家用自动洗鞋机设计说明书

1、.第五届全国大学生机械创新设计竞赛慧鱼集团参加作品家用自动洗鞋机设计书设计师：元洋公路邓小平元帅杜思超陈涛设计单位：中原工学院设计部门：机电学院导师：付晓莉张伟杰时间： 2012年2月河南郑州.目录1 .研究开发的背景和意义12 .设计方案，设计方案三、运动、动力分析4 .动作原理和主要功能指标205、控制设计、226 .革新点267 .应用的前景、26参考文献，参考文献，参考文献，参考文献附录一作品的实物照片28附录2组装关系图附录2组装流程图.家用自动洗鞋机设计师：元洋公路邓小平元帅杜思超陈涛指导教师：付晓莉张伟杰(中原工业学院机电学院郑州450007 )摘要：以简便、实用、清洁、能解决洗

2、鞋过程中洗鞋除菌问题的设备为研究对象，提出了横向刷牙机构、纵向刷牙机构、鞋底刷牙机构、鞋内刷牙机构等4种刷牙机构，并结合空水、节流机构实验结果表明，设备工作稳定，性能可靠，功能实现效果良好。关键词：洗鞋的家用擦鞋机.清洁.作品内容的介绍本作品是按照这次机械革新设计比赛宗旨的要求设计的，属于“家庭清扫系机械”。 本品自动完成洗鞋全过程，包括清洗、空水、榨水、干燥杀菌等功能，结构简单，操作简单，清洗快捷，小型，适合家庭使用。 自动洗鞋机采用鞋静止，刷子对鞋运动的刷洗方式，清洗部分由横向的刷洗机构、纵向的刷洗机构、鞋底的刷洗机构、鞋内的刷洗机构等机构构成，全面刷洗鞋，刷洗简单、快速、从解决了鞋底的污

3、垢形成污水给鞋子带来二次污染等问题，降低了洗鞋机工作中对鞋子造成损伤的可能性的空水功能，使刷牙过程中鞋子内的积水顺畅地流出的榨水机构解决了刷牙后鞋子中积存的水难以被挤出的问题，并残留在鞋子中。联系方式：付晓莉联系方式：-mail:1研发的背景和意义世界卫生组织的调查显示，全世界74.6%的人不在乎鞋子的卫生程度。 这是影响人体健康的主要因素，能清洗鞋子，预防脚的空气，防止细菌的繁殖，有效地保护脚的健康。 清洗鞋子很重要，消费者需要。调查资料显示，国内市场洗鞋机大型化，主要满足商业需求，价格高，占有空间大，不适合一般家庭使用。 普遍存在自动化

4、程度不高、洗涤不干净、损伤鞋子等缺陷。 现在市场上洗鞋的机器多有滚筒式和滚筒式两种，通过旋转摩擦达到清洗目的。 这种刷洗方式只需刷洗鞋子外部，大量的鞋底污泥就会溶于洗涤水，给鞋内部比较清洁的部分带来二次污染，同时，旋转摩擦的刷洗方式也会给鞋体本身带来一定的损伤。 人工洗手虽然有很高的柔软性，但消耗体力，刷牙完毕后不能完全挤出鞋帮内的水分，残留有洗涤剂，会影响穿着舒适性和人体健康。认真分析了我们创新设计成员存在的问题的结果，我们认为应该考虑以下几点1 )通过鞋不动、刷子不动的方式，解决鞋底的污垢形成污水，引起鞋二次污染和鞋体翻倒损伤的问题。2 )鞋的形状面多不规则，刷牙快，位置决定，所以需要动作

5、分解。3 )刷完鞋后，需要空水和节流，需要加入空水和节流机构。4 )产品小型化、智能化，适合家庭使用。该家用自动洗鞋机以解决洗鞋问题为目的，以简便、实用、清洁为原则，应在设计过程中结合实际，以人为中心，结合慧鱼零件，论证比较，合理巧妙地选择机构，强调功能自动化、智能化和功能的集成化。2设计方案家庭用自动鞋清洗机由6个部分构成，分别是外侧清洗部分(鞋底清洗机构、横清洗机构、纵清洗机构)、空水及内部清洗机构、节流机构、干燥杀菌部分、空气装置、智能控制部分及辅助部件等。2.1鞋保持机构鞋子支撑机构(图1 )主要负责鞋子的支撑固定。 该机构由气动装置供给动力，气缸1和气缸2分别支承支柱1和支柱2，达到

6、了固定鞋的目的。图1鞋支撑机构的概略图2.2外侧清洗部分清洗部分由横向的刷洗机构、纵向的刷洗机构和鞋底的刷洗机构构成，在鞋的外侧进行全方位的刷洗，使刷洗简便、迅速。上巴鞋底鞋子的侧面鞋跟鞋甲图2鞋子的形象2.2.1横向刷洗机构横向刷牙机构(图3 )主要负责刷牙鞋面。 该机构由马达(马达1 )驱动，用链条驱动双螺母进行运动，使横向的刷子在垂直方向上运动，使刷子适合鞋的倾斜的鞋面进行刷刷。 气缸沿着导轨横向移动，刷子边旋转边往复摆动，进行刷洗，使刷子更干净。 工作结束后(擦鞋面结束后)，横向的刷牙机构复位，准备下一次刷牙。图3横向刷洗机构的概略图图4横向刷洗机构的三维零件建模图2.2.2垂直刷洗机

7、构垂直刷洗机构(图5 )主要负责刷鞋的两外侧面。 水平位移马达通过变速齿轮箱在齿条轨道上往复移动，使刷与鞋面吻合，垂直刷马达使刷旋转，刷鞋侧面，机构上部固定在水平移动框架上，垂直刷机构沿着鞋体的两外侧面进行前后的刷刷。 工作结束后(鞋两侧的刷洗结束后)，垂直刷洗机构复位，准备下一次刷洗。图5垂直刷洗机构的示意图2.2.3鞋底刷洗机构鞋底刷洗机构(图6 )主要负责清洗鞋底及鞋跟的一部分垂直刷洗机构无法清洗的部分。 该机构固定在升降机构上，由电动机驱动，经由输出轴，链轮1、2、3和大齿轮1运动，这一对主动链轮1、2、3经由链，从动链轮4、5、6运动，刷子固定在链上，大刷大齿轮1移动从动齿轮2时，横

8、固定刷使鞋跟旋转刷牙。图6鞋底刷洗机构2.3空水及内部刷洗机构空水和内部刷洗机构(图7 )主要负责鞋进入作业位置后，空水和内部刷洗等功能。 蜗杆转动齿轮，旋转机构，图示的位置是洗鞋的作业位置，蜗杆使齿轮旋转180度，使鞋和水平面旋转一定角度，实现空水。 内部刷牙是通过马达驱动通过齿轮旋转刷子，刷牙鞋内。初始状态下，机构处于空水位置，程序运行，机构翻转180度，鞋进入工作位置，马达启动，刷子清洗鞋内，同时外测清洗部启动，刷牙鞋外侧。 清洗完成后，各刷洗机构的刷子停止并复位。 空水和内部刷洗机构再次翻转180度，鞋回到空水位置，进行空水。 空水结束后，机构复位，在进行下一步的同时，准备下一次刷洗。

9、图7空水及内部刷洗机构图8空水及内部刷洗机构的三维部件建模图2.4挤出机构挤出机构(图9 )主要实现鞋帮的水分挤出。 该机构固定在升降机构上，用气缸实现了机构的推出和拉回，电动机用减速齿轮箱推进凸轮，按压夹子推压上部，弹簧返回夹子，与凸轮卡合，实现了上部的反复推压。 在节流阶段，气缸将机构推到上部两侧，马达动作，上部节流，节流结束，气缸将机构拉到初始位置，作业结束。图9的光圈机构图10是挤出机构的三维零件建模图2.5升降机构升降机构(图8 )主要负责将底部的刷洗机构紧贴鞋底，将光圈机构送至鞋帮的两侧等作业。 该机构由电动机驱动，蜗杆经由空转轮(齿轮1 )使齿轮2移动，将动力传递到丝杠，丝杠使螺

10、母沿垂直方向移动，实现升降。 鞋底刷洗机构的一端与螺母连接，另一端与框架连接，通过升降机构进行升降。图11升降机构2.6干燥、杀菌部分在洗鞋机底部设置热风干燥系统和红外线杀菌系统，以达到迅速干燥鞋子、灭菌、保护脚的目的。 干燥采用内热循环气流，冷热风交替排除鞋本身的湿度，达到均匀的干燥效果，具有避免鞋在阳光下晒干、气球晒干对鞋的损伤的效果。 杀菌是臭氧发生器和内循环气液组合，杀菌到各个角落。2.7智能控制部智能控制部：慧鱼二代编程接口板是基于Windows7环境下的ROBOpro编程控制。 作业中，一接通作业开关，程序就自动执行，不需要分别操作各部分。 计数齿轮与限位联动地使用，正确地控制各部

11、件的动作。3运动动力分析3.1运动分析3.1.1保鞋机构的分析计算图12气压回路图储气罐向各气缸输出气压，通过能量保存可知道储气罐中储存的能量。图13气缸内部的力的示意图由使出力量气缸气压大气压力气缸截面积牛顿第三定律，因为推杆力和反作用力是一对力和反作用力图14鞋受力分析图根据受力分析联合：摩擦力克服重力，固定不掉鞋子鞋重量摩擦系数满足设计要求所需的参数：3.1.2横向刷洗机构的分析计算机构自由度的计算方法如下图15机构自由度如图所示，空间可动构件、五级副、四级副、一级副由式：得到运动链的自由度大于零，与原始可动零件的数量相同，该运动链构成了合理的机构。为了计算螺母的上升速度建立联立螺纹导程

12、螺杆旋转角度螺母升降机螺杆转速3.1.3刷牙力计算分析图16齿轮箱的传动示意图电机额定功率、转速、减速箱部分齿轮比：毛刷转速毛刷的动力传动效率根据扭矩计算的公式关于合理选择刷牙力的计算，在刷子旋转过程中，主要是刷子与鞋面的摩擦力，摩擦力的计算可以简化为刷子的圆周力，如果知道刷子的扭矩和刷子的轴半径，很容易求出：在实际的刷牙过程中，只需要满足刷子的圆周力3.1.4空水和内部刷洗机构的强度分析计算受力分析：图17受力分析图:得：那个切割如下进行图18方向剪切力:得：那个切割如下进行图19方向剪切力:得：那个拐角图如下图20的方图如果高度为，则宽矩形截面的弯曲弹性模量计算如下图21弯曲弹性模量计算图

13、满足设计强度要求：换言之，设计参数必须满足以下条件鞋重量悬臂的悬垂长度悬臂梁的倾斜角度截面宽度截面高度弯曲容许应力3.1.5挤出机构的分析计算图22凸轮推力受力分析图绝对运动：木板做摆线运动相对运动：沿着凸轮轮廓的曲线运动相关运动：围绕凸轮的旋转中心o的旋转。要建立速度平行四边形，从集合关系中知道凸轮载荷分析计算：图23弹簧作用弹簧变量弹簧的拉力扭矩平衡如下所示。得：弹簧刚性系数在Pro/ENGINEER中的运动模拟中，夹紧运动的图形如下所示图24夹紧位置曲线图25钳位角速度曲线图26夹紧角加速度曲线3.1.6升降机构的分析计算原动机被螺杆传动，由减速箱固定装置(小齿轮列)、减速传动装置(蜗杆

14、、齿轮1、齿轮2 )减速，其齿轮比如下马达的转速通过减速装置，速度降低：电动机的电力通过传动装置后，电力如下根据扭矩计算的公式：得到螺杆扭矩该扭矩引起的升力：图27升降受力分析图满足顺利提升倾斜的工作平面重量需要：得：参数：电机转速电机电力减速箱的传动效率蜗轮的传动效率齿轮传递效率螺纹半径螺旋升程角当量摩擦角3.2动力分析本作品主要采用蜗轮机构、螺旋传动机构、气压传动机构、齿轮齿条机构、链条传动机构、操纵杆机构等各种机构，构成了具有各种功能的模块。 作品的动力供给主要采用电池或220V交流电源。自动擦鞋机在工作中由电动机供给动力，主要由9伏特的电动机通过齿轮减速箱向各运动机构供给动力，实现各机构的动作。气压动力装置由马达供给动力，用带轮驱动曲柄使气缸的活塞往复运动，实现进气、空气，达到提高气体压力的目的。 压缩后的气体首先被送到油箱，油箱的作用是储存一定压力的空气，保证气压回路压力的稳定，电磁阀控制气体的流动方向，使各机构工作。图28是空气动力装置的示意图4工作原理和主要功能指标4.1工作原理1 )刷洗原理：通过横向刷洗机构、纵向刷洗机构、鞋底刷洗机构和鞋内刷洗机构，分别在全方位刷洗鞋的各个表面。 刷牙原理的形象如图所示图29刷洗原理的示意图2 )空水原理：由特殊结构的蜗轮构成，蜗轮的中间平面与