保温杯清洗器.doc

【有全套CAD图】需完整CAD+说明书请联系QQ1175231241 海量毕业设计 课程设计，承接定制、更多设计请移步： 保温杯清洗器更多设计请移步：咨询沈阳理工大学目录1、摘要22、 课题来源43、 工作原理53.1支撑部分53.1.1主杆53.1.3连杆53.2工作部分53.3动力部分64、 图文分析74.1套筒74.2主杆84.3毛刷94.4连杆104.5装配简图115、 主体零件校核125.1弹簧校核126、 设计方案分析197、 创新点（原理创新，工艺创新，结构创新，材料创新，组合创新）208、 总结219、 致谢2210、参考文献：2323沈阳理工大学1、摘要 创新能力是一种“产生新颖而有价值产物的能力”，包括：产生新思想，提出新概念，形成新设计，做出新成绩，创造新知识，解决新问题的能力。一般来说，创新精神是一种勇于突破已有认识和做法的强烈意识。有了创新精神，才有创新行为，进而获得创新能力。在学校中具备主动学习的精神，独立获取知识的能力、创造性学习的能力、创造性意识的能力。走出校门后，成为社会的主动的富有创造精神的建设者。长期以来，由于受传统教育思想的影响，导致人们普遍把学校看成仅仅是传授知识的场所，体现在教育过程中表现为：重知识的传授，忽视知识的应用；重知识的容量，忽视创造性的能力；重知识的多少，忽视知识的创新。由此养成了一些大学生只习惯于接受老师讲授的知识，而不习惯思考和论证的学习方式，影响了学生的思维活动，压抑了学生的创新精神和创造力的发挥。高职高专的学生，不应只具有所学专业的一定的专业理论知识，还应具有所学专业的适应其职业岗位的必备的技术运用能力，更应具有从事任何职业都必不可少的职业综合能力，才能在面对今后的职业生涯时具有更强的适应能力和竞争能力。现代社会是一个要求不断创新的社会，岗位要求职业人不能是只会动手，知其然而不知其所以然的经验型“老师傅”，还要求他们具有一定的知识水平和创新能力。从理论联系实际角度出发，高职教育英注重对学生创新能力的培养，从企业文化与高职学生培养的角度分析认为高职学生应具备创新能力。所以，创新能力的培养在“准职业人”培养中占很重要的地位，它影响着人才培养的水平。为适应现实社会发展所需，我院提出了培养“准职业人”。而培养好“准职业人”，让其具有较强的竞争实力，离不开创新能力的培养。只有有一定的创新能力，才能更具优势。现在的企业不但注重就业者的知识结构，更注重创新能力。高职生的创新能力强与不强，对就业产生重要影响。通过三年侧重培养学生自身能力的提高的“准职业人”培养模式。尽量缩短实习期，尽可能降到零，使学生一毕业就能走上工作岗位工作。实现学生的择业观与用人单位的人才观对接，学生的学业观与就业岗位的实际需求对接。 根据我系历届学生的就业情况，总结出大学在培养创新人才的过程中，不仅要重视知识的传授、重视创新性思维的培养，更要重视创新人格的养成。因此培养学生的专业技能与创新精神对他们的全方面素质的提高是具有深入意。保温杯，简单说就是能够保温的杯子。一般是由陶瓷或不锈钢加上真空层作成的盛水的容器，顶部有盖，密封严实，真空绝热层能使装在内部的水等液体延缓散热,以达到保温的目的。据说，磁化水有神奇的功效。2、 课题来源 我们的生活中离不开喝水的保温杯，随处可以见到，我们一般见到的保温杯都是长长的杯身，杯口都较小，当保温杯用的时间长了，其内表面会粘附一层水垢，如果不定期清洗的话会对人体健康产生不利影响。可是清洗保温杯又不是那么容易，一般的清洗工具都很难达到清洗干净的效果，所以，本文根据这现实生活中的难题设计了一个专门清洗保温杯的清洗器，本创新产品的灵感来至我们日常生活实用的雨伞，雨伞伞架的撑开原理，可以保证清洗器能进入到保温杯里面去清洗。通过这的工具我们可以很容易的把我们用的保温杯洗的干干净净。目前大家对于保温杯的清洗方法分为以下几种：方法一：先用清水将保温杯内外清洗一遍，然后使用牙刷沾少许食用盐仔细刷磨杯内每一部位，你可以发现经过日常清理杯内的茶垢等附着物即刻就消失了，之后再次用清水把保温杯内外再清洗一下。方法二：将柠檬切片可以轻松擦掉保温杯内部的茶渍，然后用清水冲洗干净。方法三：用果皮沾取盐巴也可以用来刷洗茶渍。方法四：用厨房专用的漂白剂加水稀释后灌入保温杯中，摇晃数次后浸泡一晚，第二天用清水冲清洗，茶渍也会神奇消失。方法五：先用水把杯子蘸湿，然后将牙膏少许挤入保温杯里，浸泡一会后用干净的抹布旋转擦净，即可清除茶垢。方法六：将蛋壳碾碎，放入要清洗的保温杯中，然后用抹布摁住碎蛋壳擦洗杯子，接着用清水冲洗，同样可以将保温杯清洗干净。不过以上这些方法都比较发杂而且缺乏一定的定型，于是我就想到去做一个可以单独为清洗保温杯而生产的一个针对性的清洗器，而原理上也是之前说到的，联想雨伞打开时的原理和形态进而来联系本作品的设计！3、 工作原理3.1支撑部分3.1.1主杆 基于保温杯形状上的大小，我们对作品支撑部分的设计并没有太强的强度要求，因为作品的清洗部分只是三部分毛刷，分别针对瓶壁和瓶底进行清洗，不需要太大的力，于是支撑部分我们采用的就是雨伞的原理，像针筒一样，由套筒和主杆共同承担支撑部分的力量。针对瓶底进行清洗的毛刷是直接连接在主杆上的，毛刷和主杆直接有螺纹连接，主杆采用上半部分是圆杆便于与弹簧形成力量来实现使毛刷向外膨胀的力从而进行有力的清洗，主杆的下半部分是截面为正方形的长杆便于在套筒里进行竖直上下移动而不发生圆周旋转的情况。3.1.2套筒套筒部分是采用针筒形似的结构，靠近主杆的部分有一个圆台可以用来移动主杆是受力支撑。套筒的和主杆相对应也是分上下两部分机构，上头部分是圆筒放置承载动力的弹簧与主杆接触。下头部分是方筒便于限制主杆的圆周旋转。3.1.3连杆连杆是连接套筒、主杆和两侧竖立毛刷的支撑机构，一共是四根连杆，对称布置于主杆的两侧，上面两根一端用销链接于套筒，一端用销链接于毛刷，下面两根一端用销链接于主杆下面的耳朵，一端用销链接于毛刷。在清洗过程中，由于弹簧的伸缩作用，是主杆相对于套筒向上运动，带动主杆下面的耳朵向上运动，从而带动耳朵两侧的连杆向外膨胀，使毛刷向外膨胀给予毛刷一个向瓶壁方向的力进行清洗。连杆保证毛刷力的传递时候的支撑。3.2工作部分该设计的工作部分就是两侧的毛刷和主杆下面的毛刷，两侧的毛刷是清洗瓶壁的，主杆下面的毛刷是清洗瓶底的，两侧的毛刷是一段竖直的毛刷加上底部的一段弯曲的毛刷，下面弯曲部分的毛刷延迟与主杆底部的毛刷形成呼应，从而实现全方位的清洗。主杆底部的毛刷是相对左右对称分布的连杆斜着放置的，和两侧的毛刷相互错开，主要针对瓶底的清洗。三只毛刷都是一块长方形的板上加一些密布的的小圆柱作为直接工作的的机构，在长方形的板后面间隔100mm有两个耳朵是作为链接与主杆和套筒的的连杆的。3.3动力部分设计的动力部分就是一个弹簧，弹簧安装在套筒和主杆的上半部分，套筒的上面有个一个圆筒部分，将弹簧放入其中，弹簧下面与套筒接触，上面与主杆接触。在清洗器没有进去保温杯进行工作的时候，弹簧处在正常位置，这时候主杆处于正常位置，连杆套筒和主杆部分压缩使毛刷向外保持原状态。在清洗器准备工作的时候，按住主杆上面的圆台压缩主杆圆台和套筒圆台之间的距离，从而使连杆在主杆和套筒之间的位置变长， 毛刷向内收缩，两侧的毛刷的间距就缩短，从而可以进入保温杯，在清洗器进入保温杯之后松开主杆在弹簧力的作用下，主杆恢复原来的位置的趋势，两侧的毛刷再次有向外膨胀的力，这就是毛刷对瓶壁清洗的动力。在清洗器进入保温杯之后用手单独按住主杆就可以利用下按的力进行瓶底的清洗。4、 图文分析4.1套筒 套筒外面的主体的上下长度是100，直径为12.5的圆柱。上面的圆台是直径为25，厚度为5的。下面的耳朵是半径5的圆孔，外围是10的半圆环。两边的耳朵距离套筒最下端30，两侧中间的圆孔的中心距离17.5。套筒的内部尺寸：套筒下面的方形套筒是边长为7.5的正方形，上面的圆筒部分是直径为10，长度为20的圆筒。套筒的整体机构正是如上图所示，下面的方筒与主杆的下半部分的方杆链接，上面的圆筒放置弹簧。4.2主杆 主杆是由三部分组成，上面是长40、直径6的圆柱接直径15、厚度5的圆台。圆柱部分在装配的时候与弹簧装配，弹簧的上面与圆台接触，提供两侧毛刷向外膨胀的力。主杆的中间部分是一根边长为7.5、长度102.5的方杆，在距离方杆最低端10的位置对称布置两个间距同样为17.5的耳朵。在装配时方杆与套筒下面的方筒配合放置主杆和两侧的毛刷圆周旋转，两侧的耳朵与连杆链接。与连杆相互配合实现两侧的毛刷向外膨胀的清洗的运动。主杆的下面是一个边长为10、厚度为2的方块，方块下面链接一个长50，厚度5，宽度为5的毛刷。下面的毛刷是针对瓶底的清洗。4.3毛刷 两侧的毛刷是由两部分构成，主体部分是长100、宽度10毫米、厚度5的的长方体，在长方体的正面试不满直径为1、高度5的小圆柱体。长方体的背面距离上面30和50的位置分别布置两个耳朵，用于链接连杆，从而实现毛刷的清洗运动。毛刷的下面在主体的边缘增加一个长25、宽度10、厚度10的毛刷，在与主体链接的直角部分作成圆角用于清洗瓶底边缘的位置。这部分的毛刷也是和主杆下面的毛刷相互对应从而实现瓶底全方位的清洗。4.4连杆 连杆的中间是由一根长38、直径10的圆柱，圆柱两端是对称布置两个耳朵，两个耳朵中间距离50，耳朵的中间的是直径5的圆孔。具体机构如上图所示。4.5装配简图5、 主体零件校核5.1弹簧校核上式中：c：弹簧的刚度，（即你所说的弹性系数，中学物理叫倔强系数k）；F：弹簧所受的载荷；：弹簧在受载荷F时所产生的变形量；G：弹簧材料的切变模量；（钢为8104MPa，青铜为4104MPa）d：弹簧丝直径；D2：弹簧直径；n：弹簧有效圈数；C：弹簧的旋绕比（又称为弹簧指数） 由上式可知。当其它条件相同时，C值愈小的弹簧，刚度愈大，亦即弹簧愈硬；反之则愈软。还应注意到，C值愈小，弹簧内、外侧的应力差愈悬殊，卷制愈难，材料利用率也就愈低，并且在工作时将引起较大的扭应力。所以在设计弹簧时，一般规定C4，且当弹簧丝直径d越小时，C值越宜取大值。 其实上面这个公式是根据微段弹簧丝ds受转矩后扭转d，从而产生微量变形d，再将d积分而得到圆弹簧丝螺旋弹簧在受载荷F后所产生的变形量： 弹簧的弹性系数k与弹簧的直径，弹簧的线径，弹簧的材料，弹簧的有效圈数有关。具体关系是： 与弹簧圈的直径成反比， 与弹簧的线径的4次方成正比， 与弹簧的材料的弹性模量成正比， 与弹簧的有效圈数成反比.大多数金属材料在弹性变形阶段的应力与应变之间符合胡克定律： 拉伸时： = E 剪切时： = G 式中 拉应力, 拉应变, E拉伸杨氏模量； 切应力， 切应变，G切变模量。 当温度增高时，E和G值都降低。因而，如果温度改变前后的应变相同，则温度增高后的应力减小，即弹簧的弹力也减小。但在室温附近E和G值变化不大。 1.弹性系数（即弹性模量）：是反映金属材料在比例极限内的参数 模量。 拉伸时： E=/ (虎克定律） 式中 : 拉应力, 拉应变, E弹性系数 2.材料试验表明，随着温度的升高，金属材料（塑性）的抗拉强度 屈服强度，弹性系数都下降。延展率，收缩率上 升。 3.当温度变大时，弹簧弹力减小，长时间工作在负载较大，温度 较高的弹簧，会发生“蠕变变形”即塑性变形，去掉负载时弹簧 将不能恢复原来的形状即通常所说的“松弛”，对设备的危害 极大。本设计的弹簧的技术参数如表所示：将弹簧参数带入上面的计算公式，试将F=2N的力带入得到的校核显示弹簧的参数符合要求。5.2主杆校核（1）求作用在毛刷的力 2.5N2.5NFa=Frtan=2.5tan14=1.8976（2）求主杆上的支反力水平面内：Fnv1（2.5+2.5+1.8976）+Fr2（2.5+1.8976）+Fa3 求得37NFnv1（2.5+2.5+1.8976）+Fr2（2.5+1.8976）+Fa3 求得-28N垂直面内： 求得=14N 求得=10.75N画受力简图与弯矩图 (4)按弯扭合成应力校核杆的强度在圆杆和方杆链接处弯矩有最大值，所以校核这两处的强度 精确校核主杆的疲劳强度1）判断：危险面为圆杆面与方杆面2）对截面圆杆面截面圆杆左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面圆杆左侧的弯矩M为 截面圆杆左侧的扭矩T为 截面圆杆上的弯曲应力截面圆杆上的扭转切应力轴的材料为40Cr，调质处理。查表15-1得,由 , ，查得，查得材料的敏性系数为 ,应力集中系数为 查得表面质量系数 查得尺寸系数为 ；查得扭转尺寸系数为 计算得综合系数为取40Cr的特征系数为 ，取 ，取计算安全系数故可知截面圆杆左侧安全截面圆杆右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面圆杆左侧的弯矩M为 截面圆杆左侧的扭矩T为 截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢，调质处理。查得,过盈配合处的, 查得=3.48，并取查得表面质量系数 查得尺寸系数为 ；查得扭转尺寸系数为 计算得综合系数为取40Cr的特征系数为 ，取 ，取计算安全系数故可知截面圆杆左侧安全综上，截面主杆两侧均安全6、 设计方案分析 为解决宿保温杯难以清洗的问题，现在设计一个形状大小都合适保温杯清洗的保温杯清洗器，这样既及解决了保温杯清洗的难题，又可以为清洁工作节约时间。 主杆的长度尺寸应该适应所有保温杯的深度尺寸，故取2030cm,主杆顶部的圆盘主要是为人手握住主杆时提供支靠点，主杆底部圆盘是为了套住橡胶毛刷1，并将其固定在主杆上主杆可做成空心钢管，它主要承担扭转力。套筒的长度要比主杆稍短，那样才有活动空间，能很好的沿着主杆滑动，套筒用钢片卷成增加其强度。连杆：连杆的长度要长点是两侧的毛刷的长度也能相应增长增大与保温杯侧面的接触范围，但不能过长；连杆的长度不必太长，它的作用是撑开毛刷。连杆的刚度和强度都要有保证来适应套筒的推力要求，所以都选用钢材料。毛刷：两侧的毛刷采用橡胶做成，成本低，而且具有很好的耐磨性、很高的弹性、扯断强度及伸长率，由于橡胶有很好的弹性便于毛刷的拆装清洗，不易变形，毛刷应该配备几种直径大小不一的型号，因为包违背的内径大小有不同。底部的毛刷可采用普通塑料做成，塑料质轻，化学性稳定，不会锈蚀，耐冲击性好，耐磨耗性，加工成本低，它的拆装清洗只需拆装销钉就可以实现。毛刷上的毛刺采用尼龙毛，尼龙具有良好的拉伸强度、耐冲击强度、刚性、耐磨性、耐化学性、表面硬度等性能，能很好