毕业设计（论文）基于ProE的新型智能鞋子清洁机设计同步带式

毕业设计（论文） ( 2011 届 ) 题目： 基于 Pro/E 的新型智能鞋子清洁机 设计 同步带式 分 院 机电信息分院 专业班级 08 机电一体化技术 2 班 学生姓名 学 号 导师姓名 成 绩 I 目录 一、前言 .- 1 - （一）论文的研究意义 .- 1 - （二）鞋子清洁机简介 .- 1 - （三）论文的主要内容 .- 1 - 二、同步带式新型智能鞋子清洁机零件设计 .- 2 - （一）直齿齿轮的设计 .- 3 - （二）导轨的设计 .- 6 - （三）电动机的设计 .- 7 - 三、方案计算说明 .- 10 - （一）电动机的选择 .- 10 - 1选择电动机类型 .- 10 - 2计算电动机所需的功率 .- 10 - 3计算电动机所需功率 .- 10 - 4确定电动机的转速 .- 11 - （二）传动比的计算 .- 11 - 1确定传动装置的传动比，分配各级传动比8 .- 11 - （三）同步带的设计计算 .- 12 - 1带传动的选择 .- 12 - 2同步带的特点 .- 12 - 3同步带的失效形式 .- 12 - （四）齿轮的设计计算 .- 12 - 1齿轮传动的特点 .- 12 - 2齿轮传动的类型 .- 13 - II 3齿轮的基本参数和几何尺寸计算 .- 13 - 4渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 .- 15 - 5齿轮正确啮合条件 .- 15 - 6鞋子清洁机的各个参数计算 .- 15 - 四、总结 .- 16 - 参考文献 .- 17 - 致谢 .- 18 - III 基于 Pro/E 的新型智能鞋子清洁机设计 同步带式 学生姓名： 指导老师 摘要：随着人们生活水平的不断提高，居住条件得到不断的改善，精致装修在给 人们带来舒适的同时，也给人们带来了清洁地面的烦恼。在此情形下，洗鞋机的 出现减轻了人们的烦恼。洗鞋机主要是采用同步带式传动原理，它主要由壳体， 同步带，齿轮，滑块，电动机，两个导轨，刷子组成，其特征为：利用电动机来 带动同步带使刷子能向正反方向移动，而同步带能使两个啮合的齿轮带动刷子自 转，这样我们只要把鞋子放在壳体上，插上电源，就能让刷子前后移动，再加上 刷子的自转与鞋底产生摩擦，以达到快速清洁鞋底的效果。 关键词：同步带式；智能；洗鞋机 - 1 - 一、前言 （一）论文的研究意义 随着人们生活水平的不断提高，居住条件得到不断的改善，精致装修在给人 们带来舒适的同时，也给人们带来了清洁地面的烦恼。比如客人来访，换拖鞋会 造成病菌的交叉感染，引发脚气的传播；戴鞋套既不雅观，又造成白色塑料袋污 染。为此，我们将通过使用 Pro/E 软件，利用齿轮来带动刷子的旋转与运动，来 完成鞋子清洁机的设计，可以彻底解决以上问题。 （二）鞋子清洁机简介 洗鞋机主要是采用同步带式原理，它主要由壳体，同步带，齿轮，滑块，电 动机，两个导轨，刷子组成，其特征为：利用电动机来带动同步带使刷子能向正 反方向移动，而同步带能使两个啮合的齿轮带动刷子自转，这样我们只要把鞋子 放在壳体上，插上电源，就能让刷子前后移动，再加上刷子的自转与鞋底产生摩 擦，以达到快速清洁鞋底的效果。 （三）论文的主要内容 智能洗鞋机设计应用了很多常用机构，例如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、 蜗杆机构、带传动机构、链传动机构和螺旋传动机构，为使设计内容得到生动形 象地展示，本文介绍了用 Pro/E 对新型鞋子清洁机的三维建模，并利用机械设计 书里对齿轮啮合条件的了解，如何利用电动机让同步带带动齿轮让毛刷自转及前 后移动。 - 2 - 二、同步带式新型智能鞋子清洁机零件设计 Pro/E 软件提供了许多功能模块如草绘模块、零件模块、工程图模块等等，在 这些所提供的模块中，零件模块用来绘制零件的特征以构成零件，洗鞋机工艺流 程如图 2.1 所示。 图 2.1 洗鞋机工艺流程图 为了能更好地了解新型智能洗鞋机，我设计了如图 2.2 示意图： 图 2.2 智能洗鞋机示意图 - 3 - （一）直齿齿轮的设计 在 Pro/E 中，直齿齿轮的三维建实体模关键在于渐开线的生成渐开线的生 成是通过参数化得到的，标准渐开线圆柱齿轮的几何尺寸取决于齿轮的 5 个重要 参数：齿数(z)、模数(m)、压力角(a) 、齿顶高系数(ha*)、锥度()和顶隙系数(c*)， 而齿轮标准齿顶高系数及顶隙系数按正常齿轮取 1 和 025，并且根据齿顶圆， 齿根圆 基圆 和分度圆与这 5 个参数之间的关系，通过输入参数来绘制渐开线轮 齿齿廓。然后通过三维拉伸、裁剪、复制、阵列、镜像等功能进行实体建模。 1设置齿轮的参数和关系，点击任务栏上的 选择参数，把齿数模数齿 顶高系数等一些参数输入进去。如图 2.3 所示。 图 2.3 参数 在完成参数的后，再把关系也输入进去图 2.4 所示。 - 4 - 图 2.4 关系 2完成以上操作后选取一个界面进行草绘，单击 画圆图 2.5 所示。 图 2.5 草绘 3在“菜单管理器”选择从方程画渐开线单击 跳出对话框如图 2.6 所示。 - 5 - 图 2.6 选择从方程，然后完成。之后又会跳出一个对话框图 6 选取坐标系跳出对话 框选择圆柱。然后在跳出的文本文件中输入如图 2.7 所示。 图 2.7 图 2.8 文件保存退出后就得到了图 2.8。 4经过创建点、基准轴、基准面， “特征操作”“复制”“镜像”等一 些命令，最后得到图 2.9。 - 6 - 图 2.9 渐开线的形成 5经过“拉伸”以及“拉伸”中的去材料命令。复制剪切特征，只有复制 一个特征才能用到阵列的功能，否则没有可用来阵列的尺寸，再在中间画个齿轮 槽，得到图 2.10，2.11。 图 2.10 齿轮廓 图 2.11 齿的形成 6通过阵列切剪旋转命令得到图 2.11，即是完整的齿轮的图。 至于其他几个的圆锥直齿轮的画面也基本上跟上面的画法差不多。 （二）导轨的设计 1新建零件，进入草绘界面，并画出导轨的草绘图如图 2.12。 图 2.12 - 7 - 2运用拉伸 特征，完成导轨的创建，并用倒角 特征如图 2.13。 图 2.13 （三）电动机的设计 1新建零件名为 prt0001,采用缺省模板，采用毫米（ mm） ，牛顿（N） ，秒 （s）单位制，进入 Pro/E 的零件模块如图 2.14 - 8 - 图 2.14 2进入草绘界面，画出电动机的草绘图 2.15 图 2.15 3进行拉伸特征，完成电动机的创建如图 2.16 - 9 - 图 2.16 - 10 - 三、方案计算说明 计算过程中的各项原始数据如下： 鞋子清洁机壳体的尺寸：460*430*150;（mm）根据洗鞋机的生产工艺和实际 生产情况确定鞋印尺寸：340*14；（mm） （一）电动机的选择 1选择电动机类型 电动机的选择包括确定类型、结构、功率（容量）和转速，它分交流电动机 和直流电动机，工业上一般采用三相交流电源，因此一般采用交流电动机，选择 Y 型交流电动机其结构简单、工作可靠、价格低、维护方便，适用于不易燃、不 易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械，而且其安装尺寸和功率等级符合国家 标准。 2计算电动机所需的功率 电动机所需功率 Pw 应由工作机的工作阻力（力和转矩）和运动参数（线速 度或转速、脚速度）计算求得，即 .5263.09.1065kwkVFpw 式中： F工作机的工作阻力（ N） V工作机的线速度(m/s) 工作机的效率w 对于带式传输机，一般取 =0.940.96，此处取为 0.95。w 3计算电动机所需功率 电动机所需功率由工作机所需功率和传动装置的总效率决定。 计算过程如下： - 11 - 0P = = = kw=0.6498kw。w2190.563 式中： 由电动机至工作机的传动装置总效率。 传动装置总效率 应为组成传动装置的各个运动副效率的乘积， 即： = ，123 其中， ， ， ， 分别为传动装置中每级传动副（带传动、链传动） 、n 每对轴承或每个联轴器的效率，其值查阅手册可得。 4确定电动机的转速 额定功率相同的同一类型电动机，有几种不同的转速系列可供选择，如三相 异步电动机有 4 种同步转速，即 3000r/min、1500 r/min、1000 r/min、750 r/min。 电动机转速越高，则磁极数越少，尺寸和重量越小，价格也越低。但电动机转速 与工作机转速相差过多势必造成传动系统的总传动比加大，致使传动装置的外廓 尺寸和重量增加，价格提高。而选择较低转速的电动机时，则情况正好相反。因 此，确定电动机转速时要综合考虑，分析比较电动机及传动装置的性能、尺寸、 重量和价格等因素，最终确定选用 1500 r/min 的电动机。 （二）传动比的计算 1确定传动装置的传动比，分配各级传动比8 总传动比 wmani 式中： 电动机输入转速，r/min。 又 =ai12i 式中： 一级 V 带传动比 由于考虑到刷子的速度不能太大或太小，我们选 =3ai - 12 - 因此 =500 r/minwn （三）同步带的设计计算 1带传动的选择 从不同的角度出发，带传动有不同的分类方法，按带传动的空间位置分：开 口传动、交叉传动、半交叉传动、带张紧轮的传动，按带的形状分：平带、普通 V 带、窄 V 带、圆形带、多楔带、同步带，同步带兼绕性件传动和啮合传动的特 点，能缓冲减振，传动平稳，传动比准确而且大，传动效率比 V 带高，结构紧凑， 对轴的工作压力小，工作可靠，经过比较分析后，本设计选择同步带。 2同步带的特点 1、传动准确，无滑动，能达到同步传动的目的； 2、传动效率高，一般可达 98%； 3、速比范围大，允许线速度也高； 4、传动功率范围大，从几十瓦到几百千瓦； 5、结构紧凑，还适用于多轴传动。 3同步带的失效形式 同步带传递时以带齿和轮齿依次啮合来传递动力，达到同步传动的目的，因 此，在同步带传递扭矩时，带将受拉力作用，带齿承受剪切，而带齿的工作表面 在进入和退出与轮齿啮合的过程中将被磨损，因此，同步带的主要失效形式有： 同步带承载绳的疲劳断裂；带齿的剪切破裂；带齿工作表面磨损，失去原来的形 状。 （四）齿轮的设计计算 1齿轮传动的特点 1、能保证两齿轮瞬时传动比恒定不变； - 13 - 2、能实现两平行轴、相交轴和交错轴间的各种传动； 3、圆周速度和功率适用范围广，效率高； 4、工作可靠，使用寿命长。 2齿轮传动的类型 表 3.1 平行轴 相交轴 交错轴 按轮齿方向分 按啮合方式分 直齿圆柱齿轮传动、 斜齿圆柱齿轮传动、 人字齿轮传动； 外啮合齿轮传动、 内啮合齿轮传动、 齿轮齿条啮合传动； 圆锥齿轮传动； 螺旋齿轮、蜗杆传 动； 3齿轮的基本参数和几何尺寸计算 1、齿轮各部分名称和符号 齿宽：沿齿轮轴线方向量的轮齿宽度，用 b 表示 齿槽宽：一个齿槽齿廓间在任意圆周上的弧长，用 表示ke 齿厚：任意圆周上量的轮齿厚度（弧长） ，用 表示S 齿距：任意圆周上相邻两齿对应点间的弧长，用 表示kP = +kPSke 齿顶圆：有轮齿顶部所确定的圆，其直径用 表示kd 齿根圆：由轮齿根部所确定的圆，其直径用 表示f 分度圆：渐开线齿廓上压力角为 20 度处之圆。它是齿轮加工、几何尺寸计算 的基准。分度圆直径用 表示，分度圆上的齿厚、齿槽宽、齿距分d 别为 、 、 表示，且 = = 、2sepsep 齿顶高：齿顶圆与分度圆之间的径向距离，称为齿顶高，用 表示ah - 14 - 齿根高：齿根圆与分度圆之间的径向距离，称为齿跟高，用 表示fh 全齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，称为全齿高，用 表示 2、齿数：形状相同、沿圆周方向均布的齿轮个数，称为齿数，用 表示。齿轮的z 齿数与传动比有关，通常由工作条件确定。 压力角：渐开线齿轮压力角指渐开线齿廓在分度圆处的压力角。分度圆上的压 力角标准值为 20 度。 模数 分度圆直径与齿数之间有如下关系：m = 或 = /dpz 式中 是一个无理数，为使计算和测量方便，工程上令 = / ，称mp 为模数，并定为标准值，于是上式可改写为 =dz 齿顶高系数 和顶隙系数 由于齿距和模数成正比，取齿高的尺寸也与模数*ah*c 成正比即 =ah*m = + =( + )fc*a = + =(2 + )afh 式中 齿顶高系数*ah 顶隙系数c 标准齿轮规定： 1mm 时，正常齿制： =1， =0.25；短齿制： =0.8， =0.3。m*ahc*ah*c 1mm 时， =1， =0.35。*ac 正常齿制 =1，最少齿数为 17；对于短齿制，最少齿数为 14。*ah 由上面各式看出，当 、 、 与 均为标准值且 = 的齿轮称为标准齿轮。m*ahcse 渐开线齿轮的几何尺寸是由模数 ，齿数 ，压力角 ，齿顶高系数 ，顶隙系za*ah 数 决定的，所以它们是渐开线齿轮的基本参数。*c - 15 - 4渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 公式见表 3.2 表 3.2 名称 符号 计算公式 齿距 p=pm 齿厚 s= /2s 齿槽宽 e= /2e 齿顶高 ah=ah* 齿根高 f =( + )fcm 全齿高 = (2 + )*a 分度圆直径 d=dz 齿顶圆直径 a= = ( )a2ah*z 齿根圆直径 f = = ( 2 )ffa*cm 基圆直径 bd= cosa= cosabdmz 中心距 a=( )/2= ( )/2a1212 5齿轮正确啮合条件 = =1m2 = =a 即一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等。 6鞋子清洁机的各个参数计算 = / = / ；设 =18 则 =54。i1n2z1z2 - 16 - 四、总结 以上，我们通过 Pro/E 软件对智能鞋子清洁机的运作原理、零件设计、方案 选 择、参数计算进行了大致的阐述，较为形象便捷地展示了智能鞋子清洁机的设计 方案。我们相信，智能鞋子清洁机将很快地从设计转向产品，并将迅速走进众多 的普通家庭，在能够为企业带来可观的效益的同时，也会为人们的生活带去便捷、 舒适。 - 17 - 参考文献 1 濮良贵.机械设计M.第七版.北京：高等教育出版社,2001.60365 2 刘孝民.机械设计基础M. 华南理工大学出版社,59198 3 孙建东.机械设计基础M. 清华大学出版社,13136 4 牛玉丽.机械设计基础M. 中国轻工业出版社,53127 5 金鑫. Pro/ENGINEER Wildfire3.0M. 机械工业出版社,1315 6 温建民.Pro/ENGINEER Wildfire3.0M. 机械工业出版社,1304 7 郭仁生.魏宣燕机械设计基础（第 2 版）M. 清华大学出版社,2005 8 陈长生.机械设计基础M. 机械工业出版社,2003 9 陆劲昆. Pro/ENGINEER2001中文版实用教程M. 北京大学出版社,2003. 10 宁涛,余强.Pro/E 机械设计基础教程M. 清华大学出版社,2006 - 18 - 致 谢 衷心感谢我的导师郑鹏飞老师、王晶晶老师在本文撰写过程中的认真指导。 在我的整个大学学习阶段中，得到了他的悉心指导和严格要求，在思想上、生活 上也受到了真挚的关心和热心的帮助。 感谢各位老师等对我的指导和帮助，感谢他们为我提供了良好的学习和工作 环境。 最后要感谢我的父母亲，他们殷切的期望、无尽的关怀、无私的奉献是我克 服困难、不断进取的动力源泉。 同时我要感谢所有关心过我、帮助过我、教导过我的人们。 谨以此文献给他们！ 徐漂漂 二零一一年四月于义乌工商学院