手摇曲柄泡泡机的建模与仿真

毕业设计(论文)中文摘要(题目)：手摇曲柄泡泡机的建模与仿真摘要：随着经济的快速发展,人民生活水平的不断提高,人们拥有更高要求的产品,不仅需要实用性和适用性和成本控制,外观设计,也提出了一些要求,环境保护、等产品的设计的合理性,不仅影响其实也有一定的影响美观性的要求。产品的外观设计的产品从实用和美观性起着重要的作用。因此,针对整个泡沫机市场的发展,以及详细的分析已经完成机械产品市场的整体发展,充分把握泡沫机械设计的发展方向,这就要求我们在泡沫机产品设计的同时,不仅要考虑泡沫机产品的内部函数的分析,也要考虑用户的舒适性,使泡沫机产品设计创新发展。纸上发条的泡沫机械设计为研究对象,并通过手动泡沫机械设计的整体发展现状,结合产品分析设计的基本结构原理手动泡沫机械设计在产品设计和实证研究的作用和影响,泡沫机的整体外观和室内设计的辅助函数的一部分,并绘制出泡沫的3d模型机、虚拟装配和运动仿真,真实模型手摇曲柄泡沫机工作效果。关键词：泡泡机；手摇曲柄；结构设计；三维建模；运动仿真毕业设计(论文)外文摘要Title:ModelingandSimulationofHandcrankBubblemachineAbstract:Withtherapiddevelopmentofeconomyandthecontinuousimprovementofpeople'slivingstandards,peoplehaveincreasinglyhighrequirementsforproducts,whichnotonlyrequireitspracticality,butalsoputforwardrequirementsforitscostcontrol,appearancedesign,applicability,environmentalprotectionandotheraspects.Thedesignofproductsnotonlyaffectstherationalityofpracticaluse,butalsohasacertainimpactontherequirementsofaesthetics.Theappearancedesignofaproductplaysanimportantroleinbothpracticalityandaesthetics.Therefore,inviewofthedevelopmentofthewholebubblemachinemarket,aswellastothedetailedanalysishasbeendonefortheoveralldevelopmentofmechanicalproductsmarket,fullygraspthedevelopmentdirectionofbubblemachinedesign,thisrequestsusinbubblemachineproductdesignatthesametime,shouldnotonlyconsidertheinternalfunctionsofthebubblemachineproductsanalysis,alsowanttoconsiderfortheuser'scomfortableness,Makebubblemachineproductdesigntoinnovativedevelopment.Paperswithportablebubblemachinedesignastheresearchobject,andthroughthepresentsituationoftheoveralldevelopmentofaportablebubblemachinedesign,productstructuredesignprincipleanalysis,ontheroleofportablebubblemachinedesigninproductdesignanditsinfluencetocarryontheempiricalresearch,andtheoverallappearanceofbubblemachineandpartoftheinteriordesignofauxiliaryfunction,anddrawoutthe3dmodelofbubblemachine,Virtualassembly,andmotionsimulation,realmodehandcrankbubblemachineworkingeffect.keywords:Bubblemachine;Handcrank;Structuraldesign;Three-dimensionalmodeling;Motionsimulation目录TOC\o"1-3"\h\u5841绪论 I1绪论研究背景与意义随着经济的发展,新技术的不断涌现,用户的产品提出更多的人性化要求。与一些欧洲和美国的国家相比,我国的机械产品,我们仍然有一些差距表现在各个方面,主导世界市场,机械产品在我国的市场应该加快产品结构的调整,改变了传统的设计理念,学习先进的设计理论、技术和方法,通过设计提高产品的附加价值,提高产品的整体价值。也就是说,传统的机械产品设计随着时代的发展变化,时代的元素融入产品,使我们的产品不断更新和发展,及时。通过泡沫机器的内部结构和外观设计的研究,可以丰富机械市场泡沫机设计原则,为消费者提供更美观实用的产品,同时开发市场泡沫机是适用于大多数中国城市机械设计原理、设计手册泡沫机设计带来新鲜的空气。泡泡机的分类泡沫机是一种机械装置产生泡沫的机器。主要由进口风机、高精度步进电机,泡沫板,变压器,等泡沫机器有噪音低,风量大,沉重的吹泡泡,覆盖面宽,可以产生很多色彩缤纷的泡沫,等,适用于音乐会舞台,婚礼,等等,一些泡沫机远程控制装置。通常泡沫机可以分为以下几种类型。第一类，大型泡泡机（如图1.1所示）功率：300W电压：AC110V、220-250V50/60Hz泡泡油容器：2.5公升泡泡覆盖面：600米3尺寸：400*450*350mm重量：20KG功能：MB-300大泡泡机。电视台、大型演出及各种娱乐场所使用。遥控控制，操作简单。四个活动轮装置，方便在舞台移动。喷出七彩的泡泡在灯光的效果下，让您仿如置身一个童话世界。图1.1大泡泡机第二类，小形泡泡机（如图1.2所示）功率：60w电压：AC110V、220-250V50-60Hz重量：3kgs尺寸：250*248*220mm泡泡油容量：0.6公升泡泡覆盖面积：50平方米功能：小泡泡机外型美观，体积小巧，便于携带。吹出五颜六色的泡泡，为节日增添了热烈的气氛。适合家庭派对、小型演出使用。图1.2小型泡泡机泡泡机的研究现状及发展趋势机械制造行业属于传统行业,随着经济的全球化导致更有竞争力,更多的新技术进入制造业,不断改进产品设计、质量和不同层次的结构。近年来,环境保护的概念,产品设计同时也提出了更多的资源保护和可持续发展。更多关注在现代设计理论研究网络环境下。新的世纪,制造业面临着更多的挑战。目前,知识和技术的创新,从而缩短产品设计周期,提高产品设计的需求,越来越多的追求独家设计。因此,泡沫机市场和技术的机会,迅速发展包含原始泡沫机新产品,在多变的市场环境中生存和发展。泡沫机发展现状分析,打破规则,寻求新产品供应链,结合现代产品设计理论和方法的研究,更好的找到泡沫机的发展方向。技术的进步促进产品推广的功能,使产品更新速度。但少泡沫机产品设计发展的时代。计算机辅助技术深入产品设计图纸、计算、处理等各个环节,并产生了结果,但泡沫机产品设计一开始的设计,利用计算机辅助技术。技术进步,提高产品设计的过程中,计算机技术的进步使得很多计算机技术在产品设计中的应用。2泡泡机的总体方案设计2.1泡泡机的起泡原理泡沫的形成的原因:泡沫形成是由于水的表面张力。是拉张力的对象存在于内部和相互牵引表面的垂直于两相邻部分接触。表面的水分子之间的吸引力比空气中的水分子之间的吸引力强,水分子就像被粘在一起。泡沫通过手动旋转驱动泡沫板和胶泡沫盒泡沫液体吹泡泡。但是如果过度的水分子之间的结合在一起,不容易形成泡沫。在水中添加soap,soap“打破”水的表面张力,降低表面张力,只有1/3的情况下,通常吹泡泡所需的最佳张力。方法可以减缓泡沫消失的进展:水的蒸发很快,水蒸发时,泡泡表面一破,泡泡就消失了,因此,必须包括一些泡沫材料解决方案,防止水的蒸发。用一个封闭的水叫做吸湿的物质材料。甘油是一种吸湿液体,它与水形成了一种弱化学键,从而减少水的蒸发速度。2.2泡泡机的方案设计本文所设计的泡泡机是一种手摇曲柄泡泡机，结构上要求节凑，节能环保、外观美观，并且气泡效率高，通过查阅大量的资料，确定了本文的泡泡机结构主要由手摇曲柄结构、齿轮传动结构、壳体、涡轮、发泡结构、传动轴等所组成，使用CAD软件绘制出泡泡机的结构图如图2.1所示。壳体；2-涡轮；3-侧壳体；4-发泡器；5-小齿轮；6-进气口；7-手摇曲柄；8-连接架；9-转盘图2.1泡泡机结构图手摇曲柄泡泡机在进行工作时，通过手摇曲柄，使其传动，然后与小齿轮相互啮合，带动小齿轮快速转动，小齿轮与涡轮同轴，小齿轮快速转动的同时，会将气泡液快速拨动，将气泡液打击到发泡器上，从而产生泡泡。

3泡泡机的结构设计与建模3.1泡泡机齿轮传动的设计由4.1节可知设计的小型瓜子剥壳机的传动系统依靠齿轮传动。a.齿轮基本属性选定（1）直接选用直齿轮传动。（2）剥壳机作为小家电，因此速度不高，可选用8级精度传动。（3）齿轮材料选择，考虑到小家电及剥壳瓜子的卫生，大小齿轮的材质选择为304食品级不锈钢。（4）选齿数b.按齿面接触疲劳强度设计：最小直径计算公式为：（1）首先对公式内的各参数进行选定选取载荷系数：齿轮传递的扭距计算得：根据《机械设计手册》可选取齿轮宽系数为。根据《机械设计手册》可选取材料的弹性影响系数：。根据《机械设计手册》可选取齿轮接触疲劳极限:根据《机械设计手册》可选取疲劳寿命系数：则疲劳应力循环次数为：选择失效概率1%，安全系数S=1，则接触疲劳许用应力计算得：（2）计算尺寸值①先计算小齿轮的分度圆直径得：②模数计算：参考《机械设计手册》可取m=1.5。③尺宽b计算：b=可取b=15mm④圆周速度V计算：c.按齿根弯曲疲劳进行强度校核：弯曲强度计算公式为：（1）确定公式内的各计算数值参考《机械设计手册》可取齿形系数和应力修正系数分别为：参考《机械设计手册》可取弯曲疲劳寿命系数参考《机械设计手册》可取齿轮的弯曲疲劳强度极限弯曲疲劳安合系数S=1.4，则可计算弯曲疲劳许用应力为：圆周力计算得：（2）校核计算：所以，齿根的疲劳强度能够满足设计要求。d.齿轮的几何尺寸：其中，分度圆直径：d=54mm；齿数：Z=18；齿宽：b=15mm，因此计算得：模数：中心距：3.2泡泡机传动轴的设计（1）试传动主轴的材料选择综合上述考虑传动主轴的性能，最终选取主轴材质为ABS材质。设计的传动主轴从左到右共3段轴，第1和第3主要用于装配支撑轴承的作用，支撑轴承的内径为20mm，因此第1段和第3段主轴的直径为φ20mm，其长度可设计为30mm；第2段主轴主要是作为定位轴肩作用，其直径为30mm，长度可设计为20mm。（2）传动轴的强度校核按照传动主轴的工作情况，其受力分析、弯矩图和扭矩凸如图3.1所示。a）受力图b)弯矩图c)扭矩图图3.1传动轴的受力分析图轴的最大弯矩出现在支撑轴承的作用点上，利用弯矩公式计算得：求得弯矩：M=40.180=0.72KN·m轴承所承受的扭矩来自齿轮的转动，根据扭矩公式求得：T=9549=1.49Nm传动轴扭矩和弯矩计算,因为危险截面的最小轴径,危险的部分需要做检查,检查这部分的弯矩和扭矩合成强度,根据公式计算应力强度，第三强度理论公式：一般情况下由于弯矩造成的弯曲应力是对称循环变应力，而通过扭矩造成的扭转切应力τ通常不是对称的循环变应力。综合考虑这两个应力之间循环特性影响的不同，加入折合系数α，那么计算应力的公式变为：当截面为圆形时，扭转切应力，弯曲应力为，将τ和α代入公式，于是轴的弯曲扭转合成强度公式为：公式中：——轴的计算应力，MPa；T——轴的扭矩，N·mm；M——轴的弯矩，N·mm；W——轴的抗弯截面系数，。圆轴的抗弯截面系数计算公式为：传动轴所受的扭转切应力是静应力，弯曲应力是对称循环变应力，所以取α=0.3，由公式求得截面的抗弯及屋面系数：W=0.1=21600（d为截面直径）将所算到的结果全部代入公式，得到弯曲扭转合成强度计算应力。计算过程如下：=33.3MP<为许用弯曲应力，使用轴的材料的许用弯曲用力为70MP，计算应力小于许用应力，该轴的危险截面满足设计要求，所以该轴的设计较合理，能够满足实验的需求。3.3泡泡机涡轮结构的设计与建模涡轮结构是泡泡机的关键结构，人手摇动的力通过曲柄齿轮组变速后，传递到涡轮结构，涡轮结构会快速运转，将起泡液抛出到发泡器，形成泡泡，本文所设计的涡轮直径为60mm的空心圆柱形，内部具有多个叶片，可以显著提高起泡量。采用solidworks三维设计软件建立起涡轮的三维模型图，在建立涡轮模型时，首先选择基准面，绘制圆草图，添加智能尺寸约束，然后再通过拉伸切除、旋转等命令，最终完成涡轮的三维模型图，如图3.2所示。图3.2涡轮图3.4泡泡机壳体的设计与建模壳体主要是起到部件安装和固定的作用，同时为了使泡泡机的外观尽量美观、小巧，在壳体的设计上也要进行考虑，此外，也需要结合产品的经济性价值，尽量在壳体能够满足其功能的情况下，加工简单，制造成本较低，本文所设计的泡泡机的壳体分为两部分，一是壳体本身，二是壳体的侧盖，这样的设计可以很方便的进行内部组件的安装，壳体厚度为1mm，材质采用的是强度和韧性都较好的ABS材质，壳体内部为中空，内部有安装空位和隔条，可以显著的起到支撑固定的作用，同时降低了加工的难度和制造成本，采用solidworks软件，绘制出壳体和侧盖的三维模型图，分别如图3.3和图3.4所示。图3.3壳体图图3.4侧盖图3.5泡泡机发泡结构的设计与建模泡泡机的发泡结构是设置在连接架，涡轮转速转动将起泡液吹到发泡结构上，发泡结构产生气泡，本文所设计的发泡结构具有若干圆形小孔，面积较大，可以快速大量的产生起泡，并且发泡结构还需要与连接架进行安装固定，所以设计了方形安装孔，可以与连接架进行很好的固定。使用solidworks软件，建立起发泡结构的三维模型图，如图3.5所示。图3.5发泡结构图3.6泡泡机连接架的设计与建模连接架用于连接手摇曲柄传动轴、转盘和发泡结构的，在进行手摇的同时，转盘也同时转动，转盘上的轴固定在连接架上，便使得连接架进行前后的摆动，连接架的另一端则连接在发泡结构上，转盘转动的同时，发泡结构便可以进行前后一定角度的摆动了，可以显著的提高发泡效果。使用solidworks软件绘制出连接架的三维模型图，如图3.6所示。图3.6连接架图3.7泡泡机转盘的设计与建模转盘上有六边形孔，这里主要是安装手摇曲柄的传动轴，转盘上的圆柱形结构放置在连接架内，转盘做旋转运动的同时，便可以使得连接架进行一定范围的往复运动，从而使得发泡结构进行摆动，本文所设计的转盘直径为49mm。用solidworks对转盘结构进行模型的创建，得出结构图如图3.7所示。图3.7转盘结构图4泡泡机的虚拟装配与运动仿真4.1泡泡机的虚拟装配在SOLIDWORKS中创建装配体文件，逐一导入上述零部件及其他的零部件，并添加合适的常规约束和机械约束，得到的泡泡机装置的总装配体如图4.1所示。图4.1泡泡机的总装配体三维模型4.2干涉检查及质量属性检查上一小节已经对泡泡机进行了整机装配设计，装配设计完成后为了检查整个装置结构装配的合理性、正确性及零件设计的正确性，需要利用SOLIDWORKS软件对整机装配体进行装配检查，主要是干涉检查和测量检查。进行干涉检查时发现，由于零件装配的紧固件安装时有的需要采用过盈配合，有的是紧密配合，因此出现某些干涉属于正常现象。有的尺寸需要配合测量检查，依次进行测量尺寸检查，检查结果分别如图4.2和图4.3所示。图4.2泡泡机的总装配体干涉检查图4.3泡泡机的总装配体质量属性检查4.3泡泡机的运动仿真动画在完成泡泡机的模型装配后，开始制作运动仿真动画，首先切换到动画模式，通过分析，泡泡机手摇曲柄是做圆周旋转运动的，在手柄处添加一个旋转马达，如图4.4所示，并设置好速度和时间等，生成泡泡机仿真动画的运动算例如图4.5所示，点击播放，即可对泡泡机进行运动仿真动画了，模拟出泡泡机真实的工作过程。图4.4泡泡机的添加马达图4.5泡泡机的生成运动算例5总结基于泡沫机被设计为研究载体,从泡沫的手动机器,研究泡沫机发展的现状,总结了一些设计元素在泡沫机械设计。通过泡沫机功能,提高生活质量,以及便携式的特点可以很方便的使用更多的场合,扩大产品的影响。本文的创新在于泡沫流体的变化也装置的设计结构和形状的泡沫板,和实践,本文利用solidworks软件进行设计和实体模型的创建,虚拟装配的组件,以确保设计的合理性和可行性,直观的显示产品的结构,和一个例子使用运动运动函数模拟泡沫机的工作过程,更加生动