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.doc

毕业设计（论文）毕业设计（论文） ( 2011 届 ) 题目题目： 基于基于 pro/epro/e 的新型智能鞋子清洁机的新型智能鞋子清洁机 设计设计同步带式同步带式 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 目录目录 一、前言一、前言 - - 1 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二、同步带式新型智能鞋子清洁机零件设计 - - 2 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、方案计算说明三、方案计算说明 - - 1010 - - （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、总结四、总结 - - 1616 - - 参考文献参考文献 - - 1717 - - 致谢致谢 - - 1818 - - iii 基于基于 pro/epro/e 的新型智能鞋子清洁机设计的新型智能鞋子清洁机设计 同步带式同步带式 学生姓名： 指导老师 摘要摘要：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：关键词：同步带式；智能；洗鞋机 - 1 - 一、前言一、前言 （一）论文的研究意义（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（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（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（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（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（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（一）电动机的选择 1 1选择电动机类型选择电动机类型 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 2计算电动机所需的功率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. 0 95 . 0 1000 60 20 1500 1000 kwkw vf p w ww w 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 3计算电动机所需功率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 - 0 p = = =kw=0.6498kw。 w p 21 w p 90 . 0 90 . 0 5263 . 0 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：=， 1 2 3 其中，分别为传动装置中每级传动副（带传动、链传动） 、 1 2 3 n 每对轴承或每个联轴器的效率，其值查阅手册可得。 4 4确定电动机的转速确定电动机的转速 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（二）传动比的计算 1 1确定传动装置的传动比，分配各级传动比确定传动装置的传动比，分配各级传动比88 总传动比 w m a n n i 式中： 电动机输入转速，r/min。 m n 又 = a i 1 i 2 i 式中： 一级 v 带传动比 1 i 由于考虑到刷子的速度不能太大或太小，我们选=3 a i - 12 - 因此=500 r/min w n （三）同步带的设计计算（三）同步带的设计计算 1 1带传动的选择带传动的选择 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 2同步带的特点同步带的特点 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 3同步带的失效形式同步带的失效形式 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（四）齿轮的设计计算 1 1齿轮传动的特点齿轮传动的特点 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 2齿轮传动的类型齿轮传动的类型 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 3齿轮的基本参数和几何尺寸计算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 k e 齿厚：任意圆周上量的轮齿厚度（弧长） ，用表示 k s 齿距：任意圆周上相邻两齿对应点间的弧长，用表示 k p =+ k p k s k e 齿顶圆：有轮齿顶部所确定的圆，其直径用表示 k d 齿根圆：由轮齿根部所确定的圆，其直径用表示 f d 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 a h - 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 f h 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h 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=/dpzdpz 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=dmz 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 * a h * c 成正比即 = a h * a hm =+ =(+) f h a hc * a h * cm =+=(2+)h a h f h * a h * cm 式中 齿顶高系数 * a h 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 * a h * c * a h * c 1mm 时，=1，=0.35。m * a h * c 正常齿制=1，最少齿数为 17；对于短齿制，最少齿数为 14。 * a h 由上面各式看出，当、与均为标准值且 = 的齿轮称为标准齿轮。ma * a h * cse 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mza * a h 数决定的，所以它们是渐开线齿轮的基本参数。 * c - 15 - 4 4渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算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=/2sm 齿槽宽e=/2em 齿顶高 a h= a h * a hm 齿根高 f h=(+) f h * a h * cm 全齿高h = (2+)h * a h * cm 分度圆直径d=dmz 齿顶圆直径 a d= = () a d2d a h * 2 a hzm 齿根圆直径 f d= = (2) f d2d f hz * 2 a h * cm 基圆直径 b d=cosa=cosa b ddmz 中心距a =()/2=()/2a 1 d 2 dm 1 z 2 z 5 5齿轮正确啮合条件齿轮正确啮合条件 = 1 m 2 mm = 1 a 2 aa 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 6鞋子清洁机的各个参数计算鞋子清洁机的各个参数计算 =/=/；设=18 则=54。i 1 n 2 n 1 z 2 z 1 z 2 z - 16 - 四、总结四、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