0目目 录录第一章 绪论 11.1 课题研究内容和目标 1 1.2 机械装置总体设计方案原则 1 1.3 擦鞋机方案确定 2 1.3.1 拟定传动方案 2 1.3.2 确定传动方 案2第二章 擦鞋机的原理设计 32.1 电动机的选择 3 2.1.1 确定电动机的功率转速 3 2.2 刷轮轴径尺寸计算 3 2.2.1 轴材料选择 3 2.2.2 轴径计算 4 2.2.3 轴结构设计 5 2.3 轴承校 核10 2.4 擦鞋机的擦鞋底鞋刷的设 计102.4.1 概 述102.4.2 擦鞋刷叶轮叶片材料的选 择112.4.3 叶片的形状和尺 寸122.4.4 叶轮形状尺寸 设122.4.5 毛刷轮整体结构设 计132.4.6 辅助结构设 计142.4.7 轴承盖的选 择14 2.5 擦鞋机的光电感应器的选1择15 2.6 刷毛的选择 15第三章 擦鞋机的结构设计153.1 擦鞋机的外观设计 16 3.1.1 箱体结构设 计16 3.1.2 轮滑的设计 17 3.1.3 橱柜的设计 17 3.1.4 踏板的设计 17第四章 总结18致谢 18 参考文献 19第一章绪论随着生活质量的提高，人们对室内清洁程度的要求也越来越高，自己与客人进出都需要擦鞋或者穿戴鞋套。然而日常生活中擦鞋较为繁琐，且鞋套的主要成分为甲醛，废弃的鞋套埋在泥土中历经 10 余年也不会降解，对环境造成极其严重的污染。随着当今社会人们对环保的逐渐重视，鞋套的用量必须逐渐减少。擦鞋机能够快速擦鞋，且不会产生有害污染。然而市场上现有的擦鞋机擦鞋过程繁琐且效果不理想。针对以上不足，设计了这款适合所有鞋码使用，仅需伸脚就能实现鞋底的清洁，让用户足不出户就能享受专业的擦鞋服务。1.1 课题研究内容和目标本课题的研究内容是在原有擦鞋机的基础上对擦鞋机进行了创新和改进主要包括擦鞋机的原理设计和结构设计。2擦鞋机的原理设计包括：1 电动机的设计；2 擦鞋底装置的设计。3 刷轮轴的设计。4 箱体的设计擦鞋机的结构设计包括：1 滑轮的设计；2 橱柜的设计；3外形设计。1.2 机械装置总体设计方案原则机械装置总体设计方案通常按照以下设计原则确定。保证机械装置功能实现的质量。要求设计原则正确，实现方法合理满足产品的功能及品质要求：1 满足相关的安全可靠性指标。这些指标应包括在非正常工作条件下，对产品本身及操作者的安全提供。2 所设计的产品在工艺上要求加工和装备易于实现，同时具有良好的经济性。设计者应力求简化设计对象的施工工艺，使生产过程简单，周期短，成本低。3 在使用维护中，要求设备在较短时间内，能完成指定的维护过程，通常以设备的平均无故障时间和最大检修时间作为基本维修指标。4 技术经济性是以产品的技术价值与经济价值之比来衡量的，产品技术含量越高，价格成本越低，其技术经济性越好。5 创新性决定了产品的自主知识产权含量，是评价设计水平的重要依据之一。独创新颖的设计应按照创新思维方式进行，同时也需要借鉴前人的经验，研究优秀的设计产品，发挥主观能动性，勇于创新。1.3 擦鞋机方案分析与确定1.3.1 拟定传动方案方案一：采用带传动实现鞋底擦拭功能，直接把毛刷装在皮带上，用直流减速电机驱动，然后通过皮带的运动再配合人脚的前后移动这样可以实现擦拭功能。方案二：直接设计一鞋底刷，装在轴上再通过直流减速电机用联轴器连接刷轮轴3直接驱动，鞋底刷可以做成叶片形式，然后毛刷直接装在叶片上，而且整体外形是圆锥形，箱体底面可以再设置一活动的贮灰槽方便收集和清理灰尘，再配合一脚踩的踏板就可以达到清洁鞋底的功能。方案三：采用曲柄滑块机构，实现直线往复运动，毛刷直接装在滑块上，再通过带轮传动，曲柄与大带轮做成固定铰接形式，从而滑块的直线运动形式可以达到清洁鞋底的功能。1.3.2 确定传动方案1带传动具有传动平稳，吸震等特点，且能起到过载保护的作用，但由于它是靠摩擦力来工作的，在传递同样功率的条件下，当带速较低时，传动结构尺寸较大。2平面连杆机构要求连架杆为曲柄，机构运动具有连续性，并且最小传动角在许用传动范围内，以保证机构有良好的传力条件。该擦鞋机的使用场合是家里，要求无噪音，并且转速不高，外力不大，并且结合实际条件，考虑经济性，成本，结构易于加工与维护等相关问题，现初步选定擦鞋机的设计为方案二。并且使用对象只是针对成年人，鞋的要求是平底，其机构运动简图如下 1-1 所示：图 1-1第二章 擦鞋机的原理设计2.1 电动机的选择考虑到擦鞋机擦鞋的一般速度，和结合一般家用电器的功率所以刷轮轴的输出功率设定为60W，转速设定为400r/min。WP wn2.12.1.1 确定电动机的功率转速，。=0.99联=0.99轴承4所需电动机功率： 0.06=0.061kw0.99 0.99W dPP联轴承因刷轮载荷变化小，轻载轻启，所以电动机额定功率略大于即可，即选用dP功率 65w，转速 400r/min 直流减速电机驱动，现在市场上有专门定制电机的商铺，价格不高，外形也不大所以可以直接购买。2.2 刷轮轴径尺寸计算2.2.1 轴材料选择轴类零件的常用材料是 45 号钢，为优质碳素结构钢，硬度不高易切削加工，模具中常用来做模板，销子，导柱等，但须热处理，它广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好，但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好。所以如果需要表面硬度，常将45 号钢表面渗碳淬火，这样才能得到需要的表面硬度。钢化玻璃是大家都很熟悉的装饰材料，普通无机盐玻璃通过淬火工艺改变玻璃内部压应力得到钢化玻璃。以前只是装饰用途上的辅助材料，如今，几乎所有的室内家具都可用玻璃来制作，最吸引人的地方是它放在房间里能为室内空间带来清新明朗的气息。玻璃更是走进了厨房和卫生间，特别在盛夏，玻璃更产品能如同冰块般给人们带来清爽体验。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消自身抗风压性，寒属性，冲击性等。钢化玻璃的主要优点第一：是强度较之普通玻璃提高数倍，抗弯强度是普通玻璃的 3-5 倍，提高强度的同时亦提高了安全性。第二：使用安全，其承载能力增大改善了易碎性质，即使钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片，对人体的伤害较大的降低了。钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有 2-3 倍的提高，一般可承受 150lc 以上的温差变化，对防止热扎裂有明显的效果。钢化玻璃中应力的分布是钢化玻璃的两个表面为压应力，板芯层处于张应力，在玻璃厚度上应力分布类似抛物线。玻璃厚度的中央是抛物线的顶点，即张应力最大处；两侧接近玻璃两表面处是压应力；零应力面大约位于厚度的 1/3 处。通过分析钢化急5冷的物理过程，可知钢化玻璃表面张力和内部的最大张应力在数值上有粗略的比例关系，即张应力是压应力的 1/21/3.国内厂家一般将钢化玻璃表面张力设定在 100MPa左右，实际情况可能更高一些。钢化玻璃自身的张应力约为 32MPa46MPa，玻璃的拉伸强度是 40MPa120MPa。基于该擦鞋机的整体重量，经济成本考虑，如果轴的材料选用 45 号钢，就需要经过热处理，这样会增加成本，而且如果处理效果不好的话时间长了就会生锈，影响质量。而钢化玻璃相之比较质量轻，表面质量好，能承受较高的温差变化且市场价格也不高，所以轴的材料选用钢化玻璃。2.2.2 轴径计算安装联轴器处最小轴直径，轴选用钢化玻璃， ，由文献【5】中查的，830bPa查表 14-3，取 A=100，由式(14-2),得30.0651005.46400PdAmmmmn对于直径的轴，因该处有一键槽，故轴径应增大 5-7，即100dmmd=1.07*5.46=5.84mm,由文献【3】表 14-4 取标准值 d=12mm.2.2.3 轴结构设计轴和轴上零件的结构、工艺以及轴上零件的安装布置等对轴的强度有很大的影响，所以应在这些方面进行充分考虑，以及提高轴的承载能力，减少轴的尺寸和机器的质量，降低制造成本。合理布置轴上零件以及减小轴的载荷，改进轴上零件的结构以及减少轴的载荷，改进轴的结构以减小应力集中的影响，改进轴的表面质量以及提高轴的疲劳强度。轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件，并且生产效率高，成本低。一般来说，轴的结构越简单，工艺性越好。因此，在满足使用要求的前提下，轴的结构形式应尽量简化。该擦鞋机轴上零件结构如下图 1-2 所示： 6图 1-2 轴的结构1初定各轴段直径：最小轴径处，此处为安装连轴器的，由传递转矩估算的基本直径1d。112ddmm：油封处轴段 ，为满足联轴器的轴向固定要求而设一轴肩，轴肩高度2d，取，10.070.10.070.1120.84 1.2hdmm11hmm。214dmm：轴承处，选用深沟球轴承，为便于轴承从右端装拆，轴承内径应稍大于油封处轴3d径，并符合滚动轴承标准内径，故取轴径，初定轴承型号为 6204，两端320mmd相同，尺寸为 ：。204714dDBmmmmmm：刷轮处，考虑刷轮从右端装入，故刷轮孔应稍大于轴承处直径取为。4d425dmm：轴环处，轴环高度5d240.070.10.070.1251.752.5dmmh取mm 即。22h529dmm7：过渡段处，为便于轴承拆卸，轴肩高度不能过高，取轴肩高度为,则6d3mm。626mmd：轴承处，两端装有相同轴承，所以。7d720mmd2确定各轴段长度：选用弹性套柱销联轴器，长度为 32mm,为保证轴端挡圈能压紧联轴器，此轴段1L长度应略小于联轴器的长度，故取。130Lmm：取轴承盖外端面与联轴器左端面的间距为 25mm，轴承盖的总宽度为 20mm,故该2L段长度为2252045.mmmmL：轴承宽度为 14mm,箱体内壁与刷轮轴右端面间距取为 2