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机械原理课程设计——IceCream1目录一、摘要.....................................................................................................2二、设计题目及任务................................................................................22.1设计题目...............................................................................................22.2设计任务...............................................................................................32.3任务分配...............................................................................................4三、运动方案的设计................................................................................43.1整体运动方案设计..............................................................................43.2毛刷伸长机构设计..............................................................................53.3齿轮齿条传动机构设计......................................................................7四、机构尺寸参数确定............................................................................84.1毛刷伸长机构确定..............................................................................84.1.1曲柄滑块机构基本尺寸确定：....................................84.2齿轮齿条及传动机构参数及尺寸确定............................................10五、运动分析...........................................................................................115.1整体运动方案结构简图....................................................................115.2曲柄滑块机构运动分析....................................................................125.2.1位移分析......................................................................125.2.2速度分析.....................................................................135.2.3加速度分析.................................................................135.2.4曲柄滑块机构的速度仿真...........................................135.3变位齿轮设计....................................................................................17六、除尘方案的设计与分析及方案确定..............................................236.1除尘机构方案设计............................................................................236.2除尘方案确定及基本参数确定........................................................25七、设计小结...........................................................................................27八、附录...................................................................................................27九、参考文献...........................................................................................38机械原理课程设计——IceCream2一、摘要众一直所周知，黑板是我们在学习过程中必不可少的日常教具之一，从小学到大学，我们的学习一直与黑板相伴，这样就离不开另外两样工具，黑板擦和粉笔。而一般我们平时所使用的黑板擦不但费时费力还会造成粉尘污染，危害我们的健康。于是根据时代的要求，全自动无尘黑板擦诞生了。市面上现在也有自动无尘黑板擦，但是都存在一定的局限性和缺点，因此，我们针对这一现象，用我们的想法和创意设计了一款全自动无尘黑板擦，从而改善教学质量。二、设计题目及任务2.1设计题目全自动无尘黑板擦是利用毛刷的高速旋转从而与黑板产生摩擦，擦除黑板上的板书；同时，利用齿轮与齿条机构实现毛刷的前行，从而使整个黑板擦除干净；为了达到无尘的效果，利用高压静电产生的电场力和小型风扇产生的吸力，将粉尘吸附在清灰网格栅上，完成黑板的擦除之后，撤去电力，使粉尘因重力作用自由下落，落入粉尘收集盒。工作流程图：见图2-1（a）、2-1（b）打开电源毛刷开始工作粉尘收集关闭电源机械原理课程设计——IceCream3图2-1（a）○1毛刷初始状态杆1处于最短状态○2杆1开始伸长，杆4开始收缩○3杆1继续伸长。杆4继续收缩○4杆1最长状态，杆4最短状态图2-1（b）机构工作流程图2.2设计任务（1）全自动无尘黑板擦的传动机构的设计，毛刷擦除机构的设计，毛刷伸长机构的设计以及无尘机构的设计；（2）分析全自动无尘黑板擦各个机构的运动过程和功能；（3）确定设计方案并画出其运动简图，进行运动分析，画出运动循环图；除尘装置开始工作机械原理课程设计——IceCream4（4）对方案确定的机构进行相关数据的计算，matlab编程画图，以及solidworks三维制图；（5）课程设计的心得以及总结；（6）整体报告的编写。2.3任务分配彭堙寅：传动机构方案的设计与分析，方案的运动分析，matlab编程计算相关数据及画图，课程设计心得；何壮:毛刷伸长机构的设计分析与改进，机构的运动简图，matlab编程计算相关数据及画图，变位齿轮设计，课程设计心得；安祖煜：毛刷擦除机构方案的设计及分析，毛刷伸长机构方案的设计及分析，机构运动简图，课程设计心得；杭雨婷：除尘方案的设计与分析，运动循环图的绘制，凸轮机构整理，课程设计心得以及总结，变位齿轮设计，报告的编写。三、运动方案的设计3.1整体运动方案设计3.1.1基本设计原理1）动力传输机构带动齿轮，从而利用齿轮带动毛刷的高速旋转，通过刷毛与黑板之间的摩擦从而使黑板擦除干净；2）利用静电或者离心式风机对粉尘产生吸力，将粉尘聚集，机械原理课程设计——IceCream5防止产生粉尘污染。3.1.2设计要求1)擦除面积：黑板面积（长*宽）3m*1m，一次性擦除完成；2)擦除速度：毛刷转速：10r/s（可根据实际情况而定）毛刷前进速度：1m/s（可根据实际情况而定）末端毛刷速度：62.7-62.9m/s（可根据实际情况而定）毛刷中点速度：31.4-31.5m/s（可根据实际情况而定）3)毛刷运动条件：黑板上部空间能满足毛刷转动所需空间4)保证毛刷对同一点进行多次清理，保证清理干净程度，同时保证效率，几秒内便可完成清理。5)除尘效果：肉眼所见粉尘很少。3.2毛刷伸长机构设计方案设计：曲柄滑块机构+电路控制毛刷是由两个刷杆组成，通过内嵌的方式实现毛刷的可自动伸长功能,并且有曲柄滑块机构连接，通过单片机控制毛刷的伸长和收缩，以此防止黑板上部空间不能满足毛刷所需要的运动空间（即黑板上部空间不够高）,在擦除的过程中,四个可自动伸缩的刷杆应实现有规律的伸缩变换。机械原理课程设计——IceCream6通过电路控制，每个刷子转过180°之后开始向上转动时开始收缩，转过270°时收缩到最短，开始伸长，转到360°时伸到最长，随机保持180°。毛刷运动循环图:毛刷长度/mm10005000180270360旋转角度/º曲柄滑块机构完全可以实现可自动伸缩的功能，通过电控制模块可达到有规律的变换，实现在擦除时满足黑板上部空间的要求，所以选择这一机构。机械原理课程设计——IceCream73.3齿轮齿条传动机构设计通过点击控制按钮驱动齿轮，使其在固定的齿条上滚动，以带动刷子向前滚动，实现擦除功能。简图：（图3-2-1）图3-3-1齿轮齿条简图实物图：（图3-2-2）图3-2-2齿轮齿条实物图通过用电机驱动就可实现刷子的前进，这一安方案简洁可实行起来方便快捷。机械原理课程设计——IceCream8四、机构尺寸参数确定4.1毛刷伸长机构确定4.1.1曲柄滑块机构基本尺寸确定：尺寸确定：下毛刷长500mm上毛刷长500mm曲柄长500mm连杆长500mm毛刷最长：970mm毛刷最短：517mm装配要求：刷毛装在下毛刷背面，及上毛刷背面中间20mm，这样刷毛不会影响毛刷的伸缩。（见图4-1-1）上毛刷（正反面实物图）:下毛刷:曲柄滑块：曲柄：500mm，连杆：500mm，滑块做大行程：387mm曲柄：机械原理课程设计——IceCream9连杆：整体实物图：主要参数确定：（可根据实际情况更改）毛刷转速位移速度末端毛刷速度毛刷中点速度10r/s1m/s62.7-62.9m/s31.4-31.5m/s结论：这样的尺寸确定，装配要求和主要参数的确定可以保证对同一点进行多次清理，保证清理干净程度，同时保证效率，几秒内便可完成清理。机械原理课程设计——IceCream104.2齿轮齿条及传动机构参数及尺寸确定1、齿轮基本参数确定：（图4-2-1）齿数*模数*齿顶高系数顶隙系数齿根圆角齿宽*压力角17齿2mm10.250.3830202、齿条基本参数确定模数*齿顶高系数顶隙系数齿宽*压力角2mm10.253020实物图：图4-2-1齿轮齿条实物图（3）原动机及传动系统初步确定电机功率要求：200W电机转速要求：10r/s传动比i:电机齿轮同轴，1:1凸轮电机转速：10r/s上述参数是在三维建模的基础上确定的参数，具体的数据可根据实际情况确定，此外因为全自动无尘黑板擦的运动要求不是那么严机械原理课程设计——IceCream11格，在选择的时候考虑相关影响因素即可达到想要的要求五、运动分析5.1整体运动方案结构简图小结：此方案没有复杂的电路控制，只需电机驱动即可完成全套动作，故障率低，易维修，但因为有四个凸轮而使得成本有所上升。电动机位置