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毕业设计（论文）题 目：风扇吸尘式无尘粉笔擦 结构设计与模型制作 学 生： 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学 号： 指导老师： 起迄日期： 2016.3.21-2016.6.16 设计地点： 2016年6月15日风扇吸尘式无尘粉笔擦结构设计与模型制作全套图纸加扣3012250582摘要粉笔擦已经成为如今课堂的一种不可或缺的教学工具，但当粉笔擦在擦拭黑板时造成的粉笔灰飞扬给老师和学生带来了一些危害。市场针对该种情况，设计了几款新型粉笔擦产品。目前市场上的新型粉笔擦主要分为吸尘器式粉笔擦与小型粉笔擦。吸尘器式粉笔擦由于其价格昂贵因此难以在市场上推广，而目前市场上的小型粉笔擦也存在吸粉笔灰效率低、难以储存粉笔灰、使用不便等缺点。首先，本课题通过对比现如今的粉笔擦的不足，采用风扇吸尘原理以及对其结构设计使之得以优化。其次，通过查阅资料及市场调查选出合适的电动机，完成电量消耗计算以及电池的选用。再次，确定相关尺寸规格后，通过使用Pro/EGINEER软件对其进行三维数字建模，并且完成装配等任务。最后，购置相关配件并通过3D打印完成模型的制作。关键词：风扇吸尘原理，粉笔擦，结构设计，模型制造，电机选用Structure Design and Model Making ofFan Vacuuming Dustless Chalk BrushAbstractNowadays, Chalk eraser is as an indispensable teaching tool in class, but the chalk dust harm the teachers and students when the blackboard is cleaned. The several new type of chalk eraser products are designed for this kind of situation in the market. At present, the novel chalk eraser is mainly divided into a vacuum type chalk eraser and a minitype chalk eraser. Due to the expensive price, the vacuum type chalk eraser is difficult to spread in the market, and the minitype chalk eraser in the market also has the disadvantages of low chalk dust efficiency, difficult storage of chalk dust, and inconvenient use. First of all, in this paper, the fan cleaning principle of dust and its structure designing is used to optimize the design of its structure by means of the contrast of now the lack of chalk eraser. Secondly, by accessing information and market research to select the appropriate motor, complete the calculation of the consumption of electricity and the choice of battery. Thirdly, after the relevant dimension is determined, it is completed that its three-dimensional digital modeling, the assembly and other tasks by the Pro/ENGINEER . Finally, the model is produced by 3D printing and purchasing relevant accessories.Key Words: Fan Vacuuming Principle, Chalk Eraser, Pattern Making, Motor Selection目 录第1章 绪论11.1 研究背景11.2 研究意义11.3 流程总括21.4 研究工具3第2章 风扇吸尘式无尘粉笔擦设计52.1 产品规划52.1.1 市场分析52.1.2 任务要求与内容52.2 风扇吸尘式无尘粉笔擦FPBS方法52.3 风扇吸尘式无尘粉笔擦的结构与工作原理62.3.1 风扇吸尘式无尘粉笔擦主要结构62.3.2 风扇吸尘式无尘粉笔擦工作原理72.4 方案设计82.4.1 产品加工方法分析及结构工艺介绍82.4.2 擦拭部分142.4.3 吸尘装置152.4.4 积尘装置192.4.5 保湿补水装置192.4.6 其它固定零件202.4.7 产品总体外壳232.4.8 产品各部分零件参数242.5 实体建模25第3章 技术文件编制303.1 装配图303.2 零件图303.3 三维总装图303.4 爆炸图39第4章 模型制作414.1 3D打印414.2 装配准备424.3 零件装配42结论44参考文献45致谢46III风扇吸尘式无尘粉笔擦结构设计与模型制作第1章 绪论1.1 研究背景粉笔和黑板及粉笔擦现在还一直在教学中大量使用 ，这说明了它们在教育事业中还占有着重要的地位。可是在黑板被擦拭这个过程中还是会产生大量的粉笔灰 。粉笔灰的主要成分是硫酸钙，化学式CaSO4，熔点1450，相对密度2.96。粉笔灰对人有严重的危害，长期大量的吸入粉笔灰有可能会患尘肺粉尘结节和肺纤维化等常见的职业病。粉笔灰在教室里随意的飘散，严重影响广大师生的身体健康。而现有的传统粉笔擦具有的缺点是：(1)无法减轻粉笔灰飘散所造成的污染；(2)无法将黑板有效的擦拭干净；(3)不能把死角清理干净。许多研究者也在此基础上进行了大量的研究和改进，绝大多数新的产品采用机械、电动的方法自动或半自动的模式擦去粉笔字，有采用静电除尘的方法，利用静电吸附粉尘的原理；有采用大功率吸尘器吸尘的方法，把大功率的吸尘器管道和粉笔擦按照一定方式相连，通过粉笔擦擦掉粉笔字而粉笔灰直接被大功率管道吸走；有参考汽车的雨刷装置来擦黑板的，但没有解决粉笔灰随处飘的问题；有把粉笔擦安装在导轨上，利用导轨的上下和左右移动来擦除粉笔字从而除粉笔灰的，但也没解决粉笔灰四处飘散的问题，达不到保障教师、学生健康的效果；有些不能实现有限的吸尘；有些可以吸尘，但这类吸尘粉笔擦价格较贵，且结构比较复杂1。所以研制一种新型无尘粉笔擦是非常有必要的。1.2 研究意义由于现代工业的快速发展与人们生活水平的逐步提高，吸尘器已经在大量的场合得到了比较普遍的应用，比如：工厂、学校及家庭等。电动粉笔擦吸尘器是众多真空吸尘器中的一种。真空吸尘器是利用高速旋转的扇叶在强力抽吸时所形成的负压，就是因为负压的存在，从而造成了吸尘器内外有气压差，大量的气体流动带动粉尘一起进入吸尘器内部，从而造成了一种粉尘被“吸入”一定空间的一种电器。1964年松下电器产业株式会社的鹰野和沼田成功研发并推出了第一代电动粉笔擦吸尘器2，经过四十多年来的发展，电动粉笔擦吸尘器有了三次巨大的改进,到目前为止，松下电器的电动粉笔擦吸尘器已经卖出了百万余台。目前,已经有好几款粉笔擦吸尘器已经广泛运用在欧洲、日本、美国等发达国家的教育系统中，如松下电器MC -330E(图1-1(a)，日立株式会社的日立CV-6J(图1-1(b)，美国Claridge Products and Equipment,Inc.的Electric-Powered Eraser Cleaner(图1-1(c)和美国: GBC Office Products Group的Little Giant Eraser Cleaner(图1-1(d) 3。(a) (b)(c) (d)图1-1 国外知名公司的电动粉笔擦吸尘器我国的教育系统仍大量地使用普通的粉笔擦。粉笔灰飞扬的问题无法从根本上得到解决。据有关研究表明，粉笔灰的飞扬有90%是由于吸附于粉笔擦擦拭部分表面的粉笔灰飞扬和通过敲打粉笔擦清理粉笔灰时造成的粉笔灰飞扬，因此，解决粉笔擦上积累的粉笔灰成为了解决粉笔灰飞扬的核心。粉笔灰飞扬的问题影响了学校众多师生的身体健康，也破坏了公共环境卫生4。20年以来，我国的科技工作者对黑板、粉笔擦、粉笔都进行了比较大的改进，因此也出了许多新产品的设计，如无尘粉笔、无尘黑板、电动粉笔擦等5。有些设计的新产品已经可以投入市场了，但是，到目前为止，新产品的效果还不是很好，存在许多缺陷。电动粉笔擦吸尘器在技术上已经可以广泛运用于国外的发达国家了。但由于电动粉笔擦吸尘器结构相对复杂，价格昂贵(每台大约要数百美元)，因此我国难以推广使用6。所以对现有的新型粉笔擦进行改进与优化有极大的意义。1.3 流程总括风扇吸尘式无尘粉笔擦结构设计与模型制作，其主要流程包括：“产品规划”、“方案制定”、“产品绘制”、“文件编辑”以及“模型制作”这五个过程依次完成，最终实现该产品的完成。其主要流程图如图1-2所示。图1-2 风扇吸尘式无尘粉笔擦设计流程1.4 研究工具(1)Pro/ENGINEER软件 Pro/ENGINEER是由美国PTC公司开发的一种计算机三维辅助设计软件，它在设计及制造领域有广泛的运用，由于功能强大，许多设计师都喜欢使用。它成为当今主流的全方位CAD/CAM/CAE软件之一，不仅如此，它还有许多的功能模块（包括二维草绘、零件、组件、制造、工程图、格式、报告、图表和布局等），其在各行各业都有广泛应用7。在本次设计过程中，使用该软件Pro/ENGINEER Wildfire 5.0对产品进行三维数字建模、装配、着色、渲染等操作。(2)AutoCAD软件AutoCAD是由美国Autodesk公司于1982年研制开发的，由于功能强大，操作方便，界面清晰，而且还可应用于土木建筑，机械制图，工程制图等多方面领域，因而深受各个领域的设计师的喜爱成为了目前应用比较广泛的二维绘图软件。本次设计过程中，使用该软件AutoCAD2010对产品进行主要零件二维制图与装配图8。(3)Microsoft Office软件Microsoft office是微软公司开发的一款基于window系统下的办公软件。其主要组件有Word、Excel和Powerpoint。由于其功能强大，界面适合多国人的使用习惯，因此使得该款软件在全球范围内受到各界人士的欢迎。在本次设计过程中，使用该软件Microsoft office 2007制作后期所需的设计说明书。第2章 风扇吸尘式无尘粉笔擦设计2.1 产品规划产品规划是为了能够更好地使产品深入市场，根据市场中现有的新型粉笔擦，进行取长补短，为产品设计以与优化做好充分的准备。为此提出本次课题研究，找到研究的重点并明确课题研究相关要求。2.1.1 市场分析通过查阅相关的论文、专利等资料，了解了目前现有的粉笔擦的种类。再通过走访福州附近的大卖场，还通过网络平台与商家进行沟通，获得了各种粉笔擦的信息，具体信息如表2-1所示。目前市场上出现的新型粉笔擦有这么三类：吸尘器式粉笔擦 电机+电扇式粉笔擦湿毛毡式粉笔擦。见表2-1，可以很容易看出吸尘器式粉笔擦虽然对粉笔灰的去除效果最好，但价格也是最贵，不利于在国内推广使用。而电机+电扇式粉笔擦和湿毛毡式粉笔擦虽然各有其缺点，而且除粉笔灰的效果不如吸尘器式粉笔擦，但价格适中，适合在国内进行推广使用，因此成为了本课题的重要突破口。2.1.2 任务要求与内容要求：查阅相关文献资料，了解风扇吸尘式无尘粉笔擦开发的基本流程和常用的设计方法，掌握产品的功能、要求、结构和特点等，综合运用所学的知识和技能，应用CAD/CAM技术完成产品的结构优化，并进行制作模型。内容：对产品进行深入分析（包括产品的工作原理、功能、性能、材料、主要技术指标、结构、产品结构设计难点等），应用CAD/CAM技术及相关软件完成产品设计（包括产品或零部件的外观设计、结构设计、实体建模、渲染，产品三维实体装配及分析、爆炸图、立体剖视图，绘制装配图和主要零件的零件图等）。2.2 风扇吸尘式无尘粉笔擦FPBS方法FPBS方法是一种比较好的创新方法，它是通过映射的手段，把具体的功能与实现其功能的原理相结合，使复杂的问题慢慢变清晰，有利于降低问题的难度，能够更快更容易地把问题解决9。本课题风扇吸尘式无尘粉笔擦功能分解图如图2-1所示。2.3 风扇吸尘式无尘粉笔擦的结构与工作原理本课题是通过查阅大量的论文和专利等资料，通过对比各种现存的粉笔擦，从中取长补短而确定主要结构与工作原理。该设计弥补了电机+风扇式粉笔擦和湿毛毡式粉笔擦的缺点，本产品是两者的结合体，各类粉笔擦见表2-1。2.3.1 风扇吸尘式无尘粉笔擦主要结构该款风扇吸尘式无尘粉笔擦结构主要是相应的壳体结构与电子模块。主要由擦拭部分、吸尘装置、积尘装置、保湿补水装置、产品外形外壳、其它固定零件等六部分组成。擦拭部分是擦拭条，通过擦拭条与黑板的摩擦，擦除粉笔字。吸尘装置是本产品的核心部分，主要由电机、风扇、开关、电路板、指示灯、充电口、电线、镍氢充电电池等组成。通过电线把各元件接在电路板上，与电路板集合成一个模块，把模块固定在壳体内部。打开开关，指示灯亮，电机通电，风扇转动，从而达到吸尘的效果。积尘装置主要由壳体与吸尘海绵组成，通过湿润的海绵吸附粉笔灰。保湿补水装置主要由封闭集水器、引流导管、开关等组成，主要通过按钮开关直接下压，使集水器里的水通过导管流到吸尘海绵上，使海绵保持湿润，使粉笔灰能牢固地吸附于海绵上。产品外形外壳决定了产品的外观，主要由壳体组成。其它固定零件主要由擦拭底座、电动机固定座、集成座、螺钉组成，这几个零件的作用是放置，固定其它零件使其它部分可以装配成一个整体。六大部分的详细组成如下。擦拭部分：毛毡条。吸尘装置：电动机、风扇、充电电池、开关、电线、指示灯、充电接口、电路板等。积尘装置：吸尘海绵、积尘盒、粉尘网、空气网、外壳等。保湿补水装置：小型可封闭集水器、引流导管、开关等。产品外形外壳：产品外形壳体、按钮帽、电池壳盖、积尘盒通风壳盖等。其他固定零件：螺钉、擦拭底座、电动机固定座、集成座等。表2-1 各类粉笔擦比较 粉笔擦比较项目普通粉笔擦静电式粉笔擦吸尘器式粉笔擦电机+电扇式粉笔擦湿毛毡式粉笔擦原理通过擦拭材料直接吸附粉笔灰通过高压产生静电，粉尘在高压下的静电感应，带电产生静电吸附于高压电极主要是利用吸尘器的吸尘功能与粉笔擦相结合，使粉笔灰积尘储存于积尘箱里利用电机带动电扇旋转，使粉笔擦内外产生气压差，通过气流的流动，把粉笔灰吸入积尘盒内储存通过湿毛毡吸附原理，使粉笔灰牢牢的粘在擦拭部分粉尘附着情况不牢固，附着于擦拭材料上较牢固，附着于高压电极上牢固，储存在专门的积尘箱里较牢固，储存在内嵌的积尘盒里较牢固，附着于湿润的毛毡上优点结构简单，价格低廉，材料易获得，易于制作除尘效果好，无噪音，体积较小除尘效果非常好，完全不会有粉笔灰的飘散利用电机带动电扇旋转，使粉笔擦内外产生气压差，通过气流的流动，把粉笔灰吸入积尘盒内储存结构较为简单，粉尘吸附率高，不需要任何附加能源，材料易获得，便于制作缺点除尘效果较差，粉笔灰易飘散电路复杂，使用寿命短，不安全价格昂贵，需要使用市电，噪声较大，体积较大储存粉尘的能力较差，粉尘易于从粉笔擦内部飘散出来擦拭完黑板后，要待黑板干后，才能继续书写，影响教学进度尺寸最小较大很大较小较小擦拭效果中优优良良扬尘情况明显不明显不明显不明显不明显价格约3-10元约100-200元约500-1000元约50-100元约30-60元2.3.2 风扇吸尘式无尘粉笔擦工作原理主要利用底部绒毛材质的擦拭条与黑板的摩擦使粉笔尘从黑板上掉落下来，通过电机带动风扇转动，使粉笔擦内外部形成压力差 ，产生强大的向后气流，粉尘在气流的带动下被吸入粉笔擦中部积尘盒里。积尘盒内腔表面布上了一定厚度的吸尘海绵，它能牢牢吸附被吸进积尘盒的粉笔灰，使粉笔灰不至于又从进口飘散出来，积尘盒里还有给吸尘海绵补水的装置，使海绵一直保持湿润状态，增强海绵的吸尘能力。安装在集尘盒内部上方的过滤网把粉笔灰留在盒内，空气从过滤网排除。当粉灰尘累积到一定程度后将将积尘盒外壳打开 ，把整个积尘盒拿出来清洗，风扇吸尘式无尘粉笔擦的原理如图2-2所示。图2-1 风扇吸尘式无尘粉笔擦FPBS树图2.4 方案设计2.4.1 产品加工方法分析及结构工艺介绍(1)产品加工方法分析通过对产品的功能及使用环境的分析，可以确定产品除了电动机、电路板等电子模块外，其它零件都可以使用塑料材料，从而可以确定加工方法有这么几种：塑料数控切削加工3D打印加工 模具加工。塑料数控切削：使用数控机床直接对固态塑料直接进行去除材料的加工方法，它适用于塑料件直接成型困难或对单件小批量生产的情况。由于塑料种类较多，不同的塑料的切削参数也不同。通过查阅相关的资料，国内对于塑料材料的切削研究较少，特别是粉笔外壳的切削研究更是很难查到。所以本产品不采用这种加工方式。3D打印：一种快速成形技术，它以数字化模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体。 由于其在制造方面独特的成形方式，被认为是“第三次工业革命的重要生产工具10-11。 与传统的加工方式相比，3D打印不用制造模具，不用去除材料，不用考虑液态材料成型参数，因此，3D打印是非常有发展前景的产业12-13。3D打印虽然有一定的材料限制，但是还是比较容易成型。因此本产品可以采用这种加工方式。模具加工：通过密闭型腔成型出一定体积尺寸的产品。模具适合大批量生产，而且模具价格昂贵对于只生产单件产品的加工就显得不合理了。由于本课题所设计的粉笔擦是新款产品，属于新产品单件生产，所以不考虑此加工方法。图2-2 风扇吸尘式无尘粉笔擦工作原理图(2)产品结构工艺槽孔虽然本产品采用的是3D打印加工，但是也要符合塑料产品的设计原则，使产品的结构有利于模具的制造，为以后产品技术成熟后大批量生产打下基础。而且按照设计原则设计也不影响3D打印加工。壁厚设计参考壁厚的设计与工作环境所承受的外力、支承柱的数量与位置、选用的塑料种类都有关。一般热塑性塑料壁厚不超过3mm。从经济方面上看，产品壁厚太厚会增加成本和生产周期。从产品结构合理性上看，过厚的壁厚会使产品在成形时产生气孔、疏松等缺陷，会影响产品的强度与刚度。产品的每一个部位最好都是等壁厚的，但有时因为产品的功能决定壁厚有所不同，这时就需要有个过渡部分。壁厚过渡推件如图2-3所示。热塑性塑料厚度设计参考表见表2-214。拔模角设计参考一般塑料产品都会设置拔模角，这是为了方便产品的脱模。拔模角一般比较小，不会影响产品的外观。拔模角没有非常严格的设计准则，通常来说，抛光的外壁可以使用1/4或1/8的拔模角。产品表面有织纹的，每0.025mm的织纹就要增加1的拔模角。拔模角与单边间隙和边位深度非常有关系，如图2-4所示。表2-2 热塑性塑料厚度设计参考表热塑性塑料最薄/mm(in)平均/mm(in)最厚/mm(in)Acetal POM0.4(0.015)1.6(0.060)3.2(0.125)ABS0.8(0.030)2.3(0.090)3.2(0.0125)Acrylic-PMMA0.6(0.025)2.4(0.093)6.4(0.250)Cellulosics-CE0.6(0.025)1.9(0.075)4.8(0.187)FEP0.25(0.010)0.9(0.035)12.7(0.500)Nylon-PA0.4(0.015)1.6(0.062)3.2(0.125)Polycarbonate-PC0.1(0.040)2.4(0.093)9.5(0.375)Polyethylene(LD)-LDPE0.5(0.020)1.6(0.062)6.4(0.250)Polyethylene(HD)-HDPE0.9(0.035)1.6(0.062)6.4(0.250)Ethylene vinyl acetace-EVA0.5(0.020)1.6(0.062)3.2(0.125)Polypcopylene-pp0.6(0.025)2.0(0.080)7.6(0.300)Polysulfone-PSU1.0(0.040)2.5(0.100)9.5(0.375)Modfied-PPO0.8(0.030)2.0(0.080)9.5(0.375)Polystyrene-PS0.8(0.030)1.6(0.062)6.4(0.250)SAN0.8(0.030)1.6(0.062)6.4(0.250)硬PVC1.0(0.040)2.4(0.093)9.5(0.375)Polyurethane-PU0.6(0.025)1.27(0.500)3.8(0.150)孔洞设计参考在塑料产品上开孔是为了方便各部分的结合，孔洞的大小与位置会影响产品的强度与生产加工的复杂性，因此，按一定规范设计孔洞非常重要。孔与孔的距离和孔与直边之间的距离要大于孔的直径。螺孔与产品边缘的距离不小于螺孔直径的23倍，如图2-5所示。在孔的边上直接设计完整的倒直角或倒圆角不是很好，最好在孔的边缘留大于0.5mm的直身位比较好，如图2-6所示。加强筋设计参考加强筋在塑料产品上非常重要，它可以提高产品内部结构的强度与刚度，但在加工中容易出现难以成形的问题，如图2-7所示。因此设计加强筋时应特别注意。加强筋一般的形状是长方体，还有一些不同的加强筋的形状与尺寸关系如图2-8所示。从生产工艺的角度上看，使用大量短小又窄的加强筋比用深又宽的加强筋好得多，如图2-9所示。在零件边缘的加强筋，如图2-10所示。图2-3 壁厚过渡设计推荐 图2-4 拔模角与单边间隙设计参考关系(a) (b)图2-5 孔离边位或内壁边参考图2-6 孔洞边缘的设计参考图2-7 加强筋的设计图2-8 加强筋的形状与尺寸扣位设计规范扣位是为了方便产品的各部分装配，无需螺钉、螺栓等紧锁零件，只要产品的两个部分的扣位相互配合就行了。扣位的形状不一，但其原理都是一样的。当要将两个零件扣上时，勾形伸出部分顺着运动方向移动，当与凸缘部位接触，由于塑料的弹性，勾形伸出前半部分向上发生弹性弯曲。当勾形伸出前半部分通过凸缘部分，弹性弯曲回复，这时，就形成相互锁紧扣着的状态。原理如图2-11所示。扣位的形状大致上有这么几种：环形扣、单边扣、球形扣等，如图2-12所示。扣位最好设计成多个扣位共用，因为扣位处比较薄弱，在多次拆装上容易断裂。因此，多个扣位共用可以增加零件的使用寿命。支柱设计规范支柱的设计是为了方便产品零件的装配、一些小配件的固定及支撑零件、收紧螺钉等。支柱不要单独使用，最好与外壁或加强筋连接使用。支柱的高度要小于支柱的2.5倍。如图2-13所示为支柱设计的要点。图2-9 短小加强筋的形状与尺寸产品外观设计在产品外观设计中，要求设计的产品既要符合人们的物理认识又要符合人们的精神感受，使各部分有机地结合成一个整体，保证产品有良好的操作性、舒适性、安全性等。图2-10 边缘地方的加强筋的形状与尺寸图2-11 扣位操作原理图 图2-12 扣位的形状图2-13 支柱设计要点2.4.2 擦拭部分本课题的擦拭部分选择的是擦拭条，普通粉笔擦的擦拭部分一般是整块的海绵块，但本课题是属于新型粉笔擦，具有吸收粉笔灰的功能，普通粉笔擦整块的擦拭部分不利于吸收粉笔灰，所以把擦拭部分设计成长条状。擦拭条选择的材料是毛毡，毛毡条是用羊毛毡通过切纸机加工制成的，毛毡条具有密封、保温、隔势、防尘、防震、绝缘、付垫、抛光等多种优良性能。擦拭条被设计成长方体形，为了增加擦拭效果，设计了4条擦拭条，其尺寸为长宽高=123mm7mm11mm，如图2-14所示。毛毡的密度为，则可以计算擦拭部分的重量为图2-14 长方体擦拭条2.4.3 吸尘装置吸尘装置主要由电路部分和风扇部分两大部分组成。电路部分包括：电动机、充电电池、开关、电线、充电接口、电路板等组成。打开开关后电动机带动风扇旋转 ，产生极强的吸力 ，使积尘盒内外产生有效的压力差 ，从而形成了较强的气体流动，气体流动带动了粉尘的流动。最终将灰尘吸入到积尘盒内储存。(1)风扇部分为了提高吸尘装置吸收粉笔灰的效率，也为了整个产品的美观度，风扇不宜设计得过大，因此风扇的总体尺寸为5010，配合轴孔3。风扇使用的材料是PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)。PBT是半结晶材料，具有良好的电绝缘性与机械强度。主要用于饮料器皿、食品刀具、电风扇、键盘等。通过Pro/ENGINEER5.0的分析测量体积，可以测出零件的体积，体积为如图2-15所示。PBT的密度则零件重量为(2)电路部分电动机电动机的选择非常重要，它决定产品的效率与体积的大小。由于本课题致力于减小新型粉笔擦的体积，所以选择的是微型电动机。见表2-3可以选择型号为：500直流电动机，如图2-16所示。它的高度较小，有利于降低产品的高度尺寸使产品更加美观，工作电压较低，所配的电池体积较小，有利于进一步缩减产品的体积，转速较高，使产品的效率进一步提高。其尺寸为：机身尺寸3417，伸出轴尺寸312其它参数为：工作电压2.4V，工作电流0.5A，转速18000r/min。其功率为图2-15 风扇的结构与体积表2-3 各类微型电机机型机体尺寸(mm)伸出轴尺寸(mm)工作电压(V)工作电流(A)转速(r/min)500直流电机34173122.40.518000R140电机352031330.412000F130电机2015.12529.24.50.4515000K30太阳能电机6820164.50.0520000310电机231228.560.034800（续表）机型机体尺寸(mm)伸出轴尺寸(mm)工作电压(V)工作电流(A)转速(r/min)强磁刷180电机20.515.53221230.4510000N30强磁电机121020.5183.70.252500300微电流电机242521030.023000130强磁刷电机2015252960.057800140直流电机2015252930.513000图2-16 500直流电动机电路板与充电接口电机、电池、充电接口（如图2-17所示）都是通过电线接在电路板的接口上的。如图2-18所示可以看出电路板上有开关、电阻、指示灯泡等元器件，还有一些接口的孔位与固定电路板的孔位，电路板的尺寸：长宽高=28mm20mm1mm。如图2-19所示，当按钮开关按下时，接通电源，指示灯亮，电机也开始工作带动配合的风扇旋转，这时给电池充电的电路是断开的，无法给电池充电。当再次按下按钮开关，开关弹出，指示灯灭，电机停止工作，这时如果插入外接电源就可以给电池充电了。电路板虽然电路简单，却能将充电与电机工作独立开来，极大的延长了电池的寿命。电池根据学校的上课情况来考虑，一天八节课，一节课平均檫黑板时间为2min，电机平均每天工作16min。电机的工作电流为0.5A。则每天的耗电量为电路板及其它电路元件每天耗电量最多为0.01Ah，本课题产品每天的耗电量约为0.143Ah。经过市场的调查，根据电动机的工作电压、耗电量等因素综合考虑，初选两节7号镍氢充电电池作为电源，一节电池的电压为1.2V，电容量为0.8Ah，基本尺寸为直径高=1044，充电标准为充80mA需要1.5h。图2-17 充电接口 图2-18 电路板结构图图2-19 电路原理图天通过以上计算，该电池一次充满电最多需要15h。在理想情况下，使用这种电池，产品可以工作11天，因此选用这种电池合理。2.4.4 积尘装置积尘装置由吸尘海绵、积尘盒、空气过滤层等组成。吸尘海绵手感细腻，吸尘效果好，是吸附粉笔灰的良好材料。空气过滤层采用双层吸尘海绵 ，主要起使空气流通，使吸尘装置充分发挥作用，也为了防止粉尘飘出粉笔擦，提高除尘的效果。积尘盒主要用的材料是PS（聚苯乙烯），PS是非结晶材料，所以是透明的，有非常好的光学性能，主要用于仪器与产品的外壳与包装。积尘盒主要由固定板、手持部分、盒体三大块构成，固定板规格为：长宽高=53mm34mm5mm。主要与集成座上的凹形槽状结构配合，盒体规格为：长宽高=47mm27mm29mm，壁厚为1mm，盒体正面有个高度为13mm的进风口，粉笔灰主要从那进入积尘盒。盒体顶部有8个宽度为3mm的通风口，主要是为了保证吸尘装置的正常工作。盒体背面有大小分别为5，10的孔，共4个，主要与补水保湿装置的导管对接。积尘盒内侧壁粘上一层除尘海绵，保湿补水装置使海绵一直保持潮湿状态，提高海绵对粉尘的吸附率，使粉尘不容易从进口飘出积尘盒，最终让粉尘留在积尘盒里。当灰尘累计到一定程度后便可把，通过手持部分使固定板与集成座上的凹形槽状结构发生相对滑动，从而把积尘盒拿出来清洗。积尘盒结构如图2-20所示。PS的密度为，通过Pro/ENGINEER5.0的分析，可得积尘盒的体积为，则重量为2.4.5 保湿补水装置保湿补水装置由小型可封闭集水器、对接导管、包有密封橡胶的推进板、推进杆、加水口等。该装置的原理与针筒类似，通过按压推进杆推动推进板前进，把水通过对接导管压进积尘盒里的吸尘海绵，保持海绵处于湿润状态，提高海绵对粉笔灰的吸附力。水通过封闭集水器顶部的加水口，加入到装置内部。保湿补水装置底部与集成座的凹槽配合，对接导管与积尘盒上的孔配合。如图2-21所示。保湿补水装置使用的材料是PS，PS的密度为，通过Pro/ENGINEER5.0的分析，可得积尘盒的体积为，则重量为图2-20 积尘盒结构图2-21 补水保湿装置2.4.6 其它固定零件(1)电动机固定座电机固定座主要是用于固定电机与电路板的，电机固定座上方凸起的凹槽是用来放置电机的，使电机保持竖直状态，保证电机的正常工作。电机固定座上方还有几个支柱，主要用于固定电路板及电机与电路板之间连接的电线。电机固定座下方有支柱与底部边缘的凸起结构，主要用于与集成座上方圆形凸起结构配合，完成电机与电路板的固定，主要结构如图2-22所示。电机固定座材料为PP（聚丙烯），PP是半结晶材料，低透明度，高表面刚度，抗划痕特性好。主要用于风扇、挡泥板、通风管、机盖等。PP的密度为，通过Pro/ENGINEER5.0的分析，电机固定座的体积为，则重量为图2-22 电机固定座(2)擦拭底座擦拭底座上方内侧与集成座配合，外侧侧面有四个扣位，与外壳的四个内凹槽配合。擦拭底座下方有凸起有四个凹槽，那是与擦拭条配合的。每个槽之间都有长条形的孔，那些空刚好在风扇的正下方，方便刚被擦拭条擦掉的粉笔灰的吸收，有效地阻止了粉笔灰的飘散。具体结构如图2-23所示。擦拭底座使用的材料是PP。PP的密度为，通过Pro/ENGINEER5.0的分析，擦拭底座的体积为，则重量为图2-23 擦拭底座结构(3)集成座集成座的主要作用是把吸尘装置、积尘装置、保湿补水装置集成到一块座板上，方便产品功能的实现。集成座有这么几个组成部分：电池盒、风扇放置处、充电接口放置处、积尘装置放置处、保湿补水装置放置处、板体等。集成座集合了三个装置，成为了整个产品的核心，集成座板体上有四个通孔，螺钉穿过四个通孔把集成座锁在产品外壳的内部的螺孔柱上。具体结构如图2-24所示。集成座使用的材料是PP，PP的密度为，通过Pro/ENGINEER5.0的分析，集成座的体积为，则重量为(4)螺钉该款风扇式无尘粉笔擦的螺钉共有四个，主要的作用是把集成座锁在产品外壳内部的螺孔柱上，完成集成座与产品外壳的装配。根据机螺钉选用表（见表2-4），选择合适的螺钉，选择十字槽盘头螺钉GB/T818-85，具体规格为：M210。具体结构图如图2-25所示。图2-24 集成座结构 图2-25 螺钉2.4.7 产品总体外壳(1)产品外壳产品外壳包括：壳体、电池盖、积尘通风壳盖、按钮帽，产品外壳显示了产品总体的外形。产品外壳使用的材料是ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）通过表2-2，结合产品的使用环境，初步定出外壳的壁厚都为1.5mm。ABS是非结晶材料，但是不透明，ABS具有低蠕变性、易加工性、良好的尺寸稳定性及高的抗冲击强度。主要用于电话机壳体，键盘，电冰箱外壳等。具体结构见图2-26 (a)电池盖板、(b)积尘盒通风盖板、(c)按钮帽、(d)壳体。表2-4 机螺钉的选用名称标准号规格(mm)DL十字槽盘头螺钉GB/T818-85M1.6M10360十字槽圆柱头螺钉GB/T822-85M2M12480开槽圆柱头螺钉GB/T65-85M4M10580开槽盘头螺钉GB/T67-85M1.6M10380开槽沉头螺钉GB/T68-85M1.6M102.580开槽半沉头螺钉GB/T69-85M1.6M102.580ABS的密度为，通过Pro/ENGINEER5.0的分析，可获得产品外形外壳的体积，并计算重量。(2)擦拭保护外壳当产品不用的时候，擦拭保护外壳可以保护擦拭底座与擦拭条。它的规格为：长宽高=137mm64mm15mm。根据表2-2，初定擦拭保护外壳的壁厚为1mm。擦拭保护外壳的材料为PS，PS的密度为，通过Pro/ENGINEER5.0的分析，可得积尘盒的体积为，则重量为(a) (b) (c)(d)图2-26 产品外壳2.4.8 产品各部分零件参数通过以上对产品各部分零件的介绍，汇总了各零件的材料、尺寸规格、重量，见表2-5。表2-5 产品各部分零件参数表名称材料尺寸规格(mm)重量(g)按钮帽ABS141446.22电池盖ABS5028.82.5积尘盒通风壳盖ABS53578.4产品外壳ABS1487550充电接口99535.00电动机3417电路板28201（续表）名称材料尺寸规格(mm)重量(g)擦拭保护外壳PS137641515.41保湿补水装置PS5323337.32擦拭底座PP148751422.68电池104421.00电动机固定座PP5555178.70风扇PBT50105.18集成座PP143703220.85积尘盒PS53343412.05螺钉45M2102.00擦拭条毛毡12371115.53产品整体1487561.8211.342.5 实体建模产品的实体建模是通过设计者的设计理念确定一些二维数据，然后通过三维建模软件把二维数据转化为三维图形。同时在进行装配过程中可能出现装配不上或零件之间发生干涉等问题，这相当于对设计的产品进行了系统的检查，有利于对产品零件的及时修改，使产品的设计更加的合理。通过Pro/ENGINEER5.0软件设计该款产品的各部分结构零件以及进行装配工作，并确定其在生产中所需要的尺寸及成本，为后期生产产品奠定了基础。风扇吸尘式无尘粉笔擦零件建模，根据设计过程中各部分零件尺寸的关系进行依次建模。这样可以保证产品装配过程中如果有某个零件错误了只需修改相应的零件，其它零件不用修改，而且也不用重新装配，在很大程度上提高产品建模与装配的效率。以下是本课题风扇吸尘式无尘粉笔擦的各部分零件的三维实体建模步骤，如表2-5所示。表2-5 风扇吸尘式无尘粉笔擦各零件建模序号组件名称零件名称文件名称零件示意图备注00擦拭部分擦拭条Chashitiao有四根擦拭条，与擦拭底座的槽孔配合使用01吸尘装置充电接口Chongdianjiekou02电池dianchi主要有两对五号电池装于电池盒03电动机Diandongji04电