸作初步計(jì)算：d=C 式中P為軸傳遞功率； n為軸的轉(zhuǎn)速；C為軸的受載情況確定系數(shù)。軸為45鋼，C=106117，具體根據(jù)軸的實(shí)際情況選取。對(duì)于多級(jí)齒輪減速器，一般低速軸轉(zhuǎn)矩大C取較小值，高速軸轉(zhuǎn)矩大C取較小值。另外考慮軸上鍵槽的多少對(duì)軸的影響。一般每增加一個(gè)鍵槽，軸徑需擴(kuò)大5%；有兩個(gè)鍵槽時(shí)候，擴(kuò)大10%。下面結(jié)合之前的數(shù)據(jù)對(duì)軸作計(jì)算:(單位：mm)軸1：d1=110*軸2：d2=106*軸3：d3=106*軸4：d4=110*軸5：d5=110*從軸徑的初步計(jì)算可以看出，1、4、5軸徑均不滿10mm。根據(jù)鍵槽情況對(duì)三軸進(jìn)行加粗會(huì)發(fā)現(xiàn)依舊不滿10mm,考慮到軸承選取的標(biāo)準(zhǔn)化和裝配方便性，這三根軸軸端均設(shè)計(jì)為10mm.同齒輪校核一樣只選取所受轉(zhuǎn)矩最大的軸進(jìn)行計(jì)算校核。由軸所受轉(zhuǎn)矩大小看出，第三軸轉(zhuǎn)矩最大。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（圖3-9）圖3-9 軸的結(jié)構(gòu)尺寸圖之前為裝帶輪段，軸徑根據(jù)電動(dòng)機(jī)滿載功率計(jì)算為15mm,但實(shí)際上幾乎不可能有滿載，可以適當(dāng)減小一些。45mm的長度根據(jù)空間要求布置。段為裝軸承段。根據(jù)軸承寬度B的尺寸和套筒尺寸設(shè)計(jì)，但是軸承（61802）內(nèi)徑薄壁只有1.3mm,套筒厚度可以查表取1mm，段取17mm。段是自由段。根據(jù)其它齒輪在減速箱的布置設(shè)置，不與其它部件發(fā)生干涉即可，取長度為20mm.因?yàn)椴捎锰淄捕ㄎ?，故軸肩應(yīng)略大于套筒直徑，則直徑為18mm。段為軸環(huán)段。齒輪左端需用軸環(huán)定位，故取軸環(huán)高度為2.8mm。軸環(huán)寬度一般為軸肩高度的1.4倍，則寬度為4mm為裝齒輪軸段。長度按齒輪輪轂的寬度取值，齒輪輪轂為16mm,但是與齒輪相連接處有一寬度為9的凸輪，所以此段軸長取25mm.考慮齒輪裝拆方便，在處應(yīng)倒角。為定位段，依靠軸肩定位，聯(lián)系減速器內(nèi)部零件實(shí)際布置，取長度為26mm軸的強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算齒輪上作用力大小低速級(jí)大齒輪分度圓直徑為 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪分度圓壓力角為按圖3-10示作受力分析：圖3-10計(jì)算軸承支反力由軸的結(jié)構(gòu)看出，必須以齒輪中心為受力點(diǎn)，A、B為支點(diǎn)做受力分析a.水平面上的支反力（c-2） b.垂直面上的支反力（c-1）垂直面上的支反力由提供 c.畫彎矩圖（圖3-11）圖3-11 彎矩圖水平面上的彎矩如圖（c-3）=10347.9N·mm =10356.6N·mm垂直面上彎矩如圖（c-4） 合成彎矩如圖（c-5） 扭矩圖（c-6）T=27330N計(jì)算彎矩圖（c-7）根據(jù)規(guī)定視機(jī)構(gòu)為脈動(dòng)循環(huán)取a=0.6,則界面c處的當(dāng)量彎矩為按彎矩合成應(yīng)力校核強(qiáng)度截面C處的當(dāng)量彎矩最大，故校核該截面。按軸徑d=15mm校核，根據(jù)公式MP查表得，脈動(dòng)循環(huán)許用應(yīng)力 < ，故安全。實(shí)際上C截面處軸徑為20mm,而且校核條件是在滑動(dòng)鞋板承受800N的作用下進(jìn)行的，綜合這兩點(diǎn)，可以看出實(shí)際當(dāng)量應(yīng)力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于58.5MPa。3.3 擦鞋機(jī)各部分機(jī)構(gòu)配合參數(shù)計(jì)算以上已經(jīng)把零件各部分尺寸確定，因?yàn)椴列^程是由三部分配合完成的，所以對(duì)特定時(shí)刻不同部件的位置參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)必須進(jìn)行計(jì)算，以確保擦鞋機(jī)能配合協(xié)調(diào)。效果圖如右圖3-11所示： 圖3-11 裝配效果圖3.3.1 前端鞋刷筒運(yùn)動(dòng)分析鞋面整個(gè)前半部分的擦拭都由鞋刷筒旋轉(zhuǎn)完成，但此機(jī)構(gòu)沒有用到齒輪系減速，只用兩次帶傳動(dòng)減速。而且這一部分與后面機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)性要求不高，可以說是獨(dú)立的。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1100r/min,總傳動(dòng)比為：3*2=6則毛刷筒最后轉(zhuǎn)速為:1100/6=183.3r/min3.3.2 凸輪機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)齒輪的關(guān)系分析凸輪與擺動(dòng)齒輪之間的配合關(guān)系之前已經(jīng)分析過了，現(xiàn)在分析具體尺寸和運(yùn)動(dòng)速度。擺桿的尺寸為60mm和90mm兩段。凸輪處大輪邊半徑為28.7mm，小輪邊半徑為22mm,即D=6.7mm（因?yàn)辇X輪擺動(dòng)的距離為10mm, 根據(jù)杠桿原理可以得出10/D=90/60）。如下圖3-12所示： 圖3-12凸輪擺動(dòng)機(jī)構(gòu) 圖3-13馬達(dá)軌跡槽凸輪自轉(zhuǎn)速度為18.75r/min，擺動(dòng)齒輪自轉(zhuǎn)速度為112.5r/min，小齒輪A、B轉(zhuǎn)速為225r/min（以上數(shù)據(jù)為減速器的傳動(dòng)比決定）。凸輪每旋轉(zhuǎn)一周，擺動(dòng)齒輪分別與A、B嚙合一次，且嚙合時(shí)間相同。藍(lán)色圓柱體A、B隨小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而牽引纏繞在上面的鋼絲線帶動(dòng)小馬達(dá)（圖3-13）在鞋子后側(cè)來回移動(dòng)。整個(gè)軌跡長度計(jì)算值約為357mm。鋼絲線的線速度v由連接在A、B上的藍(lán)色圓柱體的直徑?jīng)Q定。鋼絲線上纏繞三個(gè)小電動(dòng)馬達(dá)，分配在1/3鋼絲線上。如圖所示。所以對(duì)于鋼絲的移動(dòng)距離來講，凸輪每轉(zhuǎn)動(dòng)半周，鋼絲線只要移動(dòng)(357/3=119)119mm即可。凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)半周的時(shí)間T為:T=60s*0.5/18.75=1.6s則鋼絲線速度為v：v=119/1.6=74.375mm/s取圓柱體的直徑為d:則v=解得d=6.3mm所以牽引鋼絲的圓柱體A、B的直徑取6.3mm就可以滿足凸輪與馬達(dá)配合的協(xié)調(diào)性。3.3.3 移動(dòng)滑動(dòng)鞋板的運(yùn)動(dòng)分析可移動(dòng)滑板的動(dòng)力輸入來至于軸三，通過1：1的帶輪傳動(dòng)之后，偏心輪轉(zhuǎn)速依舊為18.75r/min。偏心輪偏距為25mm。即偏心輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)，滑板往復(fù)一次，總位移為100mm。則滑板移動(dòng)的線速度為1875mm/min。從這個(gè)速度可以看出，滑板大概3秒往復(fù)一次，此時(shí)小馬達(dá)繞側(cè)面已經(jīng)運(yùn)動(dòng)兩次。4 其他零部件的選取非設(shè)計(jì)零部件包括軸承，軸承座，支架等。4.1 支架支架全部采用L型角鋼焊接，角鋼材料為Q235。角鋼焊接經(jīng)濟(jì)方便，力學(xué)性能也能滿足，缺點(diǎn)是不夠輕便。對(duì)于減速器機(jī)構(gòu)，角鋼規(guī)格為20X20X4，理論重量為1.145Kg/m；對(duì)于擦鞋機(jī)支架，角鋼規(guī)格為30X30X4,理論重量1.786Kg/m。將整個(gè)擦鞋機(jī)角鋼質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，可以得出總重為19.974Kg。4.2軸承根據(jù)主要選取兩種軸承：深溝球軸承和推力球軸承。選取原則為受力方向和軸徑尺寸。深溝球軸承選取了61802和61900兩種，寬度系列相同但直徑系列不同，內(nèi)徑分別為10mm和15mm。用于每根軸的軸端固定。推力球軸承只有一個(gè)，代號(hào)為51200，因?yàn)榇溯S承主要承受軸向力，用于減速器中的擺動(dòng)軸。 圖4-1 深溝球軸承 圖4-2 推力球軸承4.3 軸承座軸承座選取原則是依據(jù)軸承尺寸和裝配方便性。采用等邊熱壓角鋼焊接支架，則非常容易將軸承用螺柱固定在支架上，選擇沖壓pp型沖壓軸承座，這種軸承壁厚可以控制在2個(gè)毫米以內(nèi)，輕便，力學(xué)性能好。如下圖4-2所示： 圖4-2 PP型沖壓軸承座4.4皮帶擦鞋機(jī)用到兩根皮帶，均采用聚氨酯高速帶。聚氨酯(PU)是一種耐磨耐油的合成樹脂。聚氨酯皮帶曲撓性好，薄且軟，韌性足夠，不易松弛。擦鞋機(jī)選擇的聚氨酯高速帶帶厚取1個(gè)毫米即可。4.5 鞋油筒鞋油筒設(shè)計(jì)為模仿啫喱水瓶的擠壓機(jī)構(gòu)。用兩個(gè)單向閥和一個(gè)彈簧實(shí)現(xiàn)，作用在于只讓鞋油被單方向擠出。如結(jié)構(gòu)圖4-3所示。當(dāng)活塞往上運(yùn)動(dòng)時(shí)則將下面瓶子里的鞋油擠出，而往下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候則將吸入內(nèi)腔的鞋油擠出到外面。 圖4-3 鞋油筒1.活塞 2.單向閥 3.彈簧 4.單向閥4.6廣告燈箱因?yàn)椴列瑱C(jī)的設(shè)計(jì)面向公共場(chǎng)合，所以另外設(shè)計(jì)一個(gè)廣告燈箱。廣告燈箱設(shè)計(jì)并未采用任何機(jī)械裝置，箱體內(nèi)部裝有兩個(gè)發(fā)光燈管，透明塑料鑲嵌在一塊可以打開關(guān)閉的板上。需要換廣告牌時(shí)，打開箱蓋即可。如圖4-4所示： 下方為可活動(dòng)鉸鏈機(jī)構(gòu)，廣告牌放里面即可。外部材料為鐵皮，上方有開始和停止按鈕。廣告燈箱與擦鞋機(jī)可通過螺栓連接在一起，下面夾角為70度，剛好與擦鞋機(jī)支架配合。 圖4-4 廣告燈箱效果圖結(jié) 論本次擦鞋機(jī)設(shè)計(jì)耗時(shí)將近兩個(gè)多月?；叵肫痖_始那段一無所知的歲月，內(nèi)心真的感受頗深。記得剛選這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題時(shí)根本找不到任何相關(guān)資料，一下子手足無措，很是茫然。去見了幾次張老師之后，受到很多啟發(fā)與鼓勵(lì)，才開始慢慢靜下心來去努力鉆研。期間一次一次犯錯(cuò)，一次一次改進(jìn)，也許是打擊的過程太過于循序漸進(jìn)，我似乎變得更有勇氣和信心了。5月8號(hào)我因?yàn)楣ぷ髟蛞x開學(xué)校，走之前見了張老師一面，結(jié)果又出現(xiàn)大失誤。過去工廠以后，我依舊將大部分心思花在畢業(yè)設(shè)計(jì)上，因?yàn)槲矣X得這次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)變成我大學(xué)最重要的一個(gè)見證，我不能隨便敷衍自己。事實(shí)也是如此，在設(shè)計(jì)過程中，我真的有一種溫故而知新的感覺，翻起已經(jīng)塵封箱底的老課本，除了知識(shí)重新被拾起，感受更多的，卻是轉(zhuǎn)瞬即逝的大學(xué)時(shí)光。慶幸自己在離校之際真正用心去完成一件事情，雖然因?yàn)橹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)的有限，本次設(shè)計(jì)會(huì)有很多紕漏和謬誤，但是我真的不遺憾。因?yàn)榇髮W(xué)四年里我并不優(yōu)秀，大多數(shù)時(shí)候我戰(zhàn)勝不了自己的惰性。逃課、掛科、補(bǔ)考這些事情我統(tǒng)統(tǒng)經(jīng)歷過。然而現(xiàn)在，我感激我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，因?yàn)樗?，讓我看見自己的努力。但這次設(shè)計(jì)依舊存在一個(gè)很大的缺陷，因?yàn)闀r(shí)間和知識(shí)有限的的原因，我沒有設(shè)計(jì)包裹腿部的機(jī)構(gòu)，這樣有可能導(dǎo)致鞋油弄臟褲子和襪子，不足之處還望各位老師見諒。致 謝這段時(shí)間里我因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)確實(shí)忽略了很多人很多事，幾次說要回家看看年邁的爺爺奶奶都沒有?，F(xiàn)在終于完成了，我自己也很高興。至于擦鞋機(jī)設(shè)計(jì)過程中我最需要感謝的人，那就是張道德老師了。我永遠(yuǎn)都記得交開題報(bào)告那一天，他跟我說：“你是我今天唯一的收獲”，很慶幸能有那樣一個(gè)開始。在那之前我還準(zhǔn)備設(shè)計(jì)市面上那種一個(gè)電動(dòng)機(jī)就能解決的擦鞋機(jī)，但是因?yàn)槟蔷涔膭?lì)，坦白說有了騎虎難下的感覺，覺得壓力。然后從角鋼的焊接、軸承座選擇、小馬達(dá)電機(jī)、移動(dòng)滑板，幾乎每一個(gè)細(xì)節(jié)都參考了張老師的建議。雖然每次見面都會(huì)被否定，但是否定之后他還是不忘給一點(diǎn)鼓勵(lì)，言者無心，聽者有意。可以說那些創(chuàng)意的想法，幾乎都來至于張老師的啟發(fā)。然后感謝那些曾經(jīng)交給我知識(shí)的老師，若不是他們，我也做不出任何設(shè)計(jì)。我就要離校了，希望你們?cè)谝院蟮娜兆永锒寄芙】灯桨?。因?yàn)楸救嗽O(shè)計(jì)水平和時(shí)間有限，錯(cuò)漏之處在所難免，殷切希望各位老師能對(duì)我的設(shè)計(jì)提出批評(píng)和改進(jìn)意見。 楊 敏 2009年6月參考文獻(xiàn)1唐增寶.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，1995.2廖念釗.互換性與技術(shù)測(cè)量M. 北京：中國計(jì)量出版社，2000.3趙大興.現(xiàn)代工程圖學(xué)教程M. 武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2005.4王為.機(jī)械設(shè)計(jì)M. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.5孫桓.機(jī)械原理M. 北京：高等教育出版社，1996.6范欽珊.材料力學(xué)M. 北京：清華大學(xué)出版社，2004.7機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（新編軟件版），20088角鋼規(guī)格表EB/OL.中國鋼管信息港9沖壓軸承座EB/OL. :/ china-layout /xinghua/canpin-2.htm10 王世剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐與創(chuàng)新M. 北京：國防工業(yè)出版社，2009.11丁厚福.工程材料M.武漢：武漢理工大學(xué)出版社.200112 王先逵. 機(jī)械制造工程學(xué)基礎(chǔ)M. 北京：國防工業(yè)出版社，2009.