機電產品設計-.

1、實踐教學環(huán)節(jié)課程名稱機電產品設計IV課程編碼佳木斯大學設計說明書（機電產品設計V）題 目：旋轉式黑板學 院：機械工程學院專 業(yè)：姓 名：指導教師：完成日期：佳木斯大學機械設計制造及其自動化專業(yè)（卓越工程師）設計說明書摘要隨著社會的發(fā)展和人們對生活質量和環(huán)境的要求不斷提高，傳統(tǒng)的黑板已經不能滿足 課堂的要求，現(xiàn)代化的課堂應該是倡導綠色、環(huán)保、便捷和實用的。在一些國外也已經用 我們所熟悉的白板來代替黑板。旋轉式黑板主要采用了可以方便控制的步進電機為動力實 現(xiàn)黑板的旋轉同時黑板擦實現(xiàn)自動擦除字跡的功能。通過機電一體化的設計和試驗之后得 出結果：此旋轉式黑板不僅結構簡單，設計合理，它采用黑板布循環(huán)使用

2、，不受使用面積 的限制，而且使用者不需要擦拭黑板，減輕了使用者的勞動強度也節(jié)省了時間，使用者不 受身高限制，可以實現(xiàn)最佳書寫姿勢，不易疲勞。此項設計的實用性非常突出，適合在現(xiàn) 代課堂上廣泛使用。關鍵詞 自動旋轉；自動擦拭；機電一體；實用-I-AbstractWith the social development and peoples quality of life and the environment requires continu ous improveme nt of the traditi onal classroom blackboard can n ot meet the re

3、quireme nts of a modern classroom should be the advocate of green, environmentally friendly, convenient and practical. In some foreig n coun tries also have used the familiar white in stead of the blackboard. The main use of rotary blackboard can be easily con trolled stepper motor drive n rotary si

4、multa neously achieve blackboard eraser automatically erase han dwriti ng fun cti on. After pass ing through the desig n and testi ng of mechatr onic outcome: a simple rotary blackboard only this structure, reas on able desig n, which uses recycled cloth blackboard, without use restrictio ns area, a

5、nd the user does not n eed to wipe the blackboard, reduci ng the user labor inten sity also saves time, users from height restrict ions, you can achieve the best writi ng posture, fatigue. This desig n is very prominent practicality for widespread use in the moder n classroom.Keywords Auto-rotate; a

6、utomatically wipe; Mechatr oni cs; practical佳木斯大學機械設計制造及其自動化專業(yè)(卓越工程師)設計說明書目錄摘要IAbstractII.第1章緒論11.1課題背景11.1黑板的國內外使用現(xiàn)狀11.1.1國外使用現(xiàn)狀11.1.2國內使用現(xiàn)狀21.2同類產品的分析21.2.1連續(xù)無塵自動黑板521.2.2自動清潔黑板21.2.3設計內容3第2章總體的的設計計算42.1設計原理42.2設計方案42.2.1方案分析52.3產品總體結構62.3.1動力區(qū)62.3.2清潔區(qū)102.3.3書寫區(qū)102.4使用說明102.4.1產品的優(yōu)點 112.4.2產品的缺點

7、112.4.3產品的市場應用價值 11結論13參考文獻(References)14References15-iii-佳木斯大學機械設計制造及其自動化專業(yè)（卓越工程師）設計說明書第1章緒論1.1課題背景黑板最早被用于學校教室的課堂教學是在十八世紀的法國，十九世紀初傳到美國，黑 板并非特指黑色的板面，傳統(tǒng)意義上講，它是一個可以反復書寫的平面，板面堅硬，多用 于教學，隨著科學技術的發(fā)展，黑板的種類也開始變得復雜多變。從最早的寫字類黑板到 無塵黑板到影音類黑板到現(xiàn)在的交互類黑板在一步步適應人們的要求。對目前現(xiàn)有的最廣 泛的玻璃黑板，黑板使用面積有限，使用者需要經常擦拭黑板，粉塵大，影響教室環(huán)境， 浪費

8、講授的時間，而且黑板與使用者高度不協(xié)調時，有時需要翹腳或蹲下書寫，不利于書 寫，而且容易疲勞。所以現(xiàn)在需要有能夠適應人體需求的創(chuàng)新黑板。1.1黑板的國內外使用現(xiàn)狀111國外使用現(xiàn)狀當前在美國的學校中，更加清潔和多功能的白板正在逐步取代傳統(tǒng)的粉筆灰飛揚的黑 板，成為了學校新的建設項目首選的教學設備。加拿大是用的白板，也就是 whiteborad,不用粉筆和黑板的。然后有很多地方還用那 種舊式的光學投影儀，大多數還是用數碼投影機的。外國采納白板有四個主要原因：其一是健康和衛(wèi)生的考慮，社會觀注，師生身心健康，國家EPA （環(huán)境保護協(xié)會）也非常關注教室內空氣的質量；其二是因為學校教育中小班化的趨勢越來

9、越明顯，教師在課堂中的活動更像是啟發(fā)和 培訓，而不是傳統(tǒng)的單調書寫和講解方式，企業(yè)中的培訓方式得到了借鑒；其三，白板作為一個輔助的教學書寫工具，應當與學生在書面看到的表現(xiàn)更加接近， 在黑板背景上難以表現(xiàn)豐富的色彩和與印刷品上類似的能力，而白板可以用不同顏色的筆 做到這一點；其四，也是教育信息化過程中必須考慮的方面，功能擴展的白板能夠變成一個特大號 的計算機屏幕，更有助于信息技術在課堂上應用。事實上，確實在很多學校已經開始接受設計公司提供的建議，把白板擴展或者干脆采用數字化的白板作為教室設備的必備。但是現(xiàn)有智能黑板存在著缺乏隨意性、價格較昂貴、難以推廣普及，如電子白板全套 設備需上萬元，對于目前

10、仍處于社會主義初級階段的中國來說，許多地方不具備配備這種 白板的經濟條件。因此目前迫切需要一種物美價廉的創(chuàng)新型黑板1.1.2國內使用現(xiàn)狀目前，我國大多數地方處于“傳統(tǒng)黑板 +粉筆灰”時代，其缺陷如下：（1）傳統(tǒng)黑板存在著板書不便（老師須彎腰踮足）、難擦拭的缺點，一天至少寫十幾塊 黑板，多數得老師自己擦，因此十分累。除此之外目前有些學?？紤]到老師的健康，推廣使用水溶性粉筆，卻更加增大老師勞動強度：水溶性粉筆寫的字必須用水擦拭，相較普通 粉筆寫的字擦起來更費勁，還得等黑板干后才能書寫。（2）由于黑板由最早的用黑色涂料涂抹在木板上到九十年代的水磨玻璃到現(xiàn)在的復 合材料板都是硬質材料使用時間長了以后就

11、會反光嚴重影響同學們的視力。（3）傳統(tǒng)黑板占地面積比較大，因為黑板固定高度等原因使用時候又不能全部充分 利用造成資源浪費。一旦黑板因年久或者其他因素而破裂就無可利用價值只能一次性使 用。近年來由于黑板從墻體脫落造成的人員傷害也在增多所以必須改變黑板的材料采用柔 體材料來減少這種意外事故的發(fā)生。1.2同類產品的分析1.2.1連續(xù)無塵自動黑板連續(xù)無塵自動黑板是一種能自動擦拭字跡的寬幅面回轉式柔性書寫板，與我設計的旋 轉式黑板非常相似但是我們在結構上還是有很大差別的。無塵自動式黑板的工作過程由2個電機控制，當整塊黑板的內容書寫結束后，啟動板擦和黑板電機，使轉軸旋轉軸棍隨之 旋轉，將后部的黑板旋至前方

12、，并且自動擦拭干凈，關閉電機。如果想看前面寫的而又不 想擦拭這一版面，可以單獨打開黑板電機的反轉按鈕，黑板擦由于采用了特殊結構，不會 工作。其黑板擦的特殊之處在于采用了一種在一周有 2個扇形結構的板擦這種結構可以實現(xiàn) 自身的離合，即當板擦停止時黑板軸正好卡在沒有毛刷的地方，需要擦黑板時可以開動黑 板擦上的單獨電機，而且粉筆末也不容易貼附在黑板擦上。 但是一個黑板就使用兩個電機， 大大增加了生產成本。1.2.2自動清潔黑板自動清潔黑板也是以電機為動力，使傳統(tǒng)的板面變成一塊可卷動的幕布，如同自動投 影屏幕。其下的自動洗槽可以在板面轉動的同時將板面字跡清洗。只不過是用水洗來擦除 字跡。通過一組電動按

13、鈕實現(xiàn)自動清洗、自動翻面、并可以當做投影屏幕。自動清潔黑板有按鈕控制還有水洗黑板擦這樣一來就達到了方便，環(huán)保的效果，但是 水洗黑板擦還是需要進一步改進的。1.2.3設計內容此旋轉式黑板的基本設計思路就是要達到操作簡單、控制方便、環(huán)保的目的。在機電 一體化的基礎上通過程序控制步進電機帶動黑板旋轉，為滿足旋轉時的轉矩要求查閱資料 選取合適的軸和軸承等相關零件并進行檢驗計算是否合格。結合以上兩種創(chuàng)新型黑板的優(yōu) 缺點，我只選用一臺電機只讓黑板動而板擦靜止，黑板擦尚未進行大的改動，其基本材料 與普通板擦的材料一樣。為保證黑板在旋轉過程中即可以隨時停止又可以滿足書寫要求， 此黑板設有傳動孔和墊板。在這幾部

14、分的結合下，旋轉黑板便可進行工作。-9-第2章總體的的設計計算2.1設計原理為更加清楚的介紹此產品的設計原理我們借助圖2.1.1和圖2.1.2來詳細的說明旋轉式黑板的工作過程及基本組成機構。圖2.1.1模型上圖即是旋轉式黑板的廓型圖，部分機構已經在圖上進行標注。（1）用電機作為動力源，為后續(xù)功能提供動力。（2）設有黑板擦和粉塵槽以實現(xiàn)自動清潔功能。（3）將柔性板面做成皮帶，以電機-齒輪-皮帶式實現(xiàn)自動旋轉。（4）柔性板面上可以寫字，后置墊板緊貼柔性板面，起支撐板面作用（5）當板面旋轉到后面時字體會自動被擦除。2.2設計方案黑板面的基本尺寸根據常識可知長為 1600mm,寬為1500mm,圖2.

15、1.2基本樣式自動旋轉黑板的旋轉過程由電機帶動軸和齒輪，齒輪通過黑板面上的傳動孔帶動黑板 進行旋轉。當板面旋轉到后面時在粉塵刷的作用下便可進行清除工作。傳動孔的設計不但起到傳動作用還可以使柔性板面保持張緊狀態(tài)這樣在支撐板的協(xié) 助之下便可進行書寫。支撐板、傳動軸都固定在支撐架上，成為一個整體，解決了支撐問題。柔性板面書面總長約為黑板可視面的2.5倍，最低處距離地面500mm。其運動模式為：啟動-黑板旋轉-擦除-停止。2.2.1方案分析此方案的黑板使用電機為動力，使傳統(tǒng)的板面變成了可旋轉的柔性布，同時也可以當 作投影屏幕使用。在黑板布后邊有粉塵刷和粉塵槽，在擦除的同時也保證了環(huán)境的清潔。 作為一種

16、創(chuàng)新型黑板，它具有以下創(chuàng)新點：（1）板面外觀結構此旋轉式柔性黑板的結構設計新穎、充滿現(xiàn)代氣息。傳統(tǒng)黑板基本都是固定在墻上的 木質或者玻璃黑板，過于呆板給同學們的感覺是嚴肅而無生機，這也是中國課堂教育之所 以沒有國外氣氛活躍的原因之一。（2）黑板整體裝置此旋轉式黑板由電機帶動黑板布旋轉，在板面旋轉的同時粉塵刷完成擦除功能，粉塵 槽也進行收集粉塵，不僅節(jié)省人力更有助于清潔教室環(huán)境。完全避免了傳統(tǒng)黑板高粉塵的 危害。（3）雙面書寫，擴大了書寫面積實現(xiàn)了充分利用板面資源的目的。（4）旋轉式黑板布可以循環(huán)使用，節(jié)省資源，同時可以使老師到達最佳書寫姿勢，不 容易疲勞。2.3產品總體結構自動旋轉黑分為動力區(qū)

17、、清潔區(qū)、書寫區(qū)。具體如下圖所示圖2.3.1正面圖圖2.3.2反面圖2.3.1動力區(qū)動力區(qū)包括控制裝置、傳動機構（1）控制裝置控制部分的所有器材如下表2-3所示。表2-3控制電路程序組件輸入 名稱輸入輸入點輸出 名稱輸出輸出點正轉1/4按鈕SBOX0000電動機正轉接觸器KM1Y0反轉1/4按鈕SB1X0001電動機反轉接觸器KM2Y1正轉1/2按鈕SB2X0002電動機正轉接觸器KM3Y2反轉1/2按鈕SB3X0003電動機反轉接觸器KM4Y3正轉全部按鈕SB4X0004電動機正轉接觸器KM5Y4對電機的控制指令是我們剛剛學過的 pic邏輯指令，下圖即時指令的梯形圖，通過這 個梯形圖我們就可

18、以看出黑板怎么完成正轉、反轉和擦拭過程的。在梯形圖中出現(xiàn)的按鈕 等輸入、輸出點在上表當中都已經列出。在pic梯形圖中，用了置位和復位指令，按下正向啟動按鈕 SBO則X0接通，丫0線圈 得電并且保持使得接觸器 KM1線圈通電，電動機開始正轉運行，當 2秒以后，定時器TO 接通，丫0線圈失電，電機停止運轉。當按下反向啟動按鈕 SB1, X1接通，丫1線圈得電 并且保持使得接觸器KM2線圈通電，電動機開始反轉運行，當2秒以后，定時器TO接通， Y1線圈失電，電機停止運轉。以此類推按下其他按鈕時候的工作情況。XDUU XUU1 KIW? XUUy0TJ4TO20 I44_畀_眾一SETVOQiD10K

19、2C阿roomSETYDOIT0熾YDOISETT1Y002SET 1 5所以此軸的設計合格。下圖既是軸的二維圖16001300400.Rd-13-圖2.3.4軸C滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐傳動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。 所以考慮到結構的要求，選擇滾動軸承。另一方面是常用的滾動軸承絕大多數已經標準化，并有專業(yè)工廠大量制造及供應各種 常用規(guī)格的軸承。因而，設計出來的產品使用此種軸承可以降低成本。滾動軸承又包括球軸承和滾子軸承，由于滾動軸承有較多優(yōu)點，現(xiàn)在確定選用深溝球 軸承。查機械設計手冊2可確定選用國

20、標型號為6206的深溝球軸承。深溝球軸承的性能 及特點：主要承受徑向載荷，也可以同時承受小的軸向載荷；當量摩擦系數??；在高速時, 可用來承受純軸向載荷；大量生產，價格低；載荷不大。軸承的校核（預計此軸承壽命為 ）解：通用軸承的壽命計算公式為10660nftCfpP1.計算并確定當量動載荷P 查機械設計手冊6206深溝球軸承，得Cr =19.5kN,Cgr =11.5kN； 計算軸承的相對軸向載荷Fa/CcrFa4=0.024C0r11.5 1000 計算e查機械設計，利用差分法得丄 0.220.19,e =0.190.024 -0.014 L0.210.028 -0.014 計算Fa：Cr0需

21、分別計算FafCn和Fa. Cr2Fr1600Fr2 一 400 比較 Fa/Cr 與 e 的大小：Fa/Cr1e； Fa/Cr2v e 查機械設計1，得X1 = X2 = 0.56, 丫仁丫2值按插分法計算得1 99_2 3 -2.30.024-0.014 =2.080.028-0.014 計算并確定當量動載荷PP+YFa1 =0.56x600 + 2.08x276=910.08NF2 二 X2Fr2 Y2Fa2 二 0.56 400 2.08 276 二 798.08N2計算軸承所需的基本額定動載荷值查機械設計，取f t=1 ;查機械設計，取f p=1帶入上式：10所選軸承應足：Cj=1.

22、492 k N v Cr = 19.5 k N , 6206深溝球軸承適用。D為保證軸和電機可以較好地傳動在此處選用比較常用的有彈性元件的撓性聯(lián)軸器。2.3.2清潔區(qū)(1) 清潔區(qū)包括粉塵刷和粉塵槽兩大部分。當黑板面在電機帶動下進行旋轉的同時粉塵刷就開始擦除黑板上的字跡，粉塵槽收集 落下的粉塵。2.3.3書寫區(qū)書寫區(qū)就包括柔性板面和固定裝置。有效的書寫長度和寬度為 1600*1500mm,在書寫過程可以在支撐板的支撐下順利完成。2.4使用說明按照下圖選取所示位置進行安裝k.圖241安裝圖，當使用過程中在書寫區(qū)寫上內容之后如果想擦去一部分則啟動電機黑板開始旋轉并擦除 達到自己書寫需要時使電機停止

23、轉動則黑板在傳動孔作用下會立刻停止旋轉。由于粉塵槽 空間有限所以要定期清理粉塵槽里的粉塵避免溢出。2.4.1產品的優(yōu)點（1）旋轉式黑板分為動力區(qū)、清潔區(qū)、書寫區(qū)具有自動旋轉、擦除和保護環(huán)境的功 能。（2）采用電機帶動柔性板面旋轉，省力氣、高效率，解決擦黑板費勁的問題也避免 了粉筆末帶來的嚴重危害。（3）柔性板面不但可以旋轉和同時擴大了黑板的使用面積，為老師提供足夠的書寫 空間。（4）旋轉式黑板不但減輕了使用者的勞動強度和節(jié)省了空間，使用者不受身高限制, 可實現(xiàn)最佳書寫姿勢，不易疲勞。2.4.2產品的缺點（1）與傳統(tǒng)黑板相比，書寫舒適度有所降低。（2）使用時要消耗一定的電量，電機的啟動與停止過于

24、頻繁，影響電機壽命。（3）粉塵槽需要有人定期進行清理。（4）柔性板面的傳動孔如果使用時間久了以后尺寸可能會變大影響板面的定位。2.4.3產品的市場應用價值隨著社會的不斷進步，科技的不斷發(fā)展我們身邊的事物在不斷的更新，就拿教學黑板 來說，現(xiàn)在市面上有水泥黑板，毛玻璃黑板，水彩黑板，木質黑板，鐵質黑板等每一種都 有自己的特點，但是旋轉式黑板能夠真正擁有省力、便捷、環(huán)保三大特點。佳木斯大學機械設計制造及其自動化專業(yè)（卓越工程師）設計說明書旋轉式黑板在功能上的創(chuàng)新將會在未來的教學、工作交流中得到很好的運用。在家庭 教育、大型會議室以及教室都可以得到很好的推廣運用。在使用傳統(tǒng)式黑板時總有些教師因為是、長

25、時間書寫姿勢不當而落下不同的病狀，除 此之外還要自己用黑板擦擦除黑板上的字不僅消耗體力還使得教室都充滿粉筆末，嚴重影 響人體健康。旋轉式黑板從根本上解決了以上所提出的問題，相信此創(chuàng)新型的黑板將會替 代傳統(tǒng)的黑板，真正做到環(huán)保、省力和便捷。在價格方面，自動清潔黑板初步估計需要 500元，與480元的傳統(tǒng)黑板，4499元起價 電子白板相比，算是可以接受的。-17-結論此項課題要求我們綜合運用所學的專業(yè)基礎知識和先進的機電一體化專業(yè)技術來設 計出旋轉式黑板。旋轉式黑板的設計說明了在多數人看來黑板都是硬質性材料不可能既可 以旋轉又可以達到寫字的效果，但是在這里就是突破了常規(guī)，采用了柔性材料來取代舊式 黑板來實現(xiàn)黑板的基本功能。旋轉式黑板不僅解決了黑板在使用時不能充分利用的問題還 減少了教室里因為飛舞的粉塵帶來的危害。在理論上旋轉黑板需要根據老師的需要而旋 轉，在此在動力提供上選用了步進電機在黑板自身上設計了傳動孔，二者的相互配合和制 約解決了因為頻繁旋轉黑板帶來的不方便。在做旋轉黑板之前我曾查閱很多與創(chuàng)新型黑板相關的資料，比如連續(xù)無塵自動黑板、 自動清潔黑板等。連續(xù)無塵自動黑板需要使用兩個電機，自動清潔黑板是使用水洗黑板擦, 綜合