机械电气专业毕业论文.doc

毕 业 论 文（设 计）用 纸题 目：自清洁黑板擦的设计姓 名： 李 辉 梅 班级学号： 0608014336 指导教师： 陈 光 军 摘 要设计了一种使用于我国教育系统的黑板擦，提出了一种可自动将黑板上的字迹擦出干净且可减少粉尘扩散的机构创新的设计方案，该设计方案利用了丝杠通过电动机带动自动进给的原理，并且对这一设计方案进行了包括其机构组成和某些重要结构在内的具体设计。介绍了该机构工作原理，推导出了黑板擦的运动形式与结构参数的关系。该分析机构对研究黑板擦的运动规律具有重要意义。该黑板擦由外壳、齿轮、轴、轴承、毛毡等组成，黑板擦边缘采用密封装置，外接吸尘管。本文所设计的黑板擦具有收尘效率高，结构简单，清灰方便，成本低，可靠性高等特点。关键词：黑板擦；粉尘；创新设计Abstract This introuduced a pressure cleaner of blackboard eraser being applicable to our educational system of blackboard-blackboard eraser.The paper gives the constitution of a machine which is used to clean the blackboard and at the same time stop the powder from harming the human health.symmetry of structure is used in this design .The constitition and working theory of the machanism are introduced and some important parts of the machanism are designed. The relations of the displacement, velocity, acceleration with structure parameters are analyzed.The results are a theoretical basis of studying the motion law of the eraser. The pressure cleaner of blackboard eraser described above had the characteristics of the double dust collection machanisms of the gravitational settling and the pneumatic filtering ,dust collection efficient, simple structure deashing convenient, low-cost high reliability and so on. Keywords：Blackboard-eraser；Powder；Creative-design佳木斯大学教务处 第 II 页目 录摘 要IAbstractII第 1 章绪 论11.1研究背景11.2研究的目的意义11.2.1研究的目的11.2.2研究的意义11.3 国内外研究现状21.3.1电动黑板擦21.3.3 集尘式黑板刷31.3.4 自动吸尘黑板刷31.3.5 卫生黑板41.4 本设计的内容4第 2 章方案的确定52.1可行的几种方案52.1.1无尘黑板擦52.1.2防尘黑板62.1.3自清洁黑板72.2自动清洁黑板擦方案的选择72.2.1所属技术领域72.2.2背景技术72.2.3发明内容72.3小黑板擦的方案确定122.3.1简图122.3.2小黑板擦的结构及工作情况简介12第 3 章自清洁黑板擦的设计计算133.1电机的选择133.2齿轮的设计133.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。133.2.2按齿面接触强度设计133.2.3按齿根弯曲强度设计153.2.4几何尺寸计算173.3轴的设计173.3.1材料173.3.2校核该轴183.3.3轴承寿命校核203.3.4键的设计与校核23参 考 文 献27致 谢28附录1 外文翻译29附录2外文原文34附录341佳木斯大学教务处 第 1 章 绪 论1.1 研究背景 黑板历来是各级各类学校必备的教学工具，传统黑板，人工擦拭效率低，粉尘污染严重。粉笔，是传播文化的工具，也是戕害身体的毒品。多少灵魂的工程师因为反反复复的粉尘污染、吸进气管而罹患痼疾，过早离开了讲台。虽然国家一直用补贴金来弥补这种职业病对教师的危害，但生命是难以用金钱去补偿的。坐在前排的学生，同样受到粉尘的威胁。同时大量粉尘也影响了电脑等多媒体教学设备的使用寿命, 这是科学界长期无法攻克的难关。从所谓无尘粉笔、微尘粉笔到新型黑板的研制，无不渗透着一种深深的人文关怀和无奈 最新专利产品自动无尘黑板擦给这个世纪难题提交了完美答卷，全自动黑板擦的产生很好的解决了上述问题, 它自动擦拭无污染，外观设计优美，使用方便快捷，更适合多媒体教学的需要。每当我们轻轻走过教师的窗前，希望看到的不再是疲倦的脸庞。1.2 研究的目的意义1.2.1 研究的目的众所周知，黑板是我们日常学习中必不可少的一样教具，而黑板擦是与黑板如影随形的另一样教具。无论是从小学还是到大学，教室里都会使用到黑板和黑板擦，而一般我们平时使用的人工黑板擦不但要用力、费时，还有粉尘污染空气的缺点。每当下课了擦完黑板的时候教室里就粉尘飞扬，影响了下堂课的教学。这样，不仅危害了老师和学生的健康，同时也给教学带来很大的不便，有时候老师在上面讲课，拿黑板擦转身擦黑板的时候，学生可能会乘机在下面捣乱，因而扰乱课堂秩序，影响了教学质量，因此，就有全自动黑板擦的诞生。为了解决教学工作中的困难和人工黑板擦给老师和同学带来的不便，这样一种自动黑板擦的生产将是教育行业的一大福音。1.2.2 研究的意义空气中的粉尘对人类健康的威胁是一个全球性的问题，空气中的粉尘进入人的呼吸道会引起各种疾病，给青少年们创造一个无尘的学习环境尤为迫切。学校教室粉尘产生的原因，很大一部分是由于用人工擦黑板，很多改进黑板的措施应用而生，但是这些设计方案或是不能从根本上解决问题，或是成本太高，从而是这些设计方案在现行的生活中不能普及。为此，设计了一种无尘自动擦黑板机构，该机构能够实现完全自动自动擦黑板，并且能防止粉尘扩散，具有良好的应用前景。粉笔灰是传统黑板黑板擦粉笔构架中普遍存在的问题，统计分析表明粉笔粉尘的90%来源于黑板擦的积累粉尘的飞扬与黑板擦清灰过程的粉尘飞扬，黑板擦在清除黑板过程中摩擦起尘仅占10%，因此，清除积累在黑板擦上的粉尘具有现实意义。最近推出的白板白板擦白板笔构架虽然可以回避这一问题，但是使用成本高，对传统黑板黑板擦粉笔构架的替换所需的投入大。目前在我国绝大多数场合的应用条件还不成熟，我国的教育系统仍主要采用传统黑板黑板擦粉笔构架模式。近二十年来，我国科技工作者对传统黑板黑板擦粉笔购架及其组成中的黑板、黑板擦亦试图做较多的改进出现了若干设想和设计，如无尘粉笔、无尘黑板、电动黑板擦等，有些设计甚至已成为商品，然而，直到目前还没有一项设计或产品真正普及开来，主要问题在于实用性差，应用效果不佳等。粉笔灰尘影响了教育系统广大师生的身心健康，以影响了使用场合的公共环境卫生。1.3 国内外研究现状1.3.1电动黑板擦黑板板体上下边缘各设有一组链轮链条组，两组链轮链条组各有一个链轮连接，有可驱动其传动的电机。电动清洁黑板，在板面顶边安装电机，电机转轴横向架设在板面顶边，紧贴板面在其底边安装横板状清洁器。一种彻底清洁黑板的黑板擦，将条形黑板擦来回滑动，由于磁铁的作用使黑板擦的擦毛紧贴黑板，从而彻底清洁正面黑板。一种自动清洁黑板，在黑板被自动粉擦清洁的过程中向下关闭，在老师授课的时候向上打开。两个清洁器分别固定于黑板两侧，在黑板清洁的的过程中进行空气清洁。全自动清洁黑板擦，擦板的下表面有毡绒，在擦板下表面四周设有滚轮，擦板中间设有吸尘层，在吸尘层上方还有电池仓，该电池层通过触摸按钮与电路动力装置连接。带腕套的黑板刷，由黑板刷和腕套组成的带腕套的黑板刷，在黑板刷的背部设置一腕套。新型电动黑板装置只要打开开关就可以擦字，使用安全，无污染，用电少，寿命长。1.3.2吸尘黑板擦 擦黑板时能够将粉笔屑吸收，避免飘尘，污染环境。吸尘粉笔擦，小型吸尘器主体的吸尘口处安装有毛刷。小型吸尘器主体顶部设置有除尘口，擦黑板的同时将粉笔尘吸收，避免粉笔尘污染环境。板擦体下部固定设置海绵体，板擦体侧面设置刷子，板擦体上部设置防滑条，刷子可以将粉笔灰全部刷掉。软皮背擦拭自动清洁黑板，用软面皮做成书写面套，下衬铁皮托板，取代传统黑板的硬质板面，面套可前后滚动循环书写使用。全自动黑板擦，黑板擦是用四个电动机作动力，其中两个电动机装在一个与黑板同样大的框架上，另外两个电动机使一排软毯做圆周运动。弹性黑板擦，可以将黑板擦里的粉笔灰轻松弄掉。无尘黑板擦，利用物理中的大气压的原理和杠杆原理，充分地吸收擦黑板时产生的灰尘。健康黑板擦，安装于黑板左侧，外形类似磁卡电话，用完放回除尘彻底，免清除，粉尘随气体直接排出室外，无二次污染。1.3.3 集尘式黑板刷 在擦干净黑板的同时又能将粉笔灰收集起来，和普通的黑板刷使用方法相同。集尘式黑板擦，本技术简单合理，擦、吸、滤、排一气完成，设计了最合理的适用于不同粗糙度的黑板和带孔的毛刷擦板。镀膜粉笔，本产品不脱粉，耐潮湿。新型电动无粉尘黑板，用电源控制，完成工作后，粉尘能被收集到底部的小盒内，利用电动和电磁感应原理。微型吸尘器该吸尘器可做成无尘黑板擦，还可以做成广泛用于机关、企业、宾馆和家庭等的除尘工具。1.3.4 自动吸尘黑板刷 吸尘黑板擦，利用高速电机旋转产生的真空将粉笔灰吸进，滤去粉尘，然后排出干净的空气。自动吸尘黑板刷，使用过程中，利用电能做动力，既擦拭了粉尘，又减轻了使用者的劳动强度，同时还将所擦落的粉尘自动吸入粉尘收集袋中，不是粉尘在室内飞扬，从而保证了室内空气的清洁。电动吸尘黑板擦，在擦黑板时，不但能使黑板表面清洁，还能把所有被接触的尘灰吸进机内，避免尘灰再次污染，从而起到保护工作环境的作用。自动吸尘黑板擦，使用时动力传动黑板擦擦体在导轨引导下做紧贴黑板的横向运动，擦体两侧的擦条同时做上下运动，将黑板上的粉笔字迹擦去。集尘式快速清洁黑板刷，长度和黑板的高度一样，宽略比一般的黑板刷宽几厘米，挂在黑板上，可自由滑动，集尘一次性把黑板上的粉笔灰擦干净。防尘清洁黑板，由黑板一块、有小孔的铝合金挡板、一个装粉笔的长方形槽、两个铝合金扣组成。1.3.5 卫生黑板 使用时把粉笔安插在粉笔槽内，为师生使用提供便利，板面底边的粉笔槽可收集师生在板面书写粉笔字所掉落的粉笔灰。具有粉笔灰收集装置的组合式黑板，包括黑板外框，固定板面A，固定板面B，活动板面和集尘装置等。便于携带提取粉笔的黑板擦，盒体的下部装有刷体，盒体上部有一盒盖，盒盖和盒体一边铰链连接，盒体和盒盖的另一边接触边分别都装有磁铁。自动清洁黑板，有板面接灰槽，接灰槽安装在板面下方，板面上端设置储水管，储水管下部安装指向板面的喷嘴，板面两侧安装可摆动的清洁刷1.4 本设计的内容自动清洁黑板擦选用电动机来驱动，电机轴上带一个小齿轮，小齿轮为主动轮，由它带动从动轮大齿轮做旋转运动，大齿轮的轴端带有毛毡，毛毡旋转可以擦去黑板上的笔迹，旋转的毛毡分上下两排，可以把黑板擦得很干净。黑板两侧，左边是一根光杠，右边是丝杠，丝杠也是由电动机带动来带着黑板擦做上下进给运动，而左边的光杠只起一个导向的作用。当擦完黑板，黑板擦是停留在最上面的，需要的时候再让它做进给运动。黑板擦的周围是密封圈，同时还装有吸尘口，在黑板擦的右边有一个总的出口，用来把粉尘吸到积尘盒里面，当积尘盒满了再把它打开倒掉里面的粉尘。第 2 章 方案的确定2.1 可行的几种方案2.1.1 无尘黑板擦现在学校普遍使用的黑板擦，结构十分简单，仅有擦去黑板上粉笔字的单一功能。这种黑板擦带来的结果是粉笔灰在教室内四处飞扬，造成教室内环境污染，给教师和学生带来诸多不便。无尘黑板擦就是针对这一问题，提供一种可防止粉笔灰四处飞扬的无尘黑板擦。无尘黑板擦采用如下技术方案：该黑板擦包括接粉盒，其结构要点是接粉盒的支架上设置有黑板擦，黑板擦的正面设置在接粉盒内；黑板擦的正面为海绵体，海绵体的中间具有凹槽，黑板擦的背面为把手，设置在接粉盒外。无尘黑板擦的有益效果黑板擦的正面为海绵体，而且海绵体的中间具有凹槽，在黑板擦擦黑板的过程中，粉尘为海绵体吸收，还可存在凹槽中；另外，用后的黑板擦可存在接粉盒内，避免了粉笔的粉尘四处飞扬。图2-1是本黑板擦的结构示意图： 图2-1黑板擦的结构示意图具体实施方式：黑板擦包括接粉盒1，接粉盒的支架2上设置有黑板擦4，黑板擦4的正面，设置在接粉盒1内；黑板擦4的正面为海绵体6，海绵体中间具有凹槽5；黑板擦4的背面为把手3，设置在接粉盒1外。使用时，把手3从接粉盒1拿取黑板擦4后，擦黑板上的文字；粉笔的粉尘为海绵体吸收，同时也落于凹槽5内；擦完黑板后，黑板擦4置于接粉盒1上，轻轻敲动黑板擦4，粉笔的粉尘就会落到接粉盒1内。2.1.2 防尘黑板这种黑板擦不但能将黑板清洁干净，特别是防止了擦黑板过程中粉尘飞扬到保护老师及学生健康的目的。该黑板擦的目的是通过下述技术方案达到的。其结构要点是：它是由一组带有轨道的边框，一个滑轮支架和活动黑板擦所组成。上下边框设有轨道，左边框可拆卸，右边框设有带阀门的矩形方框，矩形方框的上表面钻有许多小孔，活动黑板擦设有两块，右边黑板擦主要是擦的作用，左边黑板擦主要起吸水作用，中间设有隔板，防止冲洗时水冲到左边黑板擦上，活动黑板擦装在滑轮支架上，滑轮支架装在轨道之间。该黑板擦具体实施时，滑轮支架靠滑轮两边设有的平行通道。右边框设有一个排污孔，及带阀门的进水孔。该黑板擦与现有技术产品相比，它通过固定墙上的轨道与装在滑轮支架上的活动黑板擦相结合，滑轮支架在轨道上移动时，使黑板擦上海绵与黑板相摩擦，擦去黑板上的粉笔字。当移动至最右端时，开启进水阀门以清除黑板擦上的粉灰。它克服了现有黑板擦在擦黑板时留有痕迹，且擦的过程中粉尘飞扬，影响老师与学生的身体健康，具有使用方便，可拆卸，自动清洁，黑板清洁彻底，无粉尘飞扬，是现有黑板擦的更新换代产品。对该黑板擦的几点说明：1、活动黑板擦两边之杆之间距离与滑轮支架的平衡通道之间的距离相一致。2、活动支架滑轮上下之间的距离与上下边框轨道之间的距离要求配合好，防止过松及过紧。3、右边框表面与黑板面在同一面上，清洁空间的宽度与右边黑板擦到滑轮支架右框之间的距离相一致，以使右黑板擦能进入清洁空间列。4、安装时边框之间的连接部位，以及与墙面连接处，要进行防漏处理，以防污水流出。5、活动黑板与滑轮支架，从左向右移动时，活动黑板擦左边与滑轮支架左边在不碰撞的情况下，距离应尽量的小，同时，从右向左移动时，滑动黑板右边框与滑轮支架的右边框在不碰撞的情况下距离应尽量的小。6、滑轮支架及活动黑板擦在移动的过程中，滑动支架，活动黑板擦非海绵部分不得与黑板接触、摩擦，只能是黑板擦上的海绵与黑板接触摩擦，以防黑板划伤。7、活动黑板擦海绵的大小比所装位置的空间要大，这样是海绵紧固上面，并且是一部分海绵留在外。2.1.3 自清洁黑板自动清洁黑板擦选用电动机来驱动，电机轴上带一个小齿轮，小齿轮为主动轮，由它带动从动轮大齿轮做旋转运动，大齿轮的轴端带有毛毡，毛毡旋转可以擦去黑板上的笔迹，旋转的毛毡分上下两排，可以把黑板擦得很干净。黑板两侧，左边是一根光杠，右边是丝杠，丝杠也是由电动机带动来带着黑板擦做上下进给运动，而左边的光杠只起一个导向的作用。当擦完黑板，黑板擦是停留在最上面的，需要的时候再让它做进给运动。黑板擦的周围是密封圈，同时还装有吸尘口，在黑板擦的右边有一个总的出口，用来把粉尘吸到积尘盒里面，当积尘盒满了再把它打开倒掉里面的粉尘。2.2 自动清洁黑板擦方案的选择2.2.1 所属技术领域本实用新型设计一种黑板擦和密封的设备，尤其是能在擦完黑板后防止粉尘四处飞扬。2.2.2 背景技术国内外普遍采用手工擦黑板的方法，由于人工擦黑板的技术有限，擦完的黑板也达不到预期的效果，而且每次擦完黑板教室里都粉尘到处飞扬，也就是说，手工擦黑板擦一次就污染教师环境一次，而且劳动强度比较大，这样落后的擦黑板方法和手段难以满足我国的教育事业发展的需要。2.2.3 发明内容为了克服现有传统手工擦黑板方法擦黑板的质量和劳动强度大的不足，本实用新型提供一种自动清洁黑板擦，该设备不仅能擦干净黑板，防止粉尘飞扬，而 且大大减轻使用者的劳动强度，提高效率。本实用新型设备解决其技术问题所采用的技术方案是：自动清洁黑板擦选用电动机来驱动，电机轴上带一个小齿轮，小齿轮为主动轮，由它带动从动轮大齿轮做旋转运动，大齿轮的轴端带有毛毡，毛毡旋转可以擦去黑板上的笔迹，旋转的毛毡分上下两排，可以把黑板擦得很干净。黑板两侧，左边是一根光杠，右边是丝杠，丝杠也是由电动机带动来带着黑板擦做上下进给运动，而左边的光杠只起一个导向的作用。当擦完黑板，黑板擦是停留在最上面的，需要的时候再让它做进给运动。黑板擦的周围是密封圈，同时还装有吸尘口，在黑板擦的右边有一个总的出口，用来把粉尘吸到积尘盒里面，当积尘盒满了再把它打开倒掉里面的粉尘。本实用新型的有益效果是，在擦黑板的过程中完成清洁和和防尘的作用，擦干净黑板的同时，减轻使用者的劳动强度，提高效率，整机结构简单。附图说明下面结合附图和和实施例对本实用新型进一步说明图2-2是仿形冰刀刃磨机主视图图2-3是仿形冰刀刃磨机俯视图图2-4是仿形冰刀刃磨机左视图图中1.滑动轴承座，2. 光杠，3.黑板，4.黑板擦，5.大齿轮，6.滚动轴承座，7.电动机，8.小齿轮，9.丝杠，10.主动轮，11.螺母，12.螺母座，13.大齿轮，14.毛毡，具体实施方式在图中， 该方案是在黑板（3）的左边安装一根光杠（2），光杠（2）上下用滑动轴承座（1）来固定在在墙上，右边用一根普通丝杠（9），丝杠两端用滚动轴承座（6）来固定在墙上，丝杠的上端用大齿轮（13）来带动，由电动机（7）来驱动小齿轮（8），在由大齿轮来驱动丝杠旋转。黑板擦由电动机带动，它有一个主动轮（10）和五个大动轮（13）、轴（15）、还有轴承组成，黑板擦的内部结构分上下两部分，上面一排有三根轴，下面两根轴，它们上下左右刚好啮合构成整个的黑板擦，。黑板擦内每根轴的端部都连接有一个毛毡，通过毛毡的旋转来擦拭黑板。 图2-2 黑板简图（主视图） 15 图2-3黑板擦简图（俯视图） 图2-4黑板擦简图（左视图）2.3 小黑板擦的方案确定 2.3.1 简图 图2-5小黑板擦2.3.2 小黑板擦的结构及工作情况简介小黑板擦的结构和大黑板擦的基本组成是一样的，都是有齿轮（4）、轴（3）、轴承（6）及毛毡（1）组成的，小黑板的作用是补充大黑板擦的不足，当不需要把整个黑板上的字迹都擦掉，而只需擦掉其中的一部分时就要用到小黑板擦了，小黑板擦的周围也是带密封装置的，它也可以防止在擦黑板时粉笔灰四处飞扬。第 3 章 自清洁黑板擦的设计计算3.1 电机的选择 经试验作用在黑板面上的应力，则它所需要的压力,所需电动机的输出功率为 ,则电动机所需功率为，查机械设计常用元器件手册695页表4-1，选用Y802-4电动机，功率，转速。3.2 齿轮的设计3.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。 （1）黑板擦为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB10095-88） （2）材料选择 由机械设计教材表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS，大齿轮 材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 （3）初选小齿轮齿数Z1=24,设齿数比u为3.2，大齿轮齿数Z2=3.224=76.8，取Z2=77。3.2.2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式d1t (1)确定公式内的各计算数值 a、试选载荷系数=1.3; b、计算小齿轮传递的转矩； T1=. c、由表10-7选取齿宽系数； d、由表10-6查得材料的弹性影响系数； e、由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限； f、由式10-3计算应力循环次数(设擦体寿命10年，每年工作210天，每天工作8小时） N1=60n1j=; N2=; g、由图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.90,KHN2=0.95; h、计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得： 。 （2）计算 a、试计算小齿轮分度圆直径d1t,代入中较小的值; = b、计算圆周速度v c、计算齿宽b d、计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 e、计算载荷系数 根据，8级精度，由图10-8查得动载系数=1.12； 直齿轮 由表10-2查得使用系数 由表10-4用插值法查得8级精度，小齿轮相对支承非对称布置时， 由 查图10-13得 故载荷系数 ; f、按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a)得 g、计算模数m .3.2.3 按齿根弯曲强度设计 由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 (1)确定公式内的各计算数值 a、由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限；大齿轮的弯曲强度极限 b、由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 c、计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数s=1.4,由式(10-12)得 。 d、计算载荷系数k e、查取齿形系数 由表10-5查得 ； f、查取应力校正系数 由表10-5查得 ； g、计算大小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。 （2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m=1.13大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数m=0.79，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数0.79并就近圆整为m=0.8，（查机械原理教材表10-1），按接触强度算得小齿轮的分度圆直径d1=27.105mm,算出小齿轮齿数，大齿轮齿数,取Z2=108.3.2.4 几何尺寸计算（1） 计算分度圆直径 查机械设计教材202页，,所以初设的齿数比成立。（2） 中心距 （3） 齿轮宽度 取 3.3 轴的设计3.3.1 材料选用45号钢调质处理；查机械设计教材5第370页表15-3取许用扭转切应力 根据课本370页式15-2得： （） 段要装配滚动轴承，所以查简明机械设计手册第351页表14-5取查手册419页表15-23，选用7302滚动轴承，d=15mm,D=42mm,B=13mm,C=11.97KN,; 段要装齿轮，该轴段上开有键槽，因此取，查手册351页表14-5圆整成标准值取，； 段安装套筒和轴承，所以，； 段安装轴承端盖，端盖厚度为10mm，所以，； 段伸出端，定为，； 。155146 图3-1齿轮轴结构图 3.3.2 校核该轴 作用在齿轮上的圆周力： （直齿轮压力角） 作用在轴上的外力： ； 求垂直面的支反力 计算垂直弯矩 求水平面的支承力 求水平面弯矩 求F在支点产生的反力 求F力产生的弯矩 F在a处产生的弯矩 求合成弯矩，考虑最不利的情况，把与直接相加 求危险截面当量弯矩，从图可见，m-m处截面最危险，取折合系数，其当量弯矩为： 计算危险截面处轴的直径 因为材料选择45号钢调质，查课本362页表15-1得，许用引力，则； 因为，所以该轴是安全的。4、弯矩及轴的受力分析如图3-2： a bMav cMAH dMmFM2FeM2FMefT 图3-2轴的受力分析图3.3.3 轴承寿命校核 已知轴上齿轮受切向力,径向力,轴向力,齿轮分度圆直径，齿轮转速，运转中有轻微冲击，轴承预期寿命年，两个轴承型号均为7302. 查简明机械设计手册可知7302的基本额定动载荷,基本额定静载荷.(1) 求两轴承受到的径向载荷和Fre FteFaeFae（Fd1） Fr2v 2937 b aFr2HFr1HFte C 图3-3轴承的受力分析图 将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面（图b）和水平面（图c）两个平面力系，由力分析可知： (2) 求两轴承的计算轴向力和 对于7302型轴承，按机械设计教材表13-7，轴承派生轴向力,查机械设计手册419页表15-23得Y=2.2,e=0.27. 由机械设计教材式（13-11）得： (3) 求轴承当量动载荷和 因为 由表13-5查得 对轴承1 对轴承2 因为轴承运转中有轻微冲击载荷，按表13-6得，取，则： (4) 验算轴承寿命 因为,所以按轴承2的受力大小验算 3.3.4 键的设计与校核 装齿轮，查简明机械设计手册139页表7-2选键为：，查课本106页表6-2得，因为，初选键长为22mm，校核，所以所选键为：。擦体长度：366mm 宽度：140mm 黑板长度：355mm宽度：340mm 丝杆和光杠丝杆长度：620mm 螺纹可自锁；光杠长度：620mm。 丝杠的校核经试验丝杠最大重量为500N,丝杠最大起重高度为620mm,采用单头梯形螺纹，螺旋应有自锁性。 1、选择材料和许用应力 螺杆材料选45钢，调质处理，材料的屈服极限（由机械设计教材第191页表10-1得），由机械设计手册表12-1-10可得螺杆的许用应力，可取。螺母材料选青铜，由表12-1-10可得螺母的许用应力，取；，取。黑板擦体螺旋系低速传动，由表12-1-9查得许用比压，取。2、 按耐磨性计算螺纹中经 由表12-1-4中公式（1），取（整体式螺母）， 。 由GB5796.3-86（机械设计手册第2卷）可选的梯形螺纹，中等精度，螺旋副标记为。螺母高度，取。则螺纹圈数圈。3、 自锁性验算 由于是单头螺纹，导程，故螺纹升角为 。 由表12-1-7得钢对青铜的摩擦系数，取，可得当量摩擦角， 。因为，故螺纹自锁可靠。4、 螺杆强度验算 由表12-1-3得螺纹摩擦力矩公式 代入表12-1-4式（4）得当量应力： 所以螺杆的强度足够。5、 螺母螺纹强度验算 因螺母材料强度低于螺杆故只计算螺纹强度即可： 由表12-1-4得，螺纹牙根部的宽度，基本牙型高。 代入表12-1-4中的式（7）及式（8）得， 螺母剪切强度 螺母弯曲强度 故螺母螺纹强度足够。6、 螺杆的稳定性验算 由表12-1-4的，式中 -长度系数，与螺杆的端部结构有关，按两端固定 从表12-1-5可得。 -螺杆危险截面的惯性半径 按表12-1-4中式（9）计算临界载荷，可得 -螺杆危险截面的惯性矩 -螺杆材料的弹性模量，对于钢 ,故螺杆稳定性条件满足。 结 论通过这次黑板擦的设计使我对机械结构设计有了更深刻的认识，也让我学到了很多东西： 1、让我对自动黑板擦的过去和发展有了更深的认识 2、对机械设计知识有了更深的理解，虽然这个机械的传动及结构较简单，但包含 的知识是丰富的 3、加深了机械设计制造及其自动化这门学科的兴趣和学好它的信心 4、自己的设计水平有了一定的提高同时也看到了自己的不足： 1、自己的知识面还很窄，经验还很缺乏 2、动手能力有待加强，计算机绘图能力不强 参 考 文 献1 刘仁家等.机械设计常用元器件手册.北京：机械工业出版社，19942 濮良贵，纪名刚.机械设计8版北京：高等教育出版社，20063 孙恒，陈作模.机械原理.7版.北京：高等教育出版社，20064 孙红旗，张洪霞.材料力学.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20075 唐金松.简明机械设计手册.上海：上海科学技术出版社，19896 成大先.机械设计手册.3版.第3卷.北京：化学工业出版社，19697 成大先.机械设计手册.3版.第2卷.北京：化学工业出版社，19938 张建民.机电一体化系统设计.北京：北京理工大学出版社，19969 张富洲.机械设计课程设计.西安：西北工业大学出版社，199810 王大康，卢颂峰.机械设计课程设计.北京：北京工业大学出版社，200011 大连理工大学工程画教研室.机械制图.5版.北京：高等教育出版社，200312 卜炎.机械传动装置设计手册.下册.北京：机械工业出版社，199813 北京工业学院，北京农业机械化学院图册编写组.机械装配图图册.北京：机械工业出版社，198614 孙开元，张晴峰.机械制图及标准图库.北京：化学工业出版社，200815 Li Guangbu. Study on conveyor non-linear dynamics and its effect on dynamic behavior.Department of Mechanical and Electric Engineering, Shanghai Teachers University, Shanghai 201400, China16 Vaka G.A. Pipe conveyors-Development and advantages J. Bulk Solids Handling, 1998致 谢 本设计是在指导老师陈老师的认真指导下完成的，从设计开始到设计完成，老师都给了我极大地帮助。老师在繁忙的工作中总是抽出时间来给我指导及帮助我解决我不懂得疑难问题，老师的耐心辅导，及时指正，才使我能够顺利完成这次毕业设计。同时也感谢四年来全体老师对我公共及专业知识的传授。在此我衷心的感谢机电一体化教研室全体老师。我还要感谢全体同学对我的帮助，团体力量始终大于个人力量，没有学校对我孜孜不倦的教诲，就没有我今天的毕业设计。附录1 外文翻译 工业机器人的介绍 20世纪60年代当约瑟夫和乔治合作创立了名为Unimation的机器公司，工业机器人便成为了一个事实。 约瑟夫和乔治不是第一个梦想在制造过程中机器可以执行没有技巧的、重复的工作。“机器人”这个词被捷克哲学家和剧作家卡瑞卡皮克在他的剧本RUR(罗斯的多才多艺的机器人）中第一次使用。在捷克“机器人”这个词是“工人”或者“奴隶”的意思。这个剧本是1922年写的。在卡皮克的剧本中，罗斯和他的儿子发明了人造细胞质的化学配方。细胞质是构成生命的最主要的成分，用他们细胞质的混合物，罗斯和他的儿子开始制造机器人。罗斯和他的儿子花了20年的时间制成了细胞质并注入给了机器人。20年后罗斯仔细看着他们已经创造出来的机器人说：“这个花了我们20年全部精力做出来的人，如果我们不能让他比将来的人类更灵活的话，还是把店铺关闭的好。”小罗斯回去为理想中的工人去掉他认为多余的器官。小罗说:“人类感觉做某些事快乐，像弹钢琴、散步，然而事实上做许多完整的事情是不需要的但是一个正在工作的机器不需要会弹钢琴，不需要感到快乐，不需要做很多完整的事情。如果每个器官不能促进工作正常的发展就应该被去掉。半个世纪以后，工程师们开始建造罗斯的机器人，不是用人造细胞质制成的，而是用硅、液压、气体和电动机。1922年卡皮克梦想的机器人工作了但是没有感觉，它在制造工厂做着非人类或者近似人类的工作，它在全世界都是便于利用和操作的。正如罗斯的儿子所想的，现代的机器人缺乏感情和情绪。它仅仅对简单的是或者不是的问题有回应。现代的机器人通常用螺栓固定在地板上，它有一个手臂和一把手，它是聋的、瞎的和哑的。尽管全是障碍，现代机器人仍然没有厌烦和和怨言的一小时又一小时的执行着它被指定的工作。一个机器人不仅仅是一个自动机。自动化始于工业革命用机器人来做以前由工人完成工作的期间。然而这样一个自动机仅仅能做它被设计的特定的工作，而一个机器人却可以做各种各样的工作。一个机器人必须有一个手臂，这个手臂必须会一个人在装载和卸载其它自动机、喷漆、焊接和执行上百种其它用常规的自动机不容易完成的工作完全一样的动作。 机器人的定义工业机器人协会已经为机器人公布了一个定义，试图阐明哪种机器仅仅是自动机和哪种机器是真真的机器人。工业机器人协会的定义如下：机器人是一个可重复编程的机械手，目的在于移动材料、零部件、机床，或者为了完成各种各样的任务而调整程序指令的专用装置。这个定义比供个机器人协会在这本书的最后定义的说法更广泛，是一个对机器人最好的定义。我们将接受这个定义同时还有这个说法，为了理解哪种机器是真正的机器人而哪种机器人仅仅是超过了专业自动化的机器。首先，机器人是一个：“可重复编程的多功能的机械手。”在这个说法中工业机器人协会告诉我们一个机器人可以被教会（重复编程）去做更多的工作，通过改变储存在它们记忆中的信息。一个机器人可以为了装载和卸载机器、焊接和做很多其他的工作（多功能的）而被重新编程。机器人是一个“机械手”。机械手是一个手臂（或者手），它能拿起或者移动物体。正是这样我们为了解到机器人是一个可以被教会做不同工作的手臂。这个定义还说明了机器人的目的是“移动材料、零件、机床或者专用装置。”材料包括木头、钢铁、塑料、卡片等等产品在制造过程中所用到的东西。机器人也可以拆卸已经制造完的零件。例如：机器人可以把一块铁装载到自动车床上并且车床上卸载已经加工完的零件。除此之外机器人还可以拆卸材料和零件，可以安装机床例如磨床、冲床、钻床和为了完成有效工作的焊接喷灯。机器人也可以安装在制造车间为了完成特殊工作的专用装置。为了检查零件或者产品机器人可以安装电视摄像机，为了精确的测量已制造完零件的尺寸它们还可以安装激光。工业机器人协会的定义接近这样的说法，“为了完成各种各样的任务可以通通过改变机器人的程序指令。”这种说法着重强调了在制造车间机器人可以做很多不相同的工作。机器人被应用工程师的创造力限制在仅能做大量的工作上。机器人的工作机器人可以完成的工作被分成两个主要的类型：有害工作和重复工作。 有害工作机器人在工作中的许多应用对人类是有害的。处理材料的重量，调整材料的温度，靠近旋转或紧贴机器的危险工作或者含有高放射物的环境，由于有有毒烟气，这种工作被认为是有害的。 重复工作除了掌管有害工作外，机器人还要认真的学习在制造车间必须被做的非常重复的工作。在制造车间的很多工作需要一个人扮演的比人类更像一个机器。把一个部件从这儿放置到那儿，这样的工作每天要做上百次，这种工作几乎不需要判断力和技巧，这并不是批评做这种工作的人，而仅仅是想指出在工业中存在很多这样的工作，并且为了完成产品的制造必须要做。机器人可以被安排在这样的岗位上，并且它能够没有抱怨或者经验很好的完成这种在正常情况下和疲劳、厌烦联系在一起的工作。尽管机器人完成了工业中的一些工作，但它们正常完成的是人类从来没有要求被做的工作。机器应该执行机器做的工作，而人类应该需要用他们的能力、创造力和特殊技巧来完成工作。 增加产量的潜能除了完成人们在工作中不能完成的工作外，机器人还提供给工厂实现增加产量的机会。当机器人执行重复工作的时候它们不知疲倦的继续执行着它们的程序指令。机器人终止工作不需要预定和不预定。在八小时轮班工作时增加的产量导致至少25%更好的零件被生产。这种增大的产量增加了公司的利润，它可以被在投资到另外的车间或设备上。产量的增加使工厂的其他部门产生了更多的工作。为了生产更多的零件，其余的人需要把未加工的材料送到车间，去完成已加工完产品的装配，去销售已完工的零件，并且把产品送到他们的目的地。机器人的速度尽管机器人增加了制造车间的产量，但它们不是特别快。目前，机器人正常的操作速度大约接近操作工人的速度。机器人的每一个主要运动正常情况下大概要花一秒钟的时间。机器人从传送机上取下一块铁并把它装载到车床上需要十种不同的运动，要花多达十秒钟的时间，与一个操作工人做一样的工作花的时间是相等的，产量的增加是操作一致性的一个结果。当操作工人在工作日期间反复的重复着同一个工作，他或她的生产便开始放慢了，而机器人却继续运行着它的程序速度，因此在工作日期间完成了更多的零件。传统制造的自动化机器可以被修改成能和机器人做一样工作的机器。一个自动化的机器做同样的装载操作所用的时间还不到一个机器人和一个操作工人所用时间的一半。设计一个专用机器的问题是，这样一台机器只能完成它被设定的具体的工作，如果工作中发生了一些改变，这样的机器就必须被彻底的重新改造或者必须被遗弃，并且要设计制造一个新的机器。相反地，一个机器人可以被重新编程并且在同一天可以开始做新的工作。在工业中传统制造的自动机仍然有它们的位置。如果工厂发现一个工作很多年将不会改变，比较快的传统那个制造的机器仍然是一个好的选择。工厂里的其它工作用传统制造的机器不容易完成的话，在这种情况下机器人或许是一个好的选择。例如喷漆这样的工作。一个工厂为电子行业生产机壳，他们生产很多不同形状的机壳，所有的机壳都需要喷漆。很明确，为一个已加工完的不同形状的机壳制造专门的喷漆机器对工厂来说是不经济的。工厂别无选择只能用手给各种不同的机壳喷漆，直到机器人被发明。喷漆是有害工作，因为很多油漆产生的气体是有毒的和爆炸性的。机器人现在正在做着在外壳上喷漆的工作。除此之外，机器人还能为了在长期产生有毒气体的房间中工作的人们在没有任何关心的喷漆房间的有毒环境中操作。灵活的自动化机器人还有另一个用途：它们可以被教会在制造车间中做不同的工作。如果一个机器人本来买来是为了装载和卸载冲床的，由于产品设计的改变这个工作不再需要，机器人可以被转到车间的其它工作上。例如，机器人可以被转去做最后的装配工作，可以用来从运输机上卸载以加工完的机壳并且把它们装载到运输货架上。准确度和可重复性任何机器人都有一个很重要的特征就是它完成任务的准确度。当机器人为了完成一个特殊的工作被编程的时候，它就产生特定的点，并且程序记住了这些点所在的位置。程序被编完以后，