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1、毕业设计（论文）( 2011届 )题目： 基于Pro/E的新型智能鞋子清洁机设计同步带式分 院 机电信息分院 专业班级 08 机电一体化技术2班 学生姓名 学 号 导师姓名 成 绩 目录一、前言- 1 -（一）论文的研究意义- 1 -（二）鞋子清洁机简介- 1 -（三）论文的主要内容- 1 -二、同步带式新型智能鞋子清洁机零件设计- 2 -（一）直齿齿轮的设计- 3 -（二）导轨的设计- 6 -（三）电动机的设计- 7 -三、方案计算说明- 10 -（一）电动机的选择- 10 -1选择电动机类型- 10 -2计算电动机所需的功率- 10 -3计算电动机所需功率- 10 -4确定电动机的转速-
2、11 -（二）传动比的计算- 11 -1确定传动装置的传动比，分配各级传动比8- 11 -（三）同步带的设计计算- 12 -1带传动的选择- 12 -2同步带的特点- 12 -3同步带的失效形式- 12 -（四）齿轮的设计计算- 12 -1齿轮传动的特点- 12 -2齿轮传动的类型- 13 -3齿轮的基本参数和几何尺寸计算- 13 -4渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算- 15 -5齿轮正确啮合条件- 15 -6鞋子清洁机的各个参数计算- 15 -四、总结- 16 -参考文献- 17 -致谢- 18 -基于Pro/E的新型智能鞋子清洁机设计同步带式学生姓名：指导老师摘要：随着人们生活水平的不
3、断提高，居住条件得到不断的改善，精致装修在给人们带来舒适的同时，也给人们带来了清洁地面的烦恼。在此情形下，洗鞋机的出现减轻了人们的烦恼。洗鞋机主要是采用同步带式传动原理，它主要由壳体，同步带，齿轮，滑块，电动机，两个导轨，刷子组成，其特征为：利用电动机来带动同步带使刷子能向正反方向移动，而同步带能使两个啮合的齿轮带动刷子自转，这样我们只要把鞋子放在壳体上，插上电源，就能让刷子前后移动，再加上刷子的自转与鞋底产生摩擦，以达到快速清洁鞋底的效果。关键词：同步带式；智能；洗鞋机 一、前言（一）论文的研究意义随着人们生活水平的不断提高，居住条件得到不断的改善，精致装修在给人们带来舒适的同时，也给人们带
4、来了清洁地面的烦恼。比如客人来访，换拖鞋会造成病菌的交叉感染，引发脚气的传播；戴鞋套既不雅观，又造成白色塑料袋污染。为此，我们将通过使用Pro/E软件，利用齿轮来带动刷子的旋转与运动，来完成鞋子清洁机的设计，可以彻底解决以上问题。（二）鞋子清洁机简介洗鞋机主要是采用同步带式原理，它主要由壳体，同步带，齿轮，滑块，电动机，两个导轨，刷子组成，其特征为：利用电动机来带动同步带使刷子能向正反方向移动，而同步带能使两个啮合的齿轮带动刷子自转，这样我们只要把鞋子放在壳体上，插上电源，就能让刷子前后移动，再加上刷子的自转与鞋底产生摩擦，以达到快速清洁鞋底的效果。（三）论文的主要内容智能洗鞋机设计应用了很多
5、常用机构，例如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、蜗杆机构、带传动机构、链传动机构和螺旋传动机构，为使设计内容得到生动形象地展示，本文介绍了用Pro/E对新型鞋子清洁机的三维建模，并利用机械设计书里对齿轮啮合条件的了解，如何利用电动机让同步带带动齿轮让毛刷自转及前后移动。二、同步带式新型智能鞋子清洁机零件设计Pro/E软件提供了许多功能模块如草绘模块、零件模块、工程图模块等等，在这些所提供的模块中，零件模块用来绘制零件的特征以构成零件，洗鞋机工艺流程如图2.1所示。图2.1 洗鞋机工艺流程图为了能更好地了解新型智能洗鞋机，我设计了如图2.2示意图：图2.2 智能洗鞋机示意图（一）直齿齿轮的设计在Pr
6、o/E中，直齿齿轮的三维建实体模关键在于渐开线的生成渐开线的生成是通过参数化得到的，标准渐开线圆柱齿轮的几何尺寸取决于齿轮的5个重要参数：齿数(z)、模数(m)、压力角(a)、齿顶高系数(ha*)、锥度()和顶隙系数(c*)，而齿轮标准齿顶高系数及顶隙系数按正常齿轮取1和025，并且根据齿顶圆，齿根圆 基圆 和分度圆与这5个参数之间的关系，通过输入参数来绘制渐开线轮齿齿廓。然后通过三维拉伸、裁剪、复制、阵列、镜像等功能进行实体建模。1设置齿轮的参数和关系，点击任务栏上的选择参数，把齿数模数齿顶高系数等一些参数输入进去。如图2.3所示。图2.3参数在完成参数的后，再把关系也输入进去图2.4所示。
7、图2.4关系2完成以上操作后选取一个界面进行草绘，单击画圆图2.5所示。图2.5草绘3在“菜单管理器”选择从方程画渐开线单击跳出对话框如图2.6所示。 图2.6 选择从方程，然后完成。之后又会跳出一个对话框图6选取坐标系跳出对话框选择圆柱。然后在跳出的文本文件中输入如图2.7所示。 图2.7 图2.8 文件保存退出后就得到了图2.8。4经过创建点、基准轴、基准面，“特征操作”“复制”“镜像”等一些命令，最后得到图2.9。图2.9渐开线的形成5经过“拉伸”以及“拉伸”中的去材料命令。复制剪切特征，只有复制一个特征才能用到阵列的功能，否则没有可用来阵列的尺寸，再在中间画个齿轮槽，得到图2.10，2
8、.11。 图2.10 齿轮廓 图2.11齿的形成6通过阵列切剪旋转命令得到图2.11，即是完整的齿轮的图。至于其他几个的圆锥直齿轮的画面也基本上跟上面的画法差不多。（二）导轨的设计1新建零件，进入草绘界面，并画出导轨的草绘图如图2.12。 图2.122运用拉伸特征，完成导轨的创建，并用倒角特征如图2.13。图2.13（三）电动机的设计1新建零件名为prt0001,采用缺省模板，采用毫米（mm），牛顿（N），秒（s）单位制，进入Pro/E的零件模块如图2.14图2.142进入草绘界面，画出电动机的草绘图2.15图2.153进行拉伸特征，完成电动机的创建如图2.16图2.16三、方案计算说明计算过
9、程中的各项原始数据如下：鞋子清洁机壳体的尺寸：460*430*150;（mm）根据洗鞋机的生产工艺和实际生产情况确定鞋印尺寸：340*14；（mm）（一）电动机的选择1选择电动机类型电动机的选择包括确定类型、结构、功率（容量）和转速，它分交流电动机和直流电动机，工业上一般采用三相交流电源，因此一般采用交流电动机，选择Y型交流电动机其结构简单、工作可靠、价格低、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械，而且其安装尺寸和功率等级符合国家标准。2计算电动机所需的功率电动机所需功率Pw应由工作机的工作阻力（力和转矩）和运动参数（线速度或转速、脚速度）计算求得，即式中： F工作机的
10、工作阻力（N） V工作机的线速度(m/s) 工作机的效率对于带式传输机，一般取=0.940.96，此处取为0.95。3计算电动机所需功率电动机所需功率由工作机所需功率和传动装置的总效率决定。计算过程如下： = = =kw=0.6498kw。式中： 由电动机至工作机的传动装置总效率。传动装置总效率应为组成传动装置的各个运动副效率的乘积，即：=，其中，分别为传动装置中每级传动副（带传动、链传动）、每对轴承或每个联轴器的效率，其值查阅手册可得。4确定电动机的转速额定功率相同的同一类型电动机，有几种不同的转速系列可供选择，如三相异步电动机有4种同步转速，即3000r/min、1500 r/min、10
11、00 r/min、750 r/min。电动机转速越高，则磁极数越少，尺寸和重量越小，价格也越低。但电动机转速与工作机转速相差过多势必造成传动系统的总传动比加大，致使传动装置的外廓尺寸和重量增加，价格提高。而选择较低转速的电动机时，则情况正好相反。因此，确定电动机转速时要综合考虑，分析比较电动机及传动装置的性能、尺寸、重量和价格等因素，最终确定选用1500 r/min的电动机。（二）传动比的计算1确定传动装置的传动比，分配各级传动比8总传动比 式中： 电动机输入转速，r/min。又 =式中： 一级V带传动比由于考虑到刷子的速度不能太大或太小，我们选=3因此=500 r/min（三）同步带的设计计
12、算1带传动的选择从不同的角度出发，带传动有不同的分类方法，按带传动的空间位置分：开口传动、交叉传动、半交叉传动、带张紧轮的传动，按带的形状分：平带、普通V带、窄V带、圆形带、多楔带、同步带，同步带兼绕性件传动和啮合传动的特点，能缓冲减振，传动平稳，传动比准确而且大，传动效率比V带高，结构紧凑，对轴的工作压力小，工作可靠，经过比较分析后，本设计选择同步带。2同步带的特点1、传动准确，无滑动，能达到同步传动的目的；2、传动效率高，一般可达98%；3、速比范围大，允许线速度也高；4、传动功率范围大，从几十瓦到几百千瓦；5、结构紧凑，还适用于多轴传动。3同步带的失效形式同步带传递时以带齿和轮齿依次啮合
13、来传递动力，达到同步传动的目的，因此，在同步带传递扭矩时，带将受拉力作用，带齿承受剪切，而带齿的工作表面在进入和退出与轮齿啮合的过程中将被磨损，因此，同步带的主要失效形式有：同步带承载绳的疲劳断裂；带齿的剪切破裂；带齿工作表面磨损，失去原来的形状。（四）齿轮的设计计算1齿轮传动的特点1、能保证两齿轮瞬时传动比恒定不变；2、能实现两平行轴、相交轴和交错轴间的各种传动；3、圆周速度和功率适用范围广，效率高；4、工作可靠，使用寿命长。2齿轮传动的类型表3.1平行轴相交轴交错轴按轮齿方向分按啮合方式分圆锥齿轮传动；螺旋齿轮、蜗杆传动；直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、人字齿轮传动；外啮合齿轮传动、内
14、啮合齿轮传动、齿轮齿条啮合传动；3齿轮的基本参数和几何尺寸计算1、齿轮各部分名称和符号 齿宽：沿齿轮轴线方向量的轮齿宽度，用b表示 齿槽宽：一个齿槽齿廓间在任意圆周上的弧长，用表示 齿厚：任意圆周上量的轮齿厚度（弧长），用表示 齿距：任意圆周上相邻两齿对应点间的弧长，用表示 =+ 齿顶圆：有轮齿顶部所确定的圆，其直径用表示 齿根圆：由轮齿根部所确定的圆，其直径用表示 分度圆：渐开线齿廓上压力角为20度处之圆。它是齿轮加工、几何尺寸计算的基准。分度圆直径用表示，分度圆上的齿厚、齿槽宽、齿距分别为、表示，且=、2 齿顶高：齿顶圆与分度圆之间的径向距离，称为齿顶高，用表示 齿根高：齿根圆与分度圆之间
15、的径向距离，称为齿跟高，用表示 全齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，称为全齿高，用表示2、齿数：形状相同、沿圆周方向均布的齿轮个数，称为齿数，用表示。齿轮的齿数与传动比有关，通常由工作条件确定。 压力角：渐开线齿轮压力角指渐开线齿廓在分度圆处的压力角。分度圆上的压力角标准值为20度。 模数分度圆直径与齿数之间有如下关系： =或=/ 式中是一个无理数，为使计算和测量方便，工程上令=/，称为模数，并定为标准值，于是上式可改写为= 齿顶高系数和顶隙系数 由于齿距和模数成正比，取齿高的尺寸也与模数成正比即 = =+=(+) =+=(2+)式中 齿顶高系数 顶隙系数 标准齿轮规定： 1mm时，正常齿制
16、：=1，=0.25；短齿制：=0.8，=0.3。 1mm时，=1，=0.35。正常齿制=1，最少齿数为17；对于短齿制，最少齿数为14。由上面各式看出，当、与均为标准值且=的齿轮称为标准齿轮。渐开线齿轮的几何尺寸是由模数，齿数，压力角，齿顶高系数，顶隙系数决定的，所以它们是渐开线齿轮的基本参数。4渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式见表3.2表3.2名称符号计算公式齿距=齿厚=/2齿槽宽=/2齿顶高=齿根高=(+)全齿高= (2+)分度圆直径=齿顶圆直径= = ()齿根圆直径= = (2)基圆直径=cosa=cosa中心距=()/2=()/25齿轮正确啮合条件=即一对渐开线直齿圆柱齿轮正确
17、啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等。6鞋子清洁机的各个参数计算=/=/；设=18则=54。四、总结以上，我们通过Pro/E软件对智能鞋子清洁机的运作原理、零件设计、方案选择、参数计算进行了大致的阐述，较为形象便捷地展示了智能鞋子清洁机的设计方案。我们相信，智能鞋子清洁机将很快地从设计转向产品，并将迅速走进众多的普通家庭，在能够为企业带来可观的效益的同时，也会为人们的生活带去便捷、舒适。参考文献1 濮良贵.机械设计M.第七版.北京：高等教育出版社,2001.603652 刘孝民.机械设计基础M. 华南理工大学出版社,591983 孙建东.机械设计基础M. 清华大学出版社,131364 牛
18、玉丽.机械设计基础M. 中国轻工业出版社,531275 金鑫. Pro/ENGINEER Wildfire3.0M. 机械工业出版社,13156 温建民.Pro/ENGINEER Wildfire3.0M. 机械工业出版社,13047 郭仁生.魏宣燕机械设计基础（第2版）M. 清华大学出版社,2005 8 陈长生.机械设计基础M. 机械工业出版社,20039 陆劲昆. Pro/ENGINEER2001中文版实用教程M. 北京大学出版社,2003.10 宁涛,余强.Pro/E机械设计基础教程M. 清华大学出版社,2006致 谢衷心感谢我的导师郑鹏飞老师、王晶晶老师在本文撰写过程中的认真指导。在我的整个大学学习阶段中，得到了他的悉心指导和严格要求，在思想上、生活上也受到了真挚的关心和热心的帮助。感谢各位老师等对我的指导和帮助，感谢他们为我提供了良好的学习和工作环境。最后要感谢我的父母亲，他们殷切的期望、无尽的关怀、无私的奉献是我克服困难、不断进取的动力源泉。同时我要感谢所有关心过我、帮助过我、教导过我的人们。谨以此文献给他们！徐漂漂二零一一年四月于义乌工商学院
